Détermination de l'énergie d'activation apparente du béton dans le cadre de l'application de la méthode du temps équivalent à la prévision de la résistance en compression au jeune âge : approches expérimentales mécanique et calorimétrique, simulations numériques

= Determining the apparent activation energy of concrete, in the purpose of applying it to the prediction of compressive strength at early ages : experimental approaches, mechanical and calorimetric, numerical simulations

• Auteur / Autrice : Laetitia D'Aloia-Schwartzentruber
• Direction : Hervé Di Benedetto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Calorimétrie

Ciment

Mortier

Béton

Construction -- Matériaux

Résumé

Le concept de maturité ou de temps équivalent permet de prendre en compte les effets combinés de la température et du temps, sur le développement de la résistance au jeune âge du béton. Il est basé sur la loi d'Arrhenius qui s'est révélée être la plus appropriée afin de décrire l'influence de la température sur la cinétique d'hydratation du ciment (réaction exothermique). Une estimation correcte de la résistance en compression du béton au jeune âge, par la méthode du temps équivalent, dépend essentiellement de la détermination adéquate de l'énergie d'activation apparente : Ea, Il s'agit de l'unique paramètre intervenant dans l'expression de la loi d'Arrhenius et caractérisant le mélange dans son ensemble. L'objectif principal de cette étude est de montrer comment les tests calorimétriques peuvent constituer une alternative aux procédures mécaniques lourdes, afin de déterminer Ea. La validité des valeurs d’ Ea obtenues est vérifiée au moyen de tests de compression. De plus, la possibilité d'utiliser de manière équivalente : béton ou mortier, a également été abordée. Le rapport eau/ciment, apparaît naturellement comme devant être conservé lors de la formulation d'un mortier équivalent. Finalement, l'évolution d’ Ea en fonction du degré d'avancement est précisée, et l'idée couramment répandue qu'elle en dépend est confirmée. Un domaine de définition peut être proposé. Par ailleurs, un outil numérique : CHAL est développé. Il permet de simuler le flux de chaleur en conditions adiabatiques à partir de la composition du ciment et de la prise en compte du couplage qui s'opère par la température. Ainsi, l'influence du caractère poly phasique du ciment sur la détermination d’ Ea peut être mis en évidence. Enfin, l'application de la méthode du temps équivalent peut être améliorée par la prise en compte de l'influence de la température au jeune âge sur la résistance à long terme : redéfinition du degré d'avancement, ainsi que par la gestion du temps de prise.

The concept of maturity or equivalent age enables the combined effects of time and temperature, on the concrete strength development at early ages, to be accounted for. It is based on the Arrhenius' law which has revealed itself to be the most accurate in order to describe the temperature influence on cement hydration (exothermic reaction). A proper estimation of the concrete strength at early ages by the method of equivalent age is directly related to a correct determination of the Apparent Activation Energy: Ea. This is the unique parameter which characterizes the whole concrete mixture and which can be found in the Arrhenius' law. The major aim of this study is to show how calorimetric tests under semi-adiabatic conditions can be an alternative to unwieldy compressive tests procedures in order to determine Ea. The validity of the obtained Ea values has been verified by means of several mechanical tests. Moreover, the possibility of using either mortar or concrete is partially dealt with. The water to cement ratio appears to naturally be considered as a constant in proportioning an equivalent mortar. Finally, the evolution of the Apparent Activation Energy in relation to the degree of hydration is given. Hence, the widespread opinion that Ea depends on the degree of hydration is confirmed and a field of definition can be brought to the fore. Besides, a numerical tool: CHAL is developed. This enables rates of heat flow under adiabatic conditions to be simulated, by taking into account, the cement composition and the coupling which operates by the temperature. Hence, the influence of the polymineral characteristic of cement, on the determination of Ea can be underlined. Finally, the redefinition of the hydration degree which enables the detriment al effect of high temperature at earl y ages on the long term strength of concrete to be accounted for, and the definition of the setting time, make it possible to improve the method of equivalent age.