Influence des granulats recyclés sur le comportement à haute température des bétons

Influence of recycled aggregates on the high temperature behavior of concretes

• Auteur / Autrice : Susanna Romagnosi
• Direction : Albert Noumowe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil - Cergy
• Date : Soutenance le 22/03/2021
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Albert Noumowe, Siham Kamali, Abdelkarim Ait-Mokhtar, Sébastien Jean Félix Remond, Anne-Lise Beaucour, Bidossessi amen prosper Pliya
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Siham Kamali, Abdelkarim Ait-Mokhtar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton -- Essais

Mots clés libres

Hautes Témperatures

Ecaillage

Granulats recyclés

Effet d'échelle

Comportement Thermo-Hygrometre

Comportement Thermo-Mécanique

High Temperatures

Spalling

Recycled aggregates

Scale Effect

Thermo-Hygro Behavior

Thermo-Machanical Behavoir

Résumé

Le béton est le matériau de construction le plus utilisé grâce à sa facilité de mise en place mais aussi à son faible coût. La large utilisation du béton cause une énorme demande de ressources naturelles, parmi lesquelles les granulats qui sont issus de carrières et représentent une grande partie du volume du béton. Aujourd’hui avec la déconstruction des ouvrages, il est recommandé de substituer une partie des granulats naturels par granulats de béton recyclé.Cette recherche présente les résultats obtenus lors d’un travail expérimental conduit pour analyser l’influence de granulats recyclés sur le comportement à haute température de bétons à hautes performances. Durant la phase d’exploitation des ouvrages, le béton peut être soumis à des situations accidentelles comme l’incendie. Différents travaux ont été menés afin de mieux comprendre le comportement des bétons contenant des granulats naturels.La présence de granulats recyclés peut modifier le comportement à haute température des bétons, en raison de leur grand coefficient d’absorption d’eau, de la présence d’une quantité supplémentaire de pâte apportée par l’ancien mortier attaché aux granulats d’origine, ainsi qu’un nombre supérieur d’interfaces.Cinq mélanges de bétons ont été préparés avec différents pourcentages de substitution (de 0 à 30%) de sable et graviers-gravillons recyclés.Dans un premier temps, les études ont été focalisées sur les propriétés mécaniques et physiques après différents cycles de chauffage (notamment 20, 150, 200, 300, 450 et 600°C) avec une vitesse de chauffage de 1°C/min.Ensuite, la sensibilité des bétons à l’écaillage a été étudiée dans différentes conditions expérimentales. L’influence de la présence de granulats recyclés sur la résistance à l’écaillage a été investiguée à l’aide d’éprouvettes cylindriques et prismatiques pour les trois formulations (celle de référence et deux autres avec des granulats recyclés). Les essais ont été menés à une vitesse de 10°C/min jusqu’à 600°C.Dans l’étude des propriétés mécaniques, la présence des granulats recyclés affecte peu les propriétés mécaniques à la température ambiante. Leur présence a toutefois un impact sur la capillarité et la porosité à l’eau du béton qui augmentent avec la présence de granulats recyclés.Les résultats ont montré que, lors du chauffage du béton recyclé, une perte de propriétés mécaniques à partir de 300°C, et le béton garde seulement 20-40% de sa résistance mécanique initiale après un chauffage à 600°C. A haute température, la présence de graviers-gravillons recyclés montre un effet défavorable sur l’augmentation de la porosité, de la capillarité et de la perméabilité par rapport à la présence du sable recyclé.Les tests de stabilité thermique ont montré que les conditions de conservation des éprouvettes jouent un rôle important dans le phénomène d’écaillage. Si les bétons sont humides, le risque qu’ils éclatent augmente. Toutefois, la présence simultanée de 30% de sable et graviers-gravillons recyclés semble réduire le risque d’écaillage, même en présence d’une teneur en eau importante.La seconde partie des tests d’écaillage avait comme objectif d’étudier la sensibilité à l’écaillage de dallettes de béton chauffées d’un seul côté. Aucun éclatement n’a été observé pour les bétons contenant des granulats recyclés.Les comportements différents entre les bétons étudiés et entre les éprouvettes cylindriques et les dallettes sont analysés et comparés aux résultats de la bibliographie. Des enseignements sont tirés sur l’influence des granulats recyclés sur le comportement des bétons à haute température.

Concrete is the most used building material because of its ease of implementation and its economic cost.Due to its massive employing, the production of concrete needs a big demand of naturals resources, such as naturals aggregates from quarries which occupy a large amount of volume in concrete.Nowadays a lot of structures are demolished, and some recommendations are given to partially replace the volume of natural aggregates in concrete by recycled ones.This work presents the results of an experimental study on the influence of recycled concrete aggregate (RCA) on the high temperature behaviour of high strength concretes. During the structure life, concrete could be affected by accident, such as fire. Some researches had been developed to investigate the behaviour of natural concrete.The presence of recycled aggregates could modify the high temperature behaviour of concretes due to the higher water absorption coefficient of recycled aggregates, the higher amount of cement paste brought by old mortar and multiple weak interfaces.Five concretes were prepared by varying the replacement rate of fine and coarse RCAs from 0 to 30%.In the first part of this work, residual mechanical and physical properties at different temperatures were studied. The temperature dwells were at 20, 150, 200, 300, 450 and 600 °C and the heating rate was 1°C/min.The spalling sensitivity was also investigated in different experimental conditions. The influence of recycled aggregates on spalling behaviour of concrete was investigated by analysing cylindrical and prismatic specimens of three type of concrete (the control concrete and two others with recycled aggregates). For this purpose, a heating rate of 10°C/min until 600°C temperature was chosen.In the study of properties at 20°C, the results show that the presence of RCA slightly affects the mechanical properties but the capillarity and porosity increase with the presence of recycled aggregates. The experimental campaign showed that a loss of mechanical properties affected concrete from 300°C heating. When concrete is heated at 600°C only the 20-40% of initial mechanical properties remains. Coarse RCAs have a more influence on the increase of porosity, capillarity and permeability than fine RCAs when specimens are exposed to high temperature.The sensitivity tests show that the storage conditions have an important role in the spalling phenomenon. If the concretes are stored in wet curing, the possibility of spalling is higher. However, concrete with the simultaneous presence of 30% of recycled fine and coarse RCA show less sensibility to spalling even with high water contents.The second part of the spalling test campaign look into the sensibility of concrete slabs when they are heated on only one side. No spalling was observed on recycled aggregates concretes.The behaviour of different concretes and between cylindrical and little slabs specimens are analysed and compared to researches summarized in the bibliographical study. Some conclusions had been done on the influence of recycled aggregates on high temperature behaviours of concretes.