ETUDE DE L'INFLUENCE DES CONDITIONS DE MISE EN ŒUVRE ET DE COULAGE SUR LES PROPRIETES DES MATERAUX CIMENTAIRES DURCIS

par Ba tung Pham

Projet de thèse en Génie civil - Cergy

Sous la direction de Jean-louis Gallias et de Abdelhak Kaci.

Thèses en préparation à Cergy-Pontoise , dans le cadre de ED SI - Sciences et Ingénierie , en partenariat avec Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (laboratoire) depuis le 01-01-2016 .


  • Résumé

    Les propriétés à l'état frais et à l'état durci des matériaux cimentaires (coulis, mortiers, bétons) dépendent très étroitement de leur composition. Mais, les conditions de fabrication et de mise en œuvre du matériau dans la construction influencent aussi de manière importante sa microstructure et ses propriétés. L'intensité et l'histoire du cisaillement peuvent par exemple affecter l'état de dispersion ou d'agglomération des particules en suspension et changer le comportement rhéologique du matériau. Ainsi, des matériaux cimentaires stables au repos ou à faible cisaillement peuvent devenir instables sous cisaillement important, conduisant à des ségrégations préjudiciables pour la qualité de l'ouvrage réalisé. De même, la mise en place par pompage ou par simple déversement, la forme et la nature des surfaces de coffrage, la présence d'armatures vont quant à elles modifier les conditions aux limites de l'écoulement et la structuration du matériau dans les coffrages affectant, notamment, les propriétés de la couche superficielle formée contre la paroi. L'aspect du parement et la durabilité de la couche superficielle du matériau peuvent en conséquence être affectés. La maîtrise de la stabilité des matériaux cimentaires lors du coulage, celle de la qualité et de la régularité des parements ainsi que celle de la protection efficace des armatures par l'enrobage, nécessite de connaître, en plus des performances intrinsèques du matériau en fonction de la composition, sa sensibilité aux conditions de fabrication et de mise en œuvre et de coulage dans les coffrages. L'objectif principal de cette thèse est de relier les propriétés essentielles pour la qualité et la pérennité des ouvrages aux conditions de mise en œuvre en interaction avec la composition du matériau. On cherche en particulier à étudier l'évolution de la structuration granulaire du matériau frais (à l'échelle des grains de ciment et des granulats) lors de différentes phases de la mise en œuvre (malaxage, transport, mise en place dans les coffrages, consolidation) afin de mieux comprendre comment celles-ci peuvent influer sur les propriétés de la couche superficielle formée contre les coffrages ainsi que sur la spécificité de cette couche superficielle comparativement au cœur du matériau. L'étude concernera, essentiellement, des pâtes cimentaires, des micro-mortiers et des mortiers de béton équivalent (MBE) correspondant à des formulations de béton couramment mis en œuvre sur chantier. Plusieurs formulations à squelette granulaire et propriétés rhéologiques variables seront confectionnées et caractérisées à l'état frais et durci. Dans une première étape, plusieurs configurations expérimentales de mise en œuvre, permettant de faire varier l'intensité et l'histoire du cisaillement des matériaux seront testées afin de déterminer leur influence sur la micro et méso-structure du matériau mis en place dans les coffrages. Le rôle du pompage ou du coulage gravitaire (correspondant à des fortes ou faibles vitesses de cisaillement) et celui du temps de repos après malaxage (influant sur la restructuration thixotropique du matériau) seront étudiés en particulier. Dans une deuxième étape, une partie des formulations précédentes serviront à la confection des éléments structuraux spécifiques dont la géométrie, la nature du coffrage et la densité des armatures permettront de faire varier les conditions aux limites contre la paroi, afin d'étudier la structuration spécifique de couche superficielle comparativement au cœur du matériau. En ce qui concerne la caractérisation des matériaux à l'état frais, elle sera basée sur des essais normalisés classiques et, surtout, sur des essais rhéométriques afin de déterminer les propriétés rhéologiques des formulations (seuil de cisaillement, caractère visqueux, comportement rhéofluidifiant ou rhéoépaississant, caractère thixotrope, stabilité statique et dynamique). Celles-ci serviront, d'une part, à mieux comprendre la structuration du matériau en fonction des conditions de mise en œuvre et, d'autre part, à la modélisation de la mise en place des matériaux frais dans les coffrages pour les différentes configurations de coulage testées afin de tracer l'historique de cisaillement subit par le matériau. En ce qui concerne la caractérisation des matériaux à l'état durci, elle comprend, en premier lieu, la détermination des caractéristiques porométriques (notamment par porométrie Hg) et de transfert (par mesure de la sorptivité et de la perméabilité aux gaz) de la couche superficielle comparativement au cœur du matériau en fonction des conditions de mise en œuvre et les caractéristiques du coffrage. Elle comprend, en second lieu, l'étude de la répartition de grains du matériau par des investigations microstructurales (microscopie optique, microscopie électronique à balayage, analyse d'images, microtomographie) mais aussi par modélisation (sur la base de modèles granulaires) pour différentes conditions aux limites afin d'étudier la spécificité de la structuration et des propriétés de la couche superficielle comparativement au cœur du matériau. La thèse sera codirigée par Jean Louis GALLIAS, professeur à l'Université de Cergy-Pontoise (UCP) et Sébastien REMOND, professeur à l'Ecole des Mines de Douai (EMD). Elle bénéficiera de l'appui du Laboratoire de Mécanique et Matériaux du Génie Civil (L2MGC – UCP) et du Laboratoire Génie Civil et géo-Environnement (LGCgE – EMD). Une convention entre les deux établissements sera signée à ce propos. Viet Hung NGUYEN, enseignant-chercheur à l'Université Technologique de Ho Chi Minh Ville, participera à l'encadrement de la thèse.

