Dissertations / Theses on the topic 'Retrait endogène'

Le béton autoplaçant fut l'innovation technologique dans le domaine du BTP (Bâtiment et Travaux Public) depuis ces dernières décennies. Grâce à ses atouts (facilité de mise en oeuvre et réduction de coût), il est très utilisé dans les grandes constructions. Cependant, le contrôle du retrait de ce type de béton reste un problème majeur non résolu compromettant l'élargissement de son domaine d'utilisation (Béton Auto-Plaçant-Prêt à l'Emploi, Béton Auto-Plaçant-Pré-Fabriqué). Ce projet de recherche propose d'étudier le retrait des bétons autoplaçants à air entraîné, contenant des nouvelles molécules organiques afin de réduire les pressions internes associées aux ménisques capillaires de la matrice cimentaire. Par ailleurs, l'ajout de nouveaux adjuvants dans le béton entraîne des changements de comportements à l'état frais et durci du béton, notamment en présence d'agent entraîneur d'air (AEA), d'un agent colloïdal (AC) et d'un superplastifiant (SP). L'étude est menée en trois phases afin de pouvoir approfondir les connaissances sur le sujet et en améliorer les propriétés des BAP. La première phase consiste à étudier la compatibilité des molécules organiques anti-retraits, soit des agents réducteurs de retrait (ARR) en présence d'un AEA, d'un AC et d'un SP sur des mortiers de béton équivalent (MBE). La deuxième phase consiste à caractériser les combinaisons ARR/AEA, déduites de la phase I sur MBE. Cette partie mettra en évidence les propriétés physiques des combinaisons testées (retrait endogène et retrait de séchage). La phase III vise à comprendre les comportements des mélanges sélectionnés vis-à-vis des propriétés de durabilité. Cette investigation a permis d'enrichir les connaissances sur les ARR organiques et leurs interactions en présence de SP, d'agent viscosant (VEA), et AEA. De plus cette étude montre qu'il existe pour un intervalle de l'Hydrolic-Lipophilic Balance (HLB) et une tension de surface spécifique donnée, des molécules sondes pouvant diminuer le retrait endogène et de séchage. En outre, il a été montré que la valeur du HLB influence le dosage en AEA.

Pour pouvoir pallier à certains de ces inconvénients, une nouvelle cellule de mesure du retrait a été mise au point à l'Université de Sherbrooke. Ainsi, cette maîtrise a pour but de parfaire le fonctionnement de la cellule, de vérifier la validité de ses mesures et enfin, d'évaluer l'influence de certains facteurs, tels que le rapport E/L, la teneur en fumée de silice, le dosage en agent réducteur de retrait et le dosage en agent colloïdal sur les différentes composantes du retrait endogène. Pour cela, deux programmes d'essais ont été mis en oeuvre, l'un visant principalement à étudier l'effet du rapport E/L et de la teneur en fumée de silice sur les différents retraits endogènes et l'autre à étudier l'effet d'un agent réducteur de retrait. Pour augmenter la fiabilité de l'étude, la planification et l'analyse de ces essais ont été menées à l'aide d'un plan d'expérience et d'une analyse statistique."--Résumé abrégé par UMI

Dans le cadre de la problématique de la réduction des gaz à effet de serre, les producteurs de ciment et de béton utilisent de plus en plus d'ajouts minéraux. Cette approche permet de diminuer le contenu en ciment des bétons et, par conséquent, les émissions totales de CO[indice inférieur 2] associées à la fabrication du ciment et du béton. Dans ce contexte, il est important de mieux comprendre l'influence des ajouts minéraux sur le développement du retrait endogène des matrices cimentaires. Les ajouts minéraux choisis pour cette étude sont : une cendre volante de classe F, un laitier de haut fourneau et une fumée de silice. Le rôle des ajouts minéraux sur le développement du retrait endogène a été étudié en mesurant, pour différents taux de remplacement du ciment, pour