Academic literature on the topic 'Béton – Chimie'

Pétrification est un procédé de transformation de cellulose en roche, permettant d’envisager un artisanat céramique à la mise en forme simple, à partir de papier, corde, coton, bois ou carton. Il se décline en deux étapes : l’infusion d’une solution de silice dans le modèle, suivie d’une pyrolyse sous atmosphère. Lors de cette cuisson, le carbone et la silice fusionnent pour former du carbure de silicium, une céramique rigide et abrasive, mécaniquement proche du diamant. Ce projet a été développé par Emile De Visscher, avec l’aide de nombreux scientifiques de l’ESPCI (Jérôme Bibette), l’UPMC (Florence Babonneau), Chimie ParisTech (Philippe Barboux) et l’EnsAD dans le cadre d’une thèse SACRe à l’université PSL, et se poursuit dans le Cluster d’excellence « Matters of Activity. Image Space Material » à l’Université Humboldt, à Berlin. Il associe un développement scientifique expérimental à une recherche par le design pour imaginer un procédé de fabrication artisanal innovant.Au cœur du projet réside la question de la pérennité de nos formes de savoirs, de savoir-faire et de notre héritage. La pétrification, comme transmutation de la matière organique vers l’inorganique, du végétal au minéral, pérennise des formes éphémères vouées à la dégradation. À l’heure où la crise écologique et le capitalisme génèrent des appauvrissements majeurs de formes biologiques (disparition des espèces et variétés de semences), mais aussi de pratiques (disparition de techniques traditionnelles), se pose la question de la manière dont garder trace de nos savoirs et formes matérielles fragiles. Au-delà de son principe technique pur, le procédé de pétrification est emblématique en ce qu’il invoque une série de contenus culturels ancrés dans de nombreuses civilisations et régions du monde : dans la mythologie grecque avec Méduse, chez les Celtes avec les dolmens, mais que l’on retrouve aussi dans les traditions japonaises, papoues ou précolombiennes. Omniprésent au XVIIIe et XIXe siècles, aussi bien avec la pratique de collection de fossiles que le développement de techniques de pétrification des corps, ce procédé est encore particulièrement présent dans de nombreuses formes culturelles actuelles telles que les jeux vidéo, les romans de science-fiction ou les films hollywoodiens. Cette récurrence de la pétrification dans l’imaginaire collectif renvoie à des dualités fondamentales partagées entre fantasme de survie à la mort, malédiction de stabilité, vie éternelle ou crainte d’apocalypse. Le projet se déploie ainsi en tant que proposition archéologique spéculative, qui stabilise des éléments en péril pour un futur lointain. La collaboration avec Lucile Vareilles et Ophélie Maurus a cherché à rendre compte de cette dimension spéculative et historique dans le cadre de la publication .able. La mise en image de ce projet nous renvoie directement à la question de l’Anthropocène, car il utilise une cuisson, certes énergivore, pour séquestrer le carbone dans la couche terrestre plutôt que dans l’atmosphère. Plutôt que de subir impuissant l’accumulation inéluctable de déchets fossiles, de plastiques et de béton armé, le projet introduit une exploration collective, et donc politique, de ce qui devrait et ne devrait pas se retrouver dans la couche anthropocénique.

Les bétons de hautes performances, de consistance ferme à plastique, développent des résistances mécaniques à long terme très élevées. Cependant, ils présentent l'inconvénient d'un remplissage difficile dans des zones fortement ferraillées des piles du viaduc de Millau, dont l'ensemble des armatures constitue un réseau d'obstacles à la mise en place par vibration. Pour garantir un remplissage total des coffrages, le recours aux bétons fluides autoplaçants a été la voie adoptée, avec maintien des performances mécaniques et de la durabilité. Une caractérisation des propriétés rhéologiques (fluidité et capacité de passage entre les armatures) à l'échelle du béton fournit des bases physiques aux phénomènes impliqués dans la transition entre un matériau de consistance ordinaire et un matériau fluide, et apporte une meilleure compréhension des modifications de formulation (fraction volumique solide, rapport Gravillons/Sables) et de leurs conséquences. La stabilité et la thixotropie engendrée par la partie fine où coexistent ciment, fines des sables et divers types de fillers et superplastifiants, jouent aussi un rôle important sur la fluidité et stabilité du béton. Toutefois, des mesures de retrait, sous conditions de séchage, soulignent l'incidence de la fraction volumique granulaire dans le développement de forts retraits menant à une fissuration précoce du béton. Ainsi, le remplacement d'une partie du ciment par des fillers minéraux moins réactifs a été le chemin suivi. Des mesures d'analyses thermiques identifient les raisons microstructurales d'un tel maintien des résistances malgré les modifications de formulation, par rapport à l'évolution de la physico-chimie.

