Etude de la composition et de la mise en œuvre influençant les propriétés mécaniques des bétons à très hautes performances

par Emanuela Manolova

Thèse de doctorat en Génie Civil

Sous la direction de Eric Wirquin et de Roumiana Zaharieva.

Thèses en préparation à l'Artois en cotutelle avec l'Université d'architecture, de génie civil et de géodésie de Sofia , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur depuis le 16-04-2012 .


  • Résumé

    L’objectif de la thèse est d’étudier les principaux paramètres qui ont une influence sur le comportement mécanique des bétons très hautes performances (BTHP) sous des charges de type statique ou dynamique afin de trouver des relations simples entre la formulation et les propriétés et de créer des conditions préalables pour l’utilisation de ce matériau de construction innovant. La matrice des BTHP a été optimisée en combinant deux approches différentes : la courbe de référence granulaire et une méthode mathématique basée sur un plan d’expérience. Plusieurs particularités concernant la microstructure des BTHP sont mises en évidence. Un traitement thermique (particulièrement l’autoclavage) entraîne la réduction de la porosité totale et modifie les zones de contact « matrice-fibre » et « liant-granulats ». Les évolutions des caractéristiques contrainte-déformation ont été évaluées. Le renforcement par fibres métalliques (2% en volume) modifie sensiblement les propriétés mécaniques : la résistance en compression atteint 195 MPa, celle en flexion 33 MPa et celle en traction 12 MPa. La résistance à l’usure est doublée et celle aux chocs est multipliée par 8. Le module d’élasticité reste dans une gamme allant de 50-55 GPa et le coefficient de Poisson se situe entre 0.19 et 0.21. Les fibres de polypropylène ont une influence limitée. A travers l’étude de l’énergie de rupture, les effets des fibres ont été distingués : les fibres métalliques courtes augmentent la résistance à la fissuration alors que les fibres métalliques longues ont une influence meilleure sur l’écrouissage et le comportement ductile des BTHP. Leur association a un effet synergique.

  • Titre traduit

    Influence of Mix Design and Manufacturing on Mechanical Properties of Ultra High Performance Concrete (UHPC)


  • Résumé

    The aim of the PhD thesis is to study the main factors having impact on the mechanical behaviour of Ultra High Performance Concrete (UHPC) under short term static and dynamic loads, in order to reveal the basic relationships between mix design, structure and properties and to create preconditions for the use of this innovative material in construction. The matrix of UHPC is optimized by combining two approaches – grain-size distribution reference curve and mathematical method of planned experiment. The exothermic reaction at different ambient temperatures is studied. Several peculiarities of UHPC microstructure are outlined. Thermal treatment (especially autoclaving) results in a reduction of total porosity and modifies “matrix-fiber” and “binder-aggregates” contact zones. The variation of relevant strength-strain characteristics of UHPC is evaluated. The steel microfibers reinforcement (2% by volume) improves substantially the strength properties of the UHPC matrix: compressive strength is increased up to 195 MPa, flexural strength - up to 33 MPa, split tensile strength - up to 12 MPa. Wear resistance is increased twice, impact resistance – 8 times. Modulus of elasticity remains in the range of 50-55 GPa and coefficient of Poisson is between 0,19 and 0,21. Micro-polypropylene fibrillated fibers have limited influence. Through a study on fracture toughness, the effect of fibres has been differentiated - short steel microfibers increase the crack resistance, while long steel microfibers have greater impact on strain-hardening and ductility of UHPC. Their combination has a synergistic effect.