différents rapports eau/liant (E/L) et pour différentes température, l'évolution des variations volumiques endogènes en fonction du temps (0 - 14 jours). Ces variations volumiques ont été ensuite analysées en prenant en compte le degré d'hydratation du liant, le retrait chimique et la structure de la porosité capillaire mesurée à la fm de l'essai de retrait endogène. L'influence de la teneur en sable et du rapport E/L sur l'évolution des variations volumiques endogènes des mortiers en fonction du temps (0 - 7 jours) a été également étudié en prenant en compte le degré d'hydratation du liant. Une technique expérimentale développée au département de génie civil de l'Université de Sherbrooke permettant de mesurer le retrait endogène volumique des pâtes de ciment et des mortiers a été employée. Elle permet de mesurer simultanément les retraits endogènes externe et interne. La mesure du retrait endogène volumique des pâtes de ciment et des mortiers est réalisée en milieu scellé et sous une température contrôlée. En milieu scellé et avant la prise du ciment, la variation de volume est causée par le retrait chimique qui n'engendre qu'un retrait endogène externe relativement inoffensif du point de vue de la fissuration. Après la prise, la variation de volume comprend un retrait endogène externe et un retrait endogène interne. Le retrait endogène externe est causé par l'effet simultané du retrait chimique et de la dépression capillaire. Le retrait endogène interne correspond au volume total des vides gazeux formés dans la phase liquide contenue dans la porosité capillaire. Cette recherche a aussi permis d'étudier l'influence de la structure de la porosité capillaire sur le développement du retrait endogène externe. Selon la loi de Laplace, la dépression capillaire augmente avec la diminution du rayon de pore. On a tenté donc de vérifier expérimentalement la relation entre le retrait endogène externe après prise et le rayon des ménisques. Le rayon des ménisques a été déterminé à partir du retrait endogène interne et de la courbe de porosité cumulative. Il correspond au rayon maximal des pores dans lesquels se trouvent les ménisques à la fin de l'essai de retrait endogène. Cette recherche a permis, pour la première fois, de quantifier précisément la composante interne du retrait endogène de matrices cimentaires. L'approche expérimentale a permis de mesurer, en cours d'hydratation, le volume des vides gazeux dans la porosité capillaire. Cette information permet ensuite de déterminer le rayon des ménisques à l'interface des phases gazeuse et liquide dans la porosité capillaire. Selon les résultats de cette recherche le rapport E/L a un effet majeur sur le développement du retrait endogène en raison de son influence sur la structure de la porosité capillaire. La fumée de silice diminue le retrait chimique de la pâte de ciment, alors qu'elle augmente le retrait endogène externe en diminuant le rayon critique des pores. Ce raffinement de la porosité capillaire diminue le rayon des ménisques, augmente la dépression capillaire et, par conséquent, le retrait endogène. Les liants avec laitier produisent un retrait chimique plus important que le ciment Portland. Ils raffinent la porosité capillaire, ce qui augmente le retrait endogène. Les liants avec cendres volantes ont un retrait chimique plus faible que celle du ciment Portland pur car la cendre volante s'hydrate très peu au jeune âge. Les liants avec cendres volantes produisent, au jeune âge, un réseau de pores capillaire plus grossier, ce qui cause un retrait endogène moins important. Une relation unique et linéaire a été établie entre le retrait endogène externe après la prise et l'inverse du rayon du ménisque. Cette relation peut être utilisée pour comprendre l'influence des paramètres de formulation (E/L, type et dosage du liant) sur l'intensité du retrait endogène externe.

