Contribution à l'étude du comportement mécanique, du retrait et des propriétés de transport des bétons autoplaçants avec additions minérales, approche numérique et expérimentale

Contribution to the suty og mechanical, shrinkage and transport properties of SCCs with mineral admixtures experimental and numerical approach

• Auteur / Autrice : Davood Nik nezhad
• Direction : Siham Kamali
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 11/12/2015
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie civil et génie mécanique (LGCGM)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Chaussadent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Siham Kamali, Thierry Chaussadent, Farid Benboudjema, Ahmed Loukili, Fabrice Bernard, Balaji Raghavan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Farid Benboudjema

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton -- Fissuration

Béton -- Dilatation et retrait

Béton autonivelant

Mots clés libres

Additions minérales

Propriétés de transport

Endommagement

Fissuration

Voronoi

Self-compacting concrete

Concrete -- Expansion and contraction

Concrete -- Cracking

Résumé

Les bétons autoplaçants (BAP), développés depuis plusieurs années sont encore à l'heure actuelle qualifiés de « nouveaux bétons » car leur utilisation reste modeste bien qu'ils possèdent un fort potentiel de développement. Ce frein peut être expliqué par leur coût plus élevé, leur sensibilité à la ségrégation et à la fissuration due à leur fort retrait ainsi que par le manque de connaissances sur leur durabilité. Les BAP se distinguent des bétons ordinaires principalement par un dosage en éléments fins plus important. Ainsi, l'utilisation de fines additions minérales plus économiques et/ou plus écologiques dans ces bétons parait judicieuse sous certaines conditions. La présente thèse s'inscrit dans ce contexte et a pour objectifs de contribuer au développement de BAP plus écologiques et à l'étude de leur durabilité. Notre choix s'est porté sur deux ciments industriels à forte teneur en additions, le ciment CEM Ill à base de laitier de haut fourneau et le ciment CEM V à base de cendres volantes et de laitier de haut fourneau ainsi que sur deux additions minérales encore peu étudiées dans la littéraire : le métakaolin et un sédiment de dragage calciné. Différentes formulations dérivées d'une formulation de BAP de parement de référence à base de CEM 1 ont été mises au point. Les résultats des essais mécaniques et physico-chimiques menés sur les différentes formulations montrent un effet plus ou moins important des additions sur le comportement mécanique au jeune âge et un effet positif certain à plus long terme. Les résultats des mesures de retrait endogène et de dessiccation de l'état frais (plastique) à l'état durci bien hydraté montrent que certaines additions augmentent le retrait de dessiccation des BAP (laitier et sédiment calciné) alors que d'autres le réduisent considérablement (le métakaolin). L'effet indéniable des additions sur l'amélioration de certains indicateurs de durabilité (diffusion des chlorures et perméabilité au gaz) et sur l'augmentation de leur sensibilité à la carbonatation a été quantifié. L'influence assez complexe des différentes additions est étudiée à la lumière des analyses physico-chimiques et microscopique. Enfin, une modélisation mésoscopique est développée et appliquée aux BAP en vue d'une une étude paramétrique. L'effet de la forme des granulats et de leur concentration sur le comportement global en compression et traction d'éprouvette de SAP ainsi que l'effet de l'endommagement mécanique sur l'évolution de la perméabilité sont étudiés.

Self-compacting concretes (SCC), developed several years ago are still considered as “•novel concrete" as their use remains modest although they have a strong development potential. This is mainly due to their higher cos, their sensitivity to segregation and cracking due to their high shrinkage and also due to the lack of information about their durability. SCCs are distinguished from ordinary concrete mainly by their high content of paste. The use of supplementary cementitious materials (SCM), grow increasingly for economic and environmental reasons. This thesis falls within this context and aims to contribute to the development of greener SCCs and to the study of their durability.Two industrial blended cements containing high amounts of SCM, slag cement CEM Ill and CEM V cement containing slag and fly ash as well as two mineral additions still little studied in the literature: metakaolin and calcined dredged sediment are used. Various SCC mixtures derived from a reference SCC based on CEM 1 cement were developed. The results of the mechanical, physical and chemical testing on the different formulations show a greater or lesser effect of SCM on the mechanical behavior at early age and some positive effect over the long term. The results of measurements of the autogenous and drying shrinkage from fresh state (plastic) to well hydrated state show that some SCMs increase the drying shrinkage of SCCs (slag and calcined sediment) while ethers significantly reduce its amplitude (metakaolin).The undeniable effect of SCMs on improving some durability indicators (chloride diffusion and gas permeability) and on increasing the sensitivity to carbonation was quantified. The rather complex influence of the different SCMs is studied in the light of physicochemical and microscopie analyzes. Finally, mesoscopic modeling is developed and applied to SCCs for a parametric investigation. The effect of the shape of aggregates and their concentration on the overall behavior in compression and tensile SCC specimen as well as the effect of the mechanical damage on the evolution of permeability are studied.