Les dechets radioactifs a vie courte, et eventuellement ceux a vie longue, sont ou seront stockes dans des structures en beton (colis, ouvrages de stockage,). Pour pouvoir predire la surete de ces stockages, il est necessaire de pouvoir predire le comportement a long terme du materiau degrade. L'alteration d'une pate de ciment par l'eau resulte a court et moyen terme de mecanismes de transport de matieres entre la zone saine et la solution agressive par diffusion des especes ioniques de la solution interstitielle de la pate de ciment. Ces observations sont a l'origine de modeles diffusifs d'alteration dans lesquels la dissolution eventuelle de la surface du materiau, en contact avec la solution agressive, n'est pas prise en compte. Des pates de ciment ont ete synthetisees et lixiviees par de l'eau continuellement demineralisee. Ces essais ont permis de determiner le regime de dissolution de l'interface en contact avec la solution agressive. Au bout d'un temps critique, fonction du type de pate, la dissolution de la couche superficielle en contact avec la solution agressive controlera la cinetique d'alteration. Les proprietes diffusives et chimiques de la couche superficielle d'alteration sont donc fondamentales pour la prediction du comportement a long terme du beton en milieu agressif. Les etudes par resonance magnetique nucleaire du silicium et de l'aluminium, ainsi que par spectroscopie mossbauer sur #5#7fe, mettent en evidence la formation a la surface du materiau d'un silicate de calcium hydrate (csh) riche en silice, dont la structure moleculaire est proche de la structure tobermorite. L'influence des substitutions cationiques (si#4#+ par al#3#+ et ca#2#+ par fe#3#+) sur les proprietes de la couche superficielle et donc sur la tenue du materiau a long terme a pu etre etudiee. Nos resultats experimentaux nous ont permis de modeliser le couplage diffusion-dissolution afin d'evaluer le comportement a long terme en fonction du scenario d'agression, et de la composition du materiau cimentaire.

L'objectif de ce travail était de simuler le comportement à long terme de bétons comportant ou non des ajouts (laitiers, cendres volantes ou fumées de silice). Des simulations en température ont également été effectuées. Ces simulations ont été réalisées par la mise en place de systèmes modèles à l'équilibre dont les hydrates et en particulier le C-S-H, principal hydrate du ciment portland, ont été caractérisés (morphologie et structure) ainsi que les solutions d'équilibre correspondantes. Les systèmes modèles étudiés en suspension ou en pâte sont CaO-SiO₂-H₂O, CaO-SiO₂-Al₂O₃-H₂O, CaO-SiO₂-Al₂O₃-SO₃-H₂O en présence ou non d'hydroxyde de sodium à 25°C et 90°C. Ces systèmes modelés ont été comparés à des échantillons de béton hydratés en présence ou non d'ajouts. Il a été possible de simuler expérimentalement l'état final vers lequel évolueront les hydrates d'un béton de composition chimique connue. Ces simulations rendent comptent des assemblages de phases solides identifiées et des propriétés microstructurales des hydrates. A partir de ces résultats, nous avons réalisé un modèle thermodynamique afin de calculer ces états d'équilibres pour ce qui concerne l'hydrate principal. Ce modèle repose sur l'équilibre de solubilité d'un C-S-H de stoechiométrie constante et sur des équilibres de surface qui décrivent les modifications observées expérimentalement : Evolution de la longueur des chaînes de silicates, insertion de calcium en interfeuillet, inversion de la charge de surface. Les constantes d'équilibres ont été ajustées de façon à reproduire par le calcul les résultats expérimentaux. Les calculs à partir de ce modèle ont mis en évidence l'absence de sodium en interfeuillet dans le C-S-H. Une approche similaire pourrait être étendue aux interactions des ions sulfates avec les C-S-H. Un travail expérimental complémentaire serait nécessaire pour adopter une démarche similaire sur les systèmes en température