La fissuration précoce des ouvrages en béton résulte en grande partie des variations dimensionnelles du matériau liées à son évolution thermique, hydrique, chimique et microstructurale au jeune âge. L'empêchement partiel ou total de ces déformations peut générer un champ de contraintes de traction suffisamment élevées pour provoquer la fissuration de la matrice cimentaire en cours de durcissement. Les mécanismes moteurs à l'origine de ces déformations – séchage, exothermie des réactions d'hydratation, contraction Le Chatelier et autodessication – sont aujourd'hui bien identifiés et divers modèles sont proposés pour simuler l'effet de chacun de ces mécanismes sur l'évolution dimensionnelle du matériau. Cependant, de nombreuses questions demeurent sur les interactions entre ces différents types de déformations : en effet, en conditions réelles d'exploitation de l'ouvrage, ces déformations se dévoloppent simultanément et peuvent avoir des effets cumulatifs ou opposés sur l'évolution dimensionnelle des matrices cimentaires. Un travail expérimental s'avère alors nécessaire afin de mieux comprendre et quantifier la contribution de chaque phénomène et de chaque paramètre dans le risque de fissuration précoce. Au cours de nos travaux de thèse, nous avons étudié les variations dimensionnelles endogènes de la phase réactive du béton, i. E. La pâte de ciment. La première partie de ce travail de thèse a consisté à développer des dispositifs de mesure des déformations en conditions empêchées et sous chargement, adaptés au comportement durcissant et exothermique des matériaux cimentaires aux jeune et très jeunes âges. Le premier dispositif mis au point est inspiré de l'essai à l'anneau de fissuration et a permis la mesure de l'âge de fissuration des pâtes de ciment soumises à différents niveaux de contraintes. Un second prototype expérimental, inspiré du dispositif mis au point par Kovler, a été développé afin de mesurer la fluage des pâtes de ciment chargées en traction. Chacun de ces dispositifs a été muni d'un système de régulation permettant de contrôler et d'imposer différents historiques thermiques aux matériaux étudiés. La deuxième partie de ce travail a été consacrée à l'analyse croisée des résultats d'une étude expérimentale multi-variable. Cette étude a permis de mesurer l'effet de différents paramètres de composition et de conservation sur le risque de fissuration précoce des pâtes de ciment. Elle a été complétée par des essais de prise Vicat, de retrait libre, de résistance à la compression et à la traction et de module d'Young. Les résultats ont démontré la thermoactivation du processus de fissuration au jeune âge des matrices cimentaires et la plus grande sensibilité du ciment aux laitiers à ce risque de fissuration. La troisième partie est dédiée à une étude de la thermoactivation des processus étudiés (prise, durcissement, retrait, fluage et fissuration) afin d'évaluer la pertinence du concept traditionnel de maturité pour la prévision de la cinétique de ces phénomènes et de l'âge de la fissuration précoce des matrices cimentaires<br>The premature cracking of Civil Engineering concrete structures results from dimensional variations of cement-based materials due to thermal, hydrous, chemical and micro-structural evolutions at early age. The total of partial restrained shrinkage causes the development of tensile stress in the material. As soon as they become higher than the material tensile strength, the cracking appears in the cement-based material. Nowadays, the shrinkage mechanisms – drying, exothermy of hydration reactions, Le Chatelier's contraction and self-desiccation – are identified and some models are proposed to predict the effect of each mechanism on the dimensional evolution of the material. However, numerous questions are asked about the interactionsbetween these different types of strains. Indeed, in the real condition, these strains develop simultaneously and can have a cumulative or opposite effect on the dimensional evolution of cement-based materials. Experimental work is necessary to understand and to quantify the contribution of each phenomenon and each parameter to the risk of premature cracking. During this thesis, we have studied the autogenous dimensional variations of the cement-based materials. The first part of this research work has consisted in developing devices for the measurement of strain in the restrained conditions and under loading, especially adapted to the hardening and exothermic behavior of cement-based materials at early and very early age. The first device realised is inspired by the cracking ring test and permits the measure of cracking age of cement pastes submitted to different stress levels. A second experimental prototype, inspired by Kovler's device, was developed to measure the tensile creep of cement pastes. Each device was equipped with regulation system allowing to control and to impose different thermal histories on the studied materials. The second part of this work is devoted to the analysis of the results of a multi-variable experimental study. This one allowed measuring the effect of the different composition and conservation parameters on the risk of premature cracking of cement pastes. This study is completed by the setting test, the free shrinkage, the compressive and tensile tests and the Young modulus measurement. These results have demonstrated the thermoactivation of the cracking process at early age of cement-based materials and the sensibility of slag cement to this cracking risk. The third part concerns the study of the thermoactivation of the studies processes (setting, hardening, creep and cracking) in order to evaluate the validity of tradional maturity concept predict the kinetic of these phenomenons and the cracking age of cement paste

