Impact du liant sur le comportement structurel des matériaux cimentaires fluides : Mécanismes et modélisation

Binder’s impact on the structural behavior of fluid cementitious materials : Mechanisms and modeling

• Auteur / Autrice : Reda Jaafri
• Direction : Ahmed Loukili, Emmanuel Rozière, Syed Yasir Alam
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 19/10/2018
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Eric Garcia-Diaz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ahmed Loukili, Emmanuel Rozière, Syed Yasir Alam, Eric Garcia-Diaz, Ammar Yahia, Jean-François Georgin, Jacqueline Saliba, Estelle Breillat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ammar Yahia, Jean-François Georgin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthode des éléments discrets

Modélisation des données (informatique)

Chaux

Ciment

Mots clés libres

Tuilage

Fissuration

Retrait

Chaux

Modélisation

Éléments discrets

Curling

Cracking

Shrinkage

Lime

Modeling

Discrete element

Résumé

Le séchage des matériaux cimentaires et le retrait induit ont des conséquences majeures sur le comportement structurel des dalles et chapes. Le retrait empêché est une des principales causes de la fissuration de ces ouvrages. En sus, si le séchage est unidirectionnel, le retrait différentiel favorise le tuilage qui traduit le soulèvement des coins et des bords des dalles minces. Afin de mieux cerner les phénomènes induits par les gradients d’humidité relative interne, des études expérimentales et numériques ont été menées conjointement, et de nouveaux dispositifs expérimentaux ont été développés. On montre que l’évolution du tuilage dépend principalement de la progression du front de séchage. L’influence prédominante du séchage impose donc de recourir à une cure adaptée. Grâce à sa forte capacité de rétention d’eau, une étude systématique a été conduite sur la chaux en vue d’étudier son potentiel effet de cure. La chaux hydraulique a permis, par son influence sur la microstructure et son effet de cure, de retarder et réduire le tuilage. Sur la base des résultats expérimentaux, deux approches différentes de modélisation du tuilage ont été développées : i/ un modèle analytique continu, et ii/ une modélisation par éléments discrets. Les calculs montrent que des retraits plus importants apparaissent en surface et entraînent une microfissuration qui permet de relaxer les contraintes internes. La chaux semble conduire à une profondeur d’endommagement plus importante, ce qui explique en partie son effet sur l’amplitude du tuilage. L’approche par éléments discrets est capable de reproduire l’évolution du tuilage aussi bien en cinétique qu’en amplitude à partir des seules mesures du retrait différentiel. La chaux s’est aussi révélée bénéfique quand elle est incorporée dans les bétons autoplaçants en agissant à la fois sur le retrait et sur les propriétés viscoélastiques.

Drying of cementitious materials and the induced shrinkage have major consequences on the structural behavior of slabs and screeds. The restrained shrinkage is one of the main causes of cracking. In addition, if the drying is unidirectional, the differential shrinkage leads to curling which is defined as the lifting of the corners and the edges of thin slabs.To understand the phenomena induced by internal relative humidity gradients, experimental and numerical studies have been jointly conducted, and new experimental devices have been developed. It is shown that the evolution of curling mainly depends on the progression of the drying front. The predominant influence of drying therefore requires the use of a suitable method for curing. Thanks to its high water retention capacity, a systematic study has been conducted on lime in order to study its potential curing effect. The hydraulic lime, through its influence on the microstructure and its curing effect, delayed and reduced curling. Based on the experimental results, two different approaches have been developed to model the curling of slabs: i / a continuous analytical model,and ii / a discrete element model. Calculations show that higher shrinkage appears on the surface and causes microcracking that may relax internal stresses. The lime seems to lead to a greater depth of damage, which partly explains its effect on the curling amplitude. The discrete element approach is able to reproduce the evolution of curling both in terms of kinetics and amplitude from the sole measurements of differential shrinkage. Lime is also shown to be beneficial when incorporated into self compacting concretes by acting on both shrinkage and viscoelastic properties.