La problématique de l'attaque par les sulfates des matériaux à base de ciment demeure d'actualité dans le domaine du stockage des déchets radioactifs, puisque les eaux souterraines susceptibles de venir au contact du colis contiennent des teneurs en sulfates non négligeables (7-31 mmol/L). Ce mémoire contribue à l'étude des mécanismes de dégradation par les sulfates, à leur compréhension et à leur modélisation. Les phases expérimentales entreprises dans cette étude ont eu pour objectifs de mettre en évidence les différents phénomènes physico-chimiques présents lors d’une attaque sulfatique externe, de suivre leur évolution et leur impact sur les paramètres de transport et de prévoir le comportement mécanique du matériau. Des expériences de dégradation en eau pure et en milieu sulfaté (teneur en sulfates 15 mmol/l), sur pâte de ciment CPA (E/C 0,4), ont été menées en parallèle, afin de pouvoir comparer les résultats obtenus. L'analyse chimique régulière du lixiviat a mis en évidence une consommation de sulfates par la matrice proportionnelle à la racine carrée du temps. L'utilisation de la DRX sur les poudres, issues des "grattages" de la partie dégradée du matériau, a permis d'obtenir la zonation minéralogie associée à une exposition en milieu sulfaté de la pâte de ciment. L'emploi conjointement de la MEB et de la micro-sonde EDS est venu confirmer les profils obtenus par DRX et apporter une information capitale concernant l’état de fissuration et sa localisation. De plus, un suivi visuel de l'apparition de la fissuration et de son évolution est venu compléter les observations précédentes. A partir de ces résultats expérimentaux, une modélisation simplifiée de la dégradation chimique de la pâte de ciment, mise au contact d'un milieu sulfaté, a été proposée. Un code de géochimie, couplant la chimie en solution au transport réactif dans un milieu poreux a été utilisé. La modélisation mise en oeuvre prend en compte l’évolution des propriétés de transfert du matériau (diffusivité) avec la décalcification et la précipitation d’espèces secondaires (gypse, ettringite). Les résultats issus des calculs couplés chimie - transport ont alors été utilisés comme données d’entrée pour la modélisation du comportement mécanique des échantillons soumis à une attaque sulfatique. La loi de comportement utilisée pour notre étude est basée sur des concepts physiques comme la génération d’autocontraintes internes au béton engendrées par la précipitation de phases secondaires. Il prend en compte l’endommagement de façon anisotrope et prévoit l’apparition de la fissuration suivant des critères de rupture en traction, compression et associée à la précipitation de phases secondaires
Sulfate attack of cement-based materials remains an important problem for the durability assessment of containers and disposal engineering barriers dedicated to the long-term storage of radioactive wastes since underground water which may reach these elements contains small quantities of sulfates (7-31 mmol/l). This work contributes to the study of sulfate-induced damage mechanisms, to their understanding and modelling. The experimental phases of this study aimed at the understanding of the different physico-chemical phenomena involved during an external sulfate attack at following their evolution and their impact on the transport and mechanical properties of the material. Leaching experiments in pure water and in a solution of sodium sulfate (with a sulfate content of 15 mmol/l) , have been performed simultaneously on OPC paste (w/c 0,4)in order to allow a comparison of test results. The frequent analysis of the leachant has shown a consumption of sulfate ions by the matrix, proportional to the square rate of time. The use of X-Ray Diffraction on powders, obtained by « scraping » the calcium-depleted part of the samples, led a precise view of the cement paste mineralogy, during sulfate attack. The use of Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectrometer (EDS) confirmed the correctness of XRD profiles and brought important informations concerning cracking distribution and localisation. In addition, a visual monitoring of crack appearance and evolution completed the previous observations. Based on these experimental results, a simplified model accounting for the chemical degradation of cement paste in sulfated water has been proposed. A geochemical code, coupling the chemistry in solution with the reactive transport in porous media has been used for this purpose. The model accounts for the evolution of transport properties (diffusivity) associated with the calcium-depleting of the cement matrix and the precipitation of secondary phases (gypsum, ettringite) in the porous space. The results of the reactive transport calculations have then been used to model the mechanical behaviour of the samples subjected to a sulfate attack. The constitutive mechanical model used in this study, is based on physical concepts like the generation of internal auto-stresses in concrete, induced by the precipitation of secondary phases in the porous space. It accounts for anisotropic damage and assumes that cracking can appear depending on several thresholds associated with the behaviour of the material in tension, compression and related to internal stresses originating from secondary phases precipitation

