Academic literature on the topic 'Béton – Résistance chimique'

Le comportement mécanique des bétons renforcés de fibres naturelles dépend principalement de l’adhérence entre la fibre et la matrice de ciment. Cette adhérence a aussi une certaine influence sur le type d’endommagement de ces matériaux. Cette recherche a été menée sur des fibres naturelles de lecheguilla (Agave lecheguilla). Des essais chimiques, physiques et mécaniques tels que la détermination de la composition chimique, la morphologie, la porosité, l’absorption d’eau et les résistances à la traction et à la flexion ont été réalisés en utilisant ces fibres naturelles. Des observations à l’interface fibre–matrice de ciment ont aussi été effectuées à l’aide du stéréoscope pour évaluer l’effet du milieu alcalin et de différents rapports eau/ciment (E/C) sur la performance de mortier fibré. On a constaté que la résistance mécanique à la traction et à la flexion du matériau composite augmente, d’une part, avec l’augmentation de la longueur et, d’autre part, avec la diminution du volume de fibres utilisé. Le principal type de défaillance observée est l’arrachement des fibres. De plus, l’adhérence entre les fibres et la matrice de ciment est modifiée par les changements volumétriques et l’absorption d’eau relativement élevée. Néanmoins, cette adhérence peut être substantiellement améliorée en faisant un traitement superficiel des fibres à l’aide de solutions chimiques, comme le xylène, et en utilisant des faibles rapports E/C.

Technologiquement, le réseau d’assainissement à base cimentaire est de constitutions diverses et la mise en œuvre de matériaux de plus en plus performants contribue à une meilleure durabilité. Or, si aujourd’hui, il est aisé d’identifier des états de référence, quant aux propriétés des matériaux et des ouvrages tant sur le plan physique, chimique, mécanique…, la mise en évidence de ces états de références s’avère délicate pour les structures et formulations anciennes. L’objectif de cet article est d’étudier la durabilité des réseaux d’assainissement de la ville de Rennes (France) constitués de conduites à base cimentaire. Des données relatives aux caractéristiques des conduites ont été collectées (type du réseau, diamètre, épaisseur, date de mise en place…) pour chaque tronçon étudié. En plus de la qualité apparente des prélèvements, des essais de caractérisation ont été réalisés sur des éprouvettes cylindriques carottées tels que la masse volumique, la porosité et la résistance ultime en compression. Les résultats des analyses sont recensés et discutés et des corrélations sont établies pour expliquer l’évolution des propriétés des matériaux et évaluer la cinétique d’altération. Cette investigation est réalisée dans l’optique de pouvoir envisager les opérations de maintenance dans une logique de prévention et non consécutive à un accident.

Cette thèse étudie le potentiel des techniques issues de l’acoustique non linéaire appliquées à la caractérisation non destructive du béton. Les méthodes non linéaires ont été envisagées car les indicateurs de non linéarité montrent des dynamiques d’évolutions importantes face à l’endommagement dans les milieux homogènes. Souvent, leur dynamique d’évolution est de dix fois supérieure à celle des paramètres linéaires. Un des enjeux majeurs pour l’évaluation non destructive dans le domaine du génie civil, est la recherche d’indicateurs capables de fournir des informations pertinentes in situ. Le béton, matériau de structure, voit ses caractéristiques évoluer au cours du temps en fonction des paramètres structuraux (composition, endommagement…) et environnementaux (teneur en eau, température, précontrainte…). Milieu fortement hétérogène et microfissuré par nature, il exhibe un comportement fortement non linéaire caractéristique des matériaux appelés « non classiques », mis en évidence dans les années 1990 pour les roches ou plus récemment les milieux granulaires. Dans un premier temps, nous nous attachons à caractériser la non linéarité classique du béton, traduisant la dépendance de la vitesse des ondes ultrasonores avec la contrainte appliquée. Pour ce faire, nous transposons au cas du béton une méthode issue de la géophysique fondée sur l’analyse de la coda des signaux transmis, au fort potentiel d’application in situ. Nous nous intéressons dans un second temps à la sensibilité des indicateurs non linéaire non classiques à un endommagement thermique progressif. Nous employons pour ce faire la méthode de résonance non linéaire et montrons la sensibilité de ces indicateurs à ce type d’endommagement. Nous montrons de plus la faisabilité de l’analyse des modes de résonance transverses pour la méthode ainsi que la similitude de leur réponse avec celle des modes longitudinaux. Nous traitons enfin des limites de transposition sur site de cette méthode. Nous avons développé une autre approche au fort potentiel de transposition in situ, en étudiant la non linéarité par l’interaction d’un impact mécanique avec une onde monochromatique. Nous examinons enfin l’apport d’un modèle proposé récemment, permettant de traduire l’influence de certains paramètres tels que la porosité et la teneur en eau sur la réponse non linéaire du béton. Nous transposons ce modèle au cas du béton, puis nous appuyant sur une série d’expériences, nous proposons une fonction permettant d’optimiser les paramètres influents du modèle. Nous avons démontré le potentiel des méthodes non linéaires pour l’auscultation in situ du béton. Les travaux se poursuivront sur la possibilité d’augmenter la sensibilité de détection des non linéarités en mettant en œuvre le retournement temporel et la dynamique lente
