Capacité d'auto-cicatrisation des matériaux cimentaires : Amélioration avec des agents expansifs et des additions minérales

Self-healing capacity of cementitious materials : Enhancement with expansive agents and mineral additions

• Auteur / Autrice : Lina Ammar
• Direction : Aveline Darquennes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 10/02/2022
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'ingénieur (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie civil et génie mécanique (LGCGM)
• Jury : Président / Présidente : Richard Gagné
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aveline Darquennes, Richard Gagné, Farid Benboudjema, Luc Courard, Kinda Hannawi, William Prince Agbodjan, Denis Bézard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Farid Benboudjema, Luc Courard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Constructions en béton armé

Laitiers (métallurgie)

Mortier

Béton armé

Gonflants

Mots clés libres

Agents expansifs

Cicatrisation

Gonflement

Laitier de haut fourneau

Mortier de réparation

Expansive agents

Self-healing

Swelling

Blast furnace slag

Repair mortar

Résumé

Suite à leur vieillissement, les structures actuelles en béton armé nécessitent de plus en plus de travaux de maintenance et de réparation. Ayant une durée de vie limitée, les matériaux de réparation peuvent également présenter précocement des fissures dues à des facteurs environnementaux, à des incompatibilités déformationnelles et physico-chimiques entre le matériau de réparation et le substrat, etc. Dans le cadre du développement durable, il devient essentiel d'éviter les opérations de maintenance et de réparation coûteuses, et de développer des matériaux plus durables et plus respectueux de l'environnement. La réparation de structures à l’aide d’un mortier auto-cicatrisant apparaît comme une solution s’inscrivant pleinement dans cette démarche. Ce mortier présentera la capacité de cicatriser ses propres fissures de manière autonome. Pour atteindre cet objectif, une large campagne expérimentale a été mise en oeuvre afin d’évaluer l’impact de l’ajout d’additifs expansifs à différents pourcentages et d’additions minérales sur le comportement mécanique et la capacité d’autocicatrisation de mortiers. Les résultats expérimentaux montrent que l'ajout d'un additif expansif de type MgO ou CSA entraîne une diminution significative du retrait endogène en raison de la formation de produits supplémentaires dans le réseau poral, générant des pressions de cristallisation et un gonflement de la matrice à l'échelle macroscopique. Cette expansion permet d’accélérer la fermeture des fissures et augmente ainsi le potentiel de cicatrisation autonome des mortiers. Une substitution partielle du ciment par du laitier de haut-fourneau est également bénéfique pour réduire le retrait endogène, et en présence de MgO pour augmenter la capacité de cicatrisation autonome des fissures.

As the reinforced concrete structures are aging, they require more and more maintenance and repair works. Having a limited life span, repair materials may also show an early cracking due to environmental factors, deformational and physicochemical incompatibilities between the repair material and the substrate, etc. In the context of sustainable development, it becomes essential to avoid costly maintenance and repair operations, and to develop more durable and environmentallyfriendly materials. The repair of structures using a self-healing mortar appears to be a solution in favor of this approach. This mortar will be able to heal autonomously its cracks. To achieve this objective, a large experimental campaign was performed to evaluate the effect of the addition of expansive at different contents and mineral additions on the mechanical behavior and self-healing capacity of mortars. The experimental results show that the addition of an expansive agent type MgO or CSA leads to a significant decrease of the autogenous shrinkage due to the formation of additional products in the pore network, leading to crystallization pressures and a matrix swelling at macroscopic scale. This expansion accelerates crack closure and therefore increases the autonomous healing potential of mortars. A partial substitution of cement by blast furnace slag is also beneficial to reduce autogenous shrinkage, and in the presence of MgO to increase the autonomous healing capacity of cracks.