L'alcali-réaction est une réaction pathogène du béton. Elle entraine sa fissuration et la formation d'un produit de réaction localise dans les fissures. Elle résulte d'une interaction entre la silice réactive contenue dans les granulats et les ions hydroxydes de la solution interstitielle du béton. Cette interaction a trois conséquences: La réaction entre la silice réactive et les ions hydroxydes qui conduit à la dissolution partielle de la silice et à l'ionisation de la silice résiduelle, La formation de produits calco-silico-alcalins à partir de la silice dissoute et des ions calcium de la pâte de ciment, L'apparition de contraintes suffisantes pour générer la fissuration des ouvrages. L'objectif de ce travail est d'étudier le rôle des ions sulfate dans l'alcali-réaction avec un souci de compréhension des phénomènes chimiques et mécaniques impliques dans cette réaction. Une démarche simplificatrice a été adoptée. Elle consiste à étudier, en présence d'ions sulfate, séparément chacune des trois conséquences de l'interaction entre la silice réactive et les ions hydroxydes. Les constituants du béton ont été simules par des phases pures. Les principaux résultats sont les suivants: La présence d'ions sulfate augmente le degré d'ionisation de la silice résiduelle et diminue la concentration de silice dissoute. Cet effet est commun à l'ensemble des électrolytes. Les phases sulfoaluminate de calcium hydratées, phases sulfatées majoritaires de la pâte de ciment, ne sont pas stables en présence d'ions silicates. Elles évoluent vers la formation de produits calco-silico-alumino-alcalins qui n'incorporent pas d'ion sulfate. Les ions sulfate n'ont aucune influence sur les caractéristiques de ces produits. La présence de calcium, de silice réactive, d'ions alcalins et hydroxydes est suffisante pour générer la fissuration d'un béton. Les contraintes associées aux deux premières conséquences de l'interaction silice réactive ions hydroxydes ont été mesurées à partir de dispositifs adaptes conçus spécialement

Ce travail a pour objectif essentiel de mettre en évidence les apports des récents développements des techniques de mesures fluxmétriques pour l'étude de l'hydratation des bétons. Il comprend deux parties distinctes. La première concerne la mise au point d'un calorimètre isotherme adapté au matériau béton. On conçoit l'intérêt de ce dispositif dans le cadre de l'étude d'une réaction thermoactivée. Dans le travail présenté ici la calorimétrie isotherme est utilisée avec quatre applications principales. Il s'agit tout d'abord d'étudier l'effet de la température de cure sur la chaleur d'hydratation. Le développement d'une méthode de détermination de l'énergie d'activation et du degré d'avancement constitue un second objectif. Des études comparatives de cinétique de réaction en conditions isothermes et adiabatiques sont présentées. Une étude des réactions pouzzolaniques est ensuite décrite. Ces deux dernières études ont été réalisées en collaboration avec le LCPC. La seconde partie du rapport vise à discuter de l'apport potentiel des mesures fluxmétriques dans une démarche de maturométrie sur ouvrages. Un travail de traitement du signal est nécessaire au préalable pour extraire du flux global mesuré, la part qui est liée à la réaction d'hydratation. Les résultats obtenus sont encourageants. Les flux de réaction estimés permettent une description assez précise de la cinétique d'hydratation alors que l'information température est totalement inutilisable. L'instant de début de prise peut par exemple être détecté beaucoup plus précisément. Le taux de production de chaleur, le degré d'avancement et la chaleur dégagée peuvent être estimés en fonction du temps. Les mesures présentées concernent des éléments fins pour lesquels la variation de température durant la prise est sensiblement homogène.