This thesis study the potential of nonlinear acoustics based techniques applied to non-destructive evaluation of concrete. Nonlinear based methods have been considered as regard of nonlinear indicators sensitivity face homogeneous medium’s damage. Their dynamic evolution is often two order magnitude greater than linear ones. One of the greater stacks for non destructive evaluation in civil engineering is research of indicators capable of providing relevant information in situ. Concrete, structural material, find itself properties altering in time as function of its structural (composition, damage…) and environmental (water saturation, temperature, pre-stress…) parameters. Naturally highly heterogeneous and micro-cracked medium, it exhibits a strong nonlinear response, signature of so called since 1990’s “non classical” materials such as rocks or more recently as granular mediums. We illustrate first the classical nonlinearity of concrete, reflecting ultrasound wave speed dependence with quasi-static stress. Thus, we apply in case of concrete a method from geophysics studying the coda of transmitted waves, with a high potential for on site applications. Secondly, we study sensitivity of nonlinear non classical parameters face of a progressive thermal damage. So we employ the Nonlinear Resonant Ultrasound Spectroscopy (NRUS) method and show sensitivity of these indicators to this kind of damage. We then show feasibility and sensitivity of applying shear modes for the method as well as similarity of their response with compressional ones. At last, we deal with its on site transposition limits. Another approach is implemented studying non classical nonlinearity by interaction of a mechanical impact with a monochromatic wave, with a high potential for on site applications. We finally describe and transpose in case of concrete, a recent modelling which allow describing the influence of some parameters as water saturation and porosity on the nonlinear response of concrete. We then exploit a battery of experiments in order to optimising some influent parameters in the model. We have demonstrated the potential of nonlinear methods for on site non destructive evaluation of concrete. This work is to be continued by studying possibilities of increasing sensitivity of nonlinearities detection by using time reversal mirror or slow dynamics

La première partie de cette thèse porte sur la mise en place de plusieurs formulations de BHP avec divers ajouts fins (fumées de silice, cendres volantes, micro cendres et ciment ultra-fin), en utilisant des matériaux locaux. Il a été jugé plus réaliste d'opter pour une méthode classique de composition (basée sur la méthode Baron-Lesage) que nous avons adaptée aux cas des BHP. Ce choix est du notamment à l'insuffisance de la méthode des coulis, développée au LCPC. Les résistances à la compression des BHP ainsi formulés atteignent les 80 MPA. La deuxième partie est consacrée à l'étude du comportement mécanique à la rupture d'éléments de structures en BHP. Des essais de flexion sur des poutres surarmées, avec différentes classes de bétons ont été réalisés. Il est montré que si le confinement des BHP n'entraîne pas des augmentations significatives des moments résistants, il permet néanmoins un gain en ductilité. Une évaluation quantitative des prédictions des diagrammes de calcul simplifiés et proposés par les codes BAEL 91, AFREM 95, ACI, CSA et NZS est étudiée. Il est montré que si certains codes restent encore conservateurs, d'autres donnent des meilleures prédictions. Des essais de flexion sur des dallettes et des prismes en BHP renforcé de fibres métalliques ont été réalisés dans le but d'observer le comportement post pic des BHP. Il est montré qu'à partir d'un certain dosage en fibres, le comportement post pic est nettement amelioré