Assurer la durabilité des ouvrages de génie civil notamment par la maîtrise du risque de fissuration est un des enjeux important de cette recherche. Pour des ouvrages spécifiques (pièces massives par exemple), les approches classiques de l'ingénierie peuvent être mises à défaut. Le cas de la fissuration engendrée par les phénomènes accompagnant l'hydratation du ciment (élévation de température et retrait) est en particulier mal pris en compte. Notre travail vise à fournir des outils utiles pour l'estimation du risque de fissuration sous sollicitation de retrait endogène en se basant directement sur la composition du béton. Pour arriver à cet objectif, l'évolution de la microstructure en fonction de l'hydratation est modélisée et prise en compte via des techniques d'homogénéisation qui permettent de calculer l'évolution des propriétés poro-élastiques au jeune âge. Un modèle d'isotherme d'adsorption et désorption d'eau est également développé pour connaître la dépression capillaire. Le retrait endogène peut alors être évalué à partir d'un calcul poro-mécanique non saturé au jeune âge. Ce travail a été mené dans le cadre des projets nationaux CEOS. Fr et MEFISTO<br>This study takes place in the framework of the concrete structures durability. It contributes to the understanding of cracking phenomena occurrences induced by shrinkage. Indeed, for special structures (specifically massive structures at early age), current engineering formulae are not efficient to predict the cracking risk. Specially cracking due to shrinkage induced by hydration phenomena (increase of temperature and autogeneous shrinkage) is under-evaluated. The aim of this work is to provide appropriate tools, based on the mix composition, to estimates cracking risk due to autogenous shrinkage. To reach this objective, the evolution of the microstructure of the material is considered by homogenization. This theory is used to evaluate the poro-elastic properties of the material. Moreover a sorption isotherm model enables the calculation of the capillary pressure. Finally, partially saturated poromechanics equation allows reaching autogenous shrinkage. This study takes place in national projects CEOS. Fr and Mefisto

Les déformations développées dans un béton à haute performance (BHP) de rapport eau/ciment égal à 0,30 ont été mesurées à l'aide de jauge de déformation à corde vibrante. Les cordes ont été positionnées près de la surface, au coeur et au fond de 4 dalles expérimentales (2500x600x200 mm). L'acquisition des données a commencé à la fin de la période dormante et s'est terminée après 28 jours. Quatre différents modes de mûrissement ont été analysés lors de notre recherche: un mûrissement sans ajout d'eau extérieure, un ajout d'eau extérieure après 3 heures et un autre après 24 heures et un mûrissement quasi adiabatique. Les résultats obtenus démontrent que le mûrissement quasi adiabatique réduit de façon significative le retrait isotherme dans un élément mince, le mûrissement le plus efficace après celui-ci est le mûrissement avec l'ajout d'eau extérieure 3 heures après le contact eau ciment. L'effet bénéfique du mûrissement à l'eau décroît après 48 heures car le réseau de pores très fins réduit l'efficacité de l'apport d'eau en diminuant la connectivité du réseau capillaire. De plus, l'influence des dimensions des éléments de béton a été vérifiée. Les essais permettent de constater que le rapport entre la surface exposée et le volume de l'élément influence le développement des déformations totales et isothermes.

"Selon le mécanisme physique aujourd'hui admis, le retrait endogène des bétons est la réponse de sa matrice à la dépression capillaire induite par l'autodessiccation. Elles résultent du bilan entre les variations absolu de la pâte de ciment en cours d'hydratation (la contraction Le Chatelier) et la structuration de son réseau capillaire. L'objectif de ce travail était de "cartographier" l'influence de la caractéristique des ciments sur cette chaîne de mécanismes allant de l'hydratation au retrait endogène. Pour cela, quatre paramètres ont été retenus : la teneur en C3A, le rapport SO3/K20 et la quantité de chaux libre du clinker d'une part et finesse du ciment d'autre part. Afin de ne pas introduire de biais dans l'analyse de ces paramètres et de totalement maîtriser le domaine expérimental, seize ciments ont été préparés en laboratoire à partir de matières premières "pures". L'étude expérimentale a nécessité la mise en oeuvre d'un nombre important de techniques de mesure. Leur choix a été basé sur les paramètres pertinents de l'analyse physique. On a ainsi caractérisé le temps de prise Vicat, la transition suspension-solide, la cinétique d'hydratation par calorimétrie isotherme et teneur en eau combinée, la contraction Le Chatelier, l'évolution de l'humidité