Granulats poreux et transferts hydriques : mesure, analyse et contrôle

par Florian Therene

Projet de thèse en Sciences des Matériaux

Sous la direction de Nicolas Roussel.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement , en partenariat avec NAVIER (laboratoire) depuis le 01-11-2017 .


  • Résumé

    Contexte Face à la limitation de l'exploitation des ressources en granulats alluvionnaires, il est aujourd'hui inévitable d'incorporer dans les bétons des sables concassés ou des sables recyclés. Ces composants ont en commun de contenir plus de particules fines et de présenter une absorption d'eau plus forte. Dans le cas des sables concassés, il ne fait aucun doute qu'il est possible de produire des bétons présentant des propriétés mécaniques adéquates. Par ailleurs, d'un point de vue mécanique, le Projet National Recybéton a montré qu'il était possible de formuler des bétons contenant une forte proportion de sables recyclés. Les difficultés rencontrées semblent donc se situer dans les premières heures ou premiers jours de la vie du matériau. En particulier, la présence des fines et la morphologie moins favorables de ces particules concassées pénalisent la fluidité. Les outils de concassage et les outils d'optimisation granulaire permettent cependant de traiter cet aspect. La principale difficulté réside donc dans l'absorption progressive d'eau par ces particules. Ce transfert hydrique semble fortement conditionner le maintien d'ouvrabilité, le retrait ainsi que la qualité de l'interface pâte granulats. Démarche Nous chercherons dans ce projet à tout d'abord mesurer, puis comprendre et enfin modifier et contrôler les transferts hydriques. Mesurer Nous avons montré récemment au Laboratoire Navier qu'il était possible de suivre, notamment par des observations par Imagerie par Résonance Magnétique (IRM), les transports en phases liquides. Nous avons également mis en place des techniques précises de suivi de la migration d'eau dans des granulats recyclés. Ainsi, la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) permet de différencier l'eau présente dans les différentes porosités du granulat. Enfin, nous disposons des équipements de rhéométrie et d'imagerie permettant en parallèle une caractérisation macroscopique et micro-structurelle. Comprendre L'essentiel du travail expérimental sera de mesurer précisément les échanges d'eau entre la pâte fraîche et les granulats poreux et ses conséquences. Les propriétés des granulats apparaissant fréquemment comme aléatoires ou dépendantes de la taille de l'échantillon considéré, une analyse statistique sera développée pour s'affranchir des effets d'échelle et accéder à des propriétés intrinsèques moyennes. L'IRM et la RMN permettront de localiser les transferts d'eau et d'étudier l'eau absorbée dans les granulats et sa mobilisation lors de l'hydratation du ciment. Nous utiliserons ces techniques d'observation non destructives pour mettre en évidence les mécanismes physiques d'absorption et les relier aux mesures macroscopiques rhéologiques et aux observations micro-structurelles. Nous étudierons également l'influence de la granulométrie sur les mécanismes d'absorption d'eau et d'hydratation. Modifier Nous étudierons la faisabilité de solutions technologiques (présaturation, application d'un prétraitement) aux différentes étapes de la gestion des granulats. Par ailleurs, prenant en compte la présence de fines, nous étudierons la possibilité de modifier ces transferts hydriques soit par traitement des interfaces d'échanges ou par modification des propriétés du liquide.

  • Titre traduit

    Porous aggregates and water transfers : measure, analysis and control


  • Résumé

    Context Due of the limitation of the exploitation of alluvial aggregates resources, it is today inevitable to incorporate crushed sand or recycled sands into concrete. These components have in common to contain more fine particles and to exhibit a high-water absorption. In the case of crushed sands, there is no doubt that it is possible to produce concretes with suitable mechanical properties. Moreover, from a mechanical point of view, the National RECYBETON Project has shown that it is possible to formulate concrete containing a high proportion of recycled sands. The difficulties encountered therefore seem to be in the first hours or first days of the material life. In particular, the presence of fines and the less favorable morphology of these crushed particles penalize fluidity. However, crushing tools and aggregate optimization tools allow to treat this aspect. The main difficulty lies in the gradual water absorption by these particles. This water transfer seems strongly condition the maintenance of workability, the shrinkage as well as the quality of the interface paste aggregates. Process In this project, we will seek to first measure, then understand and finally modify and control water transfers. Measure We have recently shown at the Navier Laboratory that it is possible to follow, particularly by observations by Magnetic Resonance Imaging (MRI), transport in liquid phases. We have also put in place specific techniques for monitoring water migration in recycled aggregates. Thus, Nuclear Magnetic Resonance (NMR) allows to differentiate the water present in the different porosities of the aggregate. Finally, we have the equipment of rheometry and imaging allowing in parallel a macroscopic and microstructural characterization. Understand Most of the experimental work will be to precisely measure the water exchange between the cement paste and porous aggregates and its consequences. The properties of the aggregates appearing frequently as random or dependent on the size of the sample considered, a statistical analysis will be developed to overcome the effects of scale and access average intrinsic properties. MRI and NMR will identity water transfers and to study the water absorbed in the aggregates and its mobilization during the hydration of the cement. We use these non-destructive observational techniques to highlight the mechanisms physical absorption and relate them to macroscopic rheological measurements and observations micro-structural. We will also study the influence of granulometry on the mechanisms water absorption and hydration. Modify We will study the feasibility of technological solutions (presaturation, application of a pre-treatment) at the different stages of aggregates uses. Moreover, taking into account the presence of fines, we will study the possibility of modifying these water transfers either by treatment of the exchange interfaces or by modifying the properties of the liquid.