The first part of this thesis focus on in the set up of several HPC design, with various fine admixture (silica fume, fly ash, microash and ultrafine cement), using a local materials. It had been judge more realistic to opt for a classical designing meyhod (based on Baron-Lesage method), suited to HPC case. This choice is due notably to the insufficiency of the grout method "méthode des coulis", developped in LCPC. Than the compressive strength of HPC reach 80 MPa. The second part is consecrate to the study of HPC structure elements mechanical behaviour. Bending tests on over-reinforced beams, with different class of concrete have been carried out. It is shown that the confining of HPC did not bring about a significatif improvement of resistant moments, it permits, nevertheless a benefit of ductility. A quantitative valuation of the simplified calculus diagrams predictions, suggested by the BAEL 91, AFREM 95, ACI, CSA and NZS codes is studied. It is shown that if certain code still conservative yet, others give the best predictions. Bending tests on slabs and prisms, with steel fibre reinforced HPC have been carried out in order to observe the HPC post peak behaviour. It is shown that from a certain dosage of fibre, the post peak behaviour is improved clearly

Ce travail de thèse présente la modélisation des phénomènes interfaciaux des Silicates de Calcium Hydratés (C-S-H) en présence de diverses solutions salines. Les C-S-H sont synthétisés en laboratoire sous la forme de suspensions en solution. La caractérisation du solide par diffraction des rayons X et par résonnance magnétique nucléaire permet de valider le processus de synthèse. L’étude de particules colloïdales en solution, tels les C-S-H, requiert la caractérisation globale de l’interface, c’est-à-dire la surface du solide, la région interfaciale et la solution. Le modèle numérique développé dans le cadre de travail de recherche prend en compte les spécificités physiques de ces trois régions. La modélisation des intéractions ioniques s’articule expérimentalement sur les mesures de potentiel zêta et de rétention ionique. Le modèle considère les phénomènes de double couche et de complexation de surface pour interpréter les données de potentiel zêta. Une telle interprétation permet également de déterminer quantitativement la fixation des ions par les C-S-H, due à l’adsorption spécifique et à l’attraction électrostatique. La modélisation des interactions de surface est couplée chimiquement à un modèle de solubilité. Ce couplage physico-chimique fait intervenir la notion d’activité ionique. Le coefficient d’activité des ions en solution est calculé par la méthode MSA (Mean Spherical Approximation) qui est applicable à de fortes concentrations ioniques. Les C-S-H sont étudiés en présence de NaCl, Na2SO4, NaOH et CaCl2. Les résultats du modèle mettent en évidence la dépendance de la charge de surface en fonction de la composition de la solution, ainsi que la corrélation implicite entre les interactions interfaciales et la rétention ionique. Cette corrélation est vérifiée par l’application du modèle à des pâtes de C3S hydraté. L’un des objectifs majeurs de la thèse est l’étude du comportement des ions chlore. L’étude démontre leur très faible interactivité envers les C-S-H, ce qui constitue une information importante, car, dans le cas d’une pâte de ciment hydraté, les C-S-H sont généralement considérés comme étant les principaux responsables de la rétention du chlore. Par le développement d’un module d’interactions physiques, ce travail de recherche contribue significativement à l’étude du transport ionique dans les matériaux cimentaires.

La compréhension des mécanismes à l'origine de la formation de la porosité et de ses propriétés dans les matériaux cimentaires est un enjeu majeur pour l'évaluation de leur durabilité. L'utilisation des laitiers de haut fourneau comme liant hydraulique modifie les phases formées, leur proportion et la microstructure des mortiers et bétons. Il reste un grand nombre de verrous scientifiques à lever concernant les paramètres modifiant les valeurs de porosité, le rayon des capillaires et, par conséquent, la perméabilité. Des échantillons de mortiers ont été réalisés avec différents mélanges de CEM I et de laitiers de haut-fourneau puis différentes cures ont été utilisées afin d'évaluer l'influence de la baisse de la température ou de l'hygrométrie sur la géométrie de leur porosité. Différentes techniques d'analyses de porosité et de perméabilité ont permis de mettre en évidence principalement une augmentation de la porosité totale et libre, des rayons des capillaires et de la perméabilité avec l'augmentation de la proportion de laitier et la diminution de l'hygrométrie. Des observations au microscope électronique à balayage à pression de vapeur d'eau contrôlée ont permis de montrer le lien entre l'ouverture des capillaires et l'hygrométrie. Ainsi les forces exercées par les pressions de disjonction et les pressions capillaires déforment les hydrates de manière à fermer les capillaires avec l'augmentation de l'hygrométrie. La mise au point d'une méthode originale de cartographie de la porosité à partir de données de conductivité thermique a permis de confirmer la présence d'une peau et de déterminer son étendue. Grâce à cette technique, il est possible d'évaluer la distribution des taux de porosité au travers des échantillons. De plus, une nouvelle approche d'analyse a permis de cartographier à partir du même modèle la distribution des proportions relatives de granulats.