D’usages répandus dans l’industrie du génie civil, les agents de démoulage sont utilisés pour faciliter le démoulage du béton. Sur le terrain, ils sont appliqués par pulvérisation sur la surface des moules ou des coffrages avant d’y couler le béton. Cette thèse CIFRE concerne le comportement des huiles à l’interface béton/huile/coffrage. En effet, les rôles des huiles de démoulage sont d’empêcher l’adhérence du béton contre les parois, d’améliorer l’aspect des parements et de lutter contre la corrosion des surfaces en acier. Les huiles les plus utilisées sont d’origine minérale, mais elles provoquent des désagréments auprès des utilisateurs et de l’environnement. Pour les résoudre, des formulations à base végétale ont été mises au point. Afin de connaître l’influence de certains paramètres chimiques sur les performances des huiles, des formulations ont été confectionnées sur les deux familles afin que chaque paramètre puisse être analysé. Tout d’abord, l’évolution de la viscosité des huiles est étudiée en fonction de la température. Puis, l’interface coffrage/huile a été caractérisée à l’aide de la microscopie optique et de la spectroscopie d’impédance électrochimique. Des mesures d’énergie de surface ont également été réalisées afin d’étudier l’adhésion de l’huile sur la paroi. Enfin, des essais au tribomètre plan/plan et une étude d’esthétique des parements ont été effectués. Les résultats nous ont permis de définir les mécanismes intervenant à l’interface béton/huile/coffrage. Les huiles minérales agissent physiquement en formant une pellicule isolant la paroi du béton alors que les esters végétaux au contact du béton génèrent des carboxylates insolubles hydrophobes
Very common in the civil engineering industry, release agents are used to facilitate the release of the concrete from the mould. On site, they are sprayed onto the surface of the moulds or onto the formwork before concrete pouring. This CIFRE thesis deals with the behaviour of oils at the concrete/oil/formwork interface. Indeed, the role of form release oils is to prevent the adhesion of the concrete to the walls, to improve the aspect of the facings and to fight against the corrosion of steel surfaces. The most used oils are of mineral origin, but they cause nuisances to the users and the environment. In order to solve the problem, vegetable-based formulations were developed. So as to know the influence of certain chemical parameters on the performances of oils, formulations were carried out on the two families so that each parameter could be analyzed. First of all, the evolution of the viscosity of oils was studied according to temperature. Then, the formwork/oil interface was characterized by means of optical microscopy and electrochemical impedance spectroscopy. Measurements of drop angles and surface tensions were also performed in order to study the adhesion of oil to the wall. To finish, tests using a plane-on-plane tribometer and aesthetics study of concrete facings were made. The results enabled us to define the mechanisms intervening in the concrete/oil/formwork interface. Mineral oils act physically by forming a film isolating the wall from the concrete whereas vegetable esters in contact with the concrete generate insoluble, hydrophobic carboxylates

Diagnostiquer la réaction alcali-granulat et prévoir son évolution sont les problèmes auxquels sont confrontés les maîtres d'œuvres, l'élaboration d'un modèle d'endommagement reste d'actualité. Ce travail s'inscrit donc dans cette démarche et concerne l'étude expérimentale de la dégradation d'un béton. La recherche d'une formulation dont le critère de réactivité est basé sur l'essai accéléré à 60°C et 100% d'humidité relative montre que l'augmentation du dosage en ciment, la diminution du rapport E/C et une teneur optimale en gravillon réactif conduisent à augmenter le gonflement asymptotique. L'étude de la température permet de vérifier son rôle purement cinétique et de valider les hypothèses des temps caractéristiques suivant une loi d'Arrhenius permettant la simulation des courbes de gonflement. Les études d'éprouvettes d'échelles et de formes différentes montrent que le gonflement est isotrope et que cette propriété est vraisemblablement liée à l'isotropie de forme du granulat. D'autre part, nous avons constaté que le gonflement est fonction de la taille des corps d'épreuves étudiés. Les mesures des caractéristiques mécaniques montrent que l'on peut obtenir une diminution de celles-ci allant jusqu'à 25%. Ces études ainsi que les mesures de perméabilité et de porosité ont mis en évidence le rôle concurrentiel de l'hydratation du ciment et de la réaction alcali-silice. Enfin, nous avons proposé le cahier des charges d'une technique et d'un appareillage de mesures permettant de déterminer les pressions générées par le gonflement durant la réaction.

Grace a l'utilisation d'une acceleration surfacique, d'une acceleration thermique et d'une acceleration chimique confortees par le choix d'un laitier adapte et d'un mode de broyage judicieusement choisi, des substitutions de 70 a 90% de ciment par du laitier metallurgique se sont revelees techniquement possibles. Une simple acceleration surfacique entraine deux sequences de reactivite. Ces deux sequences conduisent a des proprietes physico-mecaniques superieures au ciment jusqu'a des compositions de l'ordre de 70% de laitier. Cette amelioration est la consequence de la structuration tardive relative a la fraction akermanitique et a la transformation d'une partie de c#4ah#1#3 en c#2ash#8. L'utilisation d'une acceleration surfacique et thermique transforme le laitier en materiau equivalent au ciment avec une seule sequence de reactivite. Aux jeunes ages, le mode de broyage intervient de maniere importante. C'est la dimension des grains qui regit la cinetique mettant en exergue les procedes ou la classification est parfaitement assuree. La possibilite donnee par la presse a rouleaux aux solutions de penetrer a l'interieur du grain et de modifier la microstructure est particulierement prometteuse. Le choix du laitier depend de la nature des accelerations utilisees, du mode et de l'intensite de la trempe. Le critere de choix reside alors dans les proportions relatives de gehlenite et d'akermanite presentes.