  • Titre traduit

    STUDY OF THE INFLUENCE OF MARKETING TERMS AND IMPLEMENTATION OF MATERAUX COULAGESUR PROPERTIES CURED CEMENT


  • Résumé

    The properties of fresh and hardened cementitious materials (grouts, mortars, concretes) depend closely on their composition. But the conditions of manufacture and implementation of the material in the construction also significantly influence its microstructure and its properties. The intensity and history of the shear can for example affect the state of dispersion or agglomeration of the suspended particles and change the rheological behavior of the material. Thus, stable cementitious materials at rest or low shear can become unstable under high shear, leading to harmful segregations for the quality of the work performed. Similarly, the introduction by pumping or simply pouring, shape and nature of the form surfaces, presence of reinforcement for their part will change the boundary conditions of the flow and structure of the material in the forms affecting, in particular, the properties of the surface layer formed against the wall. The appearance of the siding and the durability of the surface layer of the material can therefore be affected. Mastering the stability of cementitious materials during casting, the quality and regularity of the facings as well as the effective protection of reinforcement by coating, requires knowledge, in addition to the intrinsic performance based material the composition, sensitivity to manufacturing conditions and implementation and casting in formwork. The main objective of this thesis is to connect the properties essential for the quality and durability of structures to implement conditions in interaction with the material composition. In particular, seeks to study the evolution of the granular structure of the fresh material (at the scale of grains of cement and aggregates) during different phases of implementation (mixing, transporting, setting up in the forms, consolidation) to better understand how they can influence the properties of the surface layer formed against formwork and on the specificity of this surface layer as compared to the heart of the material. The study will involve essentially of cement pastes, mortars and micro-concrete mortar equivalent (MBE) corresponding to concrete formulations commonly implemented on site. Several formulations granular skeleton and variable rheological properties will be crafted and characterized the fresh and hardened state. In a first stage, several experimental configurations implementation, for varying the intensity and history of shearing materials will be tested to determine their influence on micro and meso-structure of the material introduced into the forms . The role of pumping or gravity casting (corresponding to high or low shear rates) and that of after kneading rest time (affecting the thixotropic restructuring of the material) will be studied in particular. In a second step, a part of the preceding formulations used in the preparation of the specific structural elements whose geometry, the type of support and the density of the reinforcement allow to vary the boundary conditions against the wall in order to study the specific structure surface layer as compared to the heart of the material. Regarding material characterization fresh, it will be based on conventional standard tests and especially on rheometric tests to determine the rheological properties of the formulations (shear threshold, viscous character, or shear thinning behavior rhéoépaississant , thixotropic nature, static and dynamic stability). These serve, on the one hand, to better understand the structure of the material according to the implementation conditions and, secondly, to the modeling of the introduction of fresh material into the formwork for the different configurations casting tested to trace the history of the material undergoes shear. With regard to the characterization of materials in the hardened state, it comprises, firstly, the determination of porométriques characteristics (such as by porometry Hg) and transfer (by measuring the sorptivity and the gas permeability) of the surface layer compared to the heart of the material depending on the implementation of conditions and characteristics of the formwork. It comprises, secondly, the study of the distribution of grains of the material by microstructural investigations (optical microscopy, scanning electron microscopy, image analysis, microtomography) but also by modeling (based on granular models) to various boundary conditions to study the specificity of the structure and properties of the surface layer as compared to the heart of the material. The thesis will be co-directed by Jean Louis Gallias, professor at Cergy-Pontoise University (PCU) and Sébastien REMOND, professor at the Ecole des Mines de Douai (EMD). It will have the support of Mechanics and Materials Laboratory of Civil Engineering (L2MGC - UCP) and the Civil Engineering Laboratory and Geo-Environment (LGCgE - EMD). An agreement between the two institutions will be signed in this regard. Viet Hung Nguyen, professor at the University of Technology of Ho Chi Minh City, will participate in the supervision of the thesis.