La technique des ancrages par scellement chimique consiste à sceller une tige filetée dans un trou foré dans le béton durci grâce à une résine polymère. Les principaux avantages de cette technique sont la facilité d’installation et les propriétés mécaniques élevées de la résine à température ambiante. Grâce à l’adhérence de la résine, ce type d’ancrage peut être dimensionné pour avoir des performances similaires voire supérieures de celles des autres systèmes d’ancrages (mécaniques et coulés en place). En revanche, à hautes températures, e.g. incendie, l’adhérence de la résine se dégrade rapidement menaçant la capacité de l’ancrage à supporter les charges appliquées. Cela crée un risque sur les vies et les biens dans le bâtiment. Plusieurs accidents se sont produits comme l’effondrement du Big Dig Tunnel aux USA (2006) et le tunnel Sasago au Japon (2012) qui ont montré l’importance d’avoir des méthodes d’évaluation fiables de ce type d’ancrages. L’objectif de cette thèse est d’établir une méthode d’évaluation et une méthode de dimensionnement afin d’assurer la tenue structurale des ancrages par scellement chimique en situation d’incendie. L’étude est structurée en quatre parties :i. Protocoles expérimentaux pour les essais au feu des chevilles chimiques. Des essais d’arrachements au feu ont été réalisés sur des chevilles chimiques (résine époxy). Les profils de températures le long de l’ancrage ont été déterminés expérimentalement pour différentes configurations d’essais. Ensuite, ces profils thermiques ont été exploités comme données d’entrée pour calculer la résistance des chevilles par la méthode Pinoteau (intégration des résistances). Cette étude a permis de préciser les conditions expérimentales à utiliser pour l’évaluation des chevilles chimiques au feu.ii. Proposition d’un modèle de dimensionnement basé sur des calculs thermiques en utilisant la méthode des éléments finis en 3D. Les profils de température correspondant aux différentes configurations d’un ancrage dans le bâtiment ont été calculés à l’aide des propriétés thermophysiques des matériaux Eurocode pour le béton et l’acier. La modélisation en 3D a été comparée à la modélisation en 2D plane utilisée communément dans la littérature. Les deux approches ont été comparées aux mesures expérimentales et couplées avec la méthode Pinoteau pour évaluer l’influence de la méthode de modélisation sur le résultat de l’intégration des résistances. Suite à la validation du modèle 3D, des investigations thermiques ont été conduites sur d’autres paramètres pouvant influencer les essais au feu des chevilles chimiques. Cette étude a permis de valider la méthode de calcul en 3D comme la méthode la plus représentative du problème d’une cheville chimique au feu.iii. Validation de la méthode Pinoteau pour le dimensionnement des chevilles chimiques au feu en utilisant le modèle de dimensionnement proposé précédemment. Les calculs de la résistance au feu de trois chevilles chimiques différentes ont été comparés à des essais d’arrachement. Cette étude menée sur une large gamme de tailles de chevilles a permis de valider l’utilisation de l’intégration des résistances pour le dimensionnement.iv. Etude du comportement des chevilles chimiques dans le béton fissuré à hautes températures. Une méthode d’évaluation a été développée afin de déterminer la réduction de la résistance d’adhérence liée à la fissuration du béton, à hautes températures (chauffage électrique). Des essais ont été faits sur des chevilles chimiques (résine époxy) dans le béton fissuré et non-fissuré à température ambiante et à hautes températures. La réduction de la résistance avec l’augmentation de la température a été investiguée. Cette étude a permis d’obtenir une bonne répétabilité des résultats grâce à l’augmentation du nombre d’essais et le bon contrôle du scénario thermique appliqué
The technique of bonded anchors consists of fastening a threaded rod in a drilled hole in hardened concrete by polymer adhesives. The main advantages of this technique are ease of installation and the high mechanical properties of the adhesive at ambient temperature. Due to the adherence of the adhesive resin, this type of anchors can be designed to ensure similar or even higher performances compared to other anchor systems (mechanical and cast-in). However, at high temperatures, e.g. fire situation, the adherence of the adhesive degrades rapidly. Fire decreases the adherence of the adhesive and leads to the inability of the anchor to support the fixed objects. This creates a risk on the lives and goods inside the building. Several accidents occurred like the collapse of the Big Dig Tunnel in the USA (2006) and the Sasago tunnel in Japan (2012) and highlighted the importance of having reliable evalutation methods of this type of anchors. The objective of this thesis is to establish an assessment and a design method to ensure the structural resistance of bonded anchors in fire situations. This project is structured into four main parts:i. Experimental protocols for fire tests on bonded anchors. Pull-out fire tests were conducted on bonded anchors (epoxy adhesive). Temperature profiles along the embedment depth of anchors were determined experimentally for different test configurations. Then, these temperature profiles were used as entry data to calculate the fire resistance of anchors using Pinoteau’s method (Resistance Integration Method). This study allowed to precise the experimental conditions to be adopted for fire evaluation of bonded anchors. ii. Proposition of a design model based on transient thermal calculations using finite element method in 3D. Temperature profiles were calculated using the thermophysical material properties of concrete and steel in the Eurocode. 3D modelling was compared to 2D modelling commonly used in the literature. Both approaches were compared to measurements during fire tests and coupled with Pinoteau’s method to assess their impact on the calculation of fire resistance of anchors. Following the validation of the 3D model, thermal investigations were conducted on other parameters that could influence fire tests of bonded anchors. This study allowed to validate the 3D modelling approach as the most representative of the problem of bonded anchors exposed to fire.iii. Validation of Pinoteau’s method for the design of bonded anchors under fire by using the previously proposed design model. Calculations of fire resistance of three different bonded anchor products were compared to pull-out tests. This study conducted on a wide range of anchor sizes lead to the validation of the Pinoteau’s Method for the design of bonded anchors.iv. Study of the behavior of bonded anchors in cracked concrete at high temperatures. An assessment method was developed to determine the reduction of bond strength due to cracked concrete, at high temperatures (electrical heating). Tests were conducted on bonded anchors (epoxy adhesive) in cracked and uncracked concrete, at ambient and high temperatures. The evolution of the reduction with temperature increase was investigated. This study ensured a good repeatability of test results due to the increased testing potential and the good control of the applied heating scenario

Aujourd'hui le béton est l'option la plus attrayante pour le secteur de la construction. Ceci est du au fait que le béton est un matériau peu couteux et que sa fabrication nécessite peu d'énergie et a un faible impact environnemental En outre, les structures en béton sont durables et performantes mais le béton nécessite d'être associé à des armatures d'acier, car le il présente une faible résistance à la traction.Du point de vue de la chimie, le point faible provient de l'origine de la cohésion du ciment utilisé pour la fabrication du béton. Des expériences à l'échelle nanométrique et des simulations numériques ont montré que la cohésion de la pâte de ciment résulte de forces de courte portée qui s'exercent entre les surfaces de silicates de calcium hydratés (C-S-H) dans la solution interstitielle.Cette thèse explore l'ingénierie de la liaison entre les grains de ciment en vue d'améliorer les propriétés mécaniques des matériaux cimentaires. Nous visons à introduire en plus de celles déjà existantes, des forces de cohésion à longue portée entre les grains à l'aide de liaisons chimiques pour conduire à une augmentation de la résistance à la traction et de la ténacité. La stratégie choisie a été de greffer différents silanes organo-fonctionels sur le ciment anhydre. Deux méthodes possibles de silanisation ont été étudiées et les produits modifiés ont été caractérisés.La première méthode a consisté à mélanger directement la poudre de ciment avec les silanes. Il a été montré que, ce faisant, pâtes de ciment et de mortiers présentent une maniabilité améliorée. En outre, il a été observé que les silanes influent fortement l'hydratation, principalement en retardant l'hydratation des silicates et en réduisant leur degré d'hydratation. En conséquence, une perte sévère de résistance a été constatée dans tous les tests mécaniques standards effectués. Ceci est lié à la dose excessive de silane incorporée au ciment pour atteindre l'homogénéité du mélange au cours de l'hybridation.Une deuxième méthode de silanisation a été développée afin de permettre la diminution du dosage des silanes en gagnant en homogénéité. Elle consiste à mélanger le ciment dans une solution de silane dans un solvant non aqueux. Cette méthode à permis en outre d'obtenir des données quantitatives relatives à l'adsorption des silanes utiles à une meilleure compréhension des interactions silane-ciment. Elles constituent en effet des moyens indirects aidant à caractériser les substrats modifiés. Il a été constaté que les interactions silane-ciment dépendent fortement du type de solvant utilisé. La couverture de la surface a également été calculée et est loin d'être une monocouche. Elle est constituée d'espèces chimiquement et physiquement adsorbées qui influencent les propriétés des ciments modifiés.En termes de vitesse d'hydratation, les plus forts effets de ralentissement sur l'hydratation des silicates sont toujours associés aux silanes affichant une plus faible affinité avec la surface, mais fortes de liaisons avec cette dernière. En termes de rhéologie, tous les silanes améliorent grandement la capacité des pâtes à résister à une charge au-dessus de la limite élastique. Il en résulte une augmentation de résistance à la flexion jusqu'à 35% par rapport au ciment pur.

La résistance mécanique des bétons exigée actuellement impose une diminution du rapport eau/ciment et l’utilisation de superplastifiant pour faciliter la mise en œuvre du matériau frais. Les produits de type polycarboxylate sont très efficaces à court terme, mais peuvent mener à une perte rapide de l’ouvrabilité en cas d’incompatibilité liant/superplastifiant. L’objet de ce travail est l’identification des phases cimentaires impliquées dans ces variations rhéologiques. Dans un premier temps, l’écoulement de pâtes superplastifiées est évalué par un rhéomètre muni d’un système de mesure à boule. Les combinaisons compatibles s’écoulent selon le modèle de Bingham. Une incompatibilité entraîne soit une augmentation du seuil d'écoulement et de la viscosité plastique, soit une évolution des propriétés rhéologiques en un fluide d’Herschel-Bulkley. Dans un deuxième temps, des combinaisons ciment/superplastifiant sont caractérisées par des essais rhéologiques. L’évaluation du raidissement de pâtes et la caractérisation chimique des ciments hydratés montrent que la consistance est liée à la quantité et à la microstructure de l’ettringite formée. Ces paramètres dépendent de la phase aluminate et des sulfates de calcium initialement présents. Enfin, l’étude de systèmes cimentaires de synthèse établit que la solubilité des sulfates de calcium en présence de superplastifiant est augmentée du fait, vraisemblablement, de la complexation des ions Ca2+ par les polycarboxylates. La variété orthorhombique de la phase aluminate plus réactive que la variété cubique, mène, quant à elle, à la formation d’une quantité importante d’ettringite en forme d’aiguilles
Currently required concrete strength imposes a lower water/cement ratio and use of superplasticizer to make easier the fresh material implementation. Polycarboxylate type products are very effective in the short term but can lead to a fast loss of workability in case of binder/superplasticizer incompatibility. The object of this work is the identification of cementitous phases involved in these rheological variations. Initially, flow of various superplasticized pastes is evaluated by a rheometer fitted with a ball measuring system. Compatible combinations flow like a Bingham’s fluid. An incompatibility results in an increase of yield stress and plastic viscosity or rheological properties evolution into Herschel-Bulkley’s fluid. Then, cement/superplasticizer combinations are characterized by rheological tests. Stiffening assessment of pastes and chemical characterisation of hydrated cements show that consistency is associated with amount and microstructure of formed ettringite. These parameters depend on initially present aluminate phase and calcium sulphates. Finally, study of synthetic cementitous systems states that calcium sulphates solubility, in presence of superplasticizer, is increased probably because Ca2+ ions complexation by polycarboxylates. As for the orthorhombic variety of aluminate phase, more reactive than cubic variety, it leads to a large amount of needle-shaped ettringite