relative, l'évolution de la porosité capillaire et le retrait endogène. Le croisement de ces différentes techniques a permis de caractériser les modes d'action précis de chacun des quatre paramètres. On a pu montrer qu'ils sont généralement différents, même si la conséquence macroscopique peut être identique. Ce point se révélera probablement important pour les modélisations futures et les déterminations de leviers industriels limitant le retrait endogène. Cette étude a également permis de compléter les mécanismes physiques précédemment évoqués. Le retrait endogène doit être vu comme un bilan entre le retrait d'autodessiccation et un gonflement intial. Les actions de 4 paramètres de l'étude sur ce gonflement ont en outre été explicitées. "<br>"According to physical analyses, the driving force of autogenous shrinkage of concrete is the change in the capillary pressure induced by selfdesiccation in its cement matrix. Selfdesiccation is caused by the balance between the absolute volume reduction (chemical shrinkage) and the building up of the capillary network. The aim of this study was to quantify the influence of the cement characteristics on the chain of mechanisms leading from hydration to autogenous deformations. Four parameters were selected : (i) for clinker, the amount of C3A and free lime, and the S03/K2O ratio, (ii) for cement, the fineness. In order to master the experimental area, sixteen cements were prepared at the laboratory from pure raw materials. An important number of characterizing techniques were used in the experimental study. Their choice was based on the important parameters drawn from the physical analysis : setting time, suspension-solid transition, hydration kinetics through isothermal calorimetry and non evaporable water, chemical shrinkage, evolution of relative humidity, capillary porosity, and autogenous shrinkage. Using different techniques allowed to determine the precise mechanism of action of each parameter. Result showed that these mechanisms are generally different, even if their macroscopic consequences may be identical. This point will probably be useful for modeling and determining the industrial keys reducing the autogenous shrinkage. The physical mechanisms involved in autogenous deformations were further understood. In particular this study shows that initial autogenous shrinkage should be considered as a balance between the selfdesiccation and an initial swelling phase. The influence of the four parameters considered on this last phenomenon were also characterized. "

Le béton à ultra-hautes performances (BUHP) est un type relativement nouveau de composite à base de ciment aux propriétés mécaniques et de durabilité les plus exceptionnelles. Cette thèse traite de la possibilité de développer un BUHP à faible empreinte carbone avec un taux élevé de remplacement du ciment (jusqu'à 50 %) par du laitier granulé de haut fourneau moulu (LHF) et une faible teneur en fumée de silice (FS). Dans cette étude, le ciment est remplacé par du laitier à 30 % et 50 % en volume. Des laitiers de deux finesses différentes sont utilisés, avec des finesses Blaine de 420 m²/kg (SL1) et 700 m²/kg (SL2), respectivement, à un rapport eau/liant (E/L) constant de 0,16 pour tous les mélanges. Les effets de la finesse et du dosage du laitier sur le comportement à court et long termes des BUHP sont étudiés.Les résultats expérimentaux montrent qu'il est effectivement possible de produire des BUHP à base de SL2 avec un comportement similaire à celui des matériaux conventionnels à base de fumée de silice. Le remplacement partiel du ciment avec une faible teneur en laitier (30 %) réduit la demande en superplastifiant (SP) et accélère le processus d'hydratation et la prise. Avec une teneur élevée en SL1 (50 %), la teneur en SP augmente, ce qui retarde la réaction d'hydratation et la prise. Cependant, la maniabilité du BUHP contenant 50 % de SL2 a été considérablement améliorée. Un effet d'accélération a donc été observé. Les mélanges à base de SL2 (à un taux de remplacement de 30 %) présentent le retrait endogène le plus élevé. Les mesures de résistance à la compression indiquent qu'une teneur de 30 % en SL1 améliore légèrement la résistance à la compression du béton à 28 jours. En raison de sa réactivité relativement élevée, le SL2 augmente la résistance à la compression à 3 jours lorsqu'une faible teneur est utilisée. La résistance à la compression du mélange incorporant 50 % de SL2 était proche de celle du béton de référence après 28 jours d'hydratation. Les résultats montrent également que tous les BUHP testés ont une résistance à la traction par fendage supérieure à 6 MPa à 28 jours. La caractérisation de la microstructure a montré que tous les mélanges analysés ont une microstructure ultra-dense avec une porosité réduite. L'effet du laitier était plus visible à 30 % et 50 % de remplacement du ciment par du SL2 et avec la présence de particules de FS. Dans ce cas, la porosité de ces bétons a été extrêmement réduite et le réseau poreux est devenu plus fin, ce qui diminue leurs propriétés de transfert. À long terme, tous les mélanges présentent une durabilité très élevée car leurs matrices sont presque imperméables au dioxyde de carbone et aux chlorures.D'un point de vue environnemental, le remplacement partiel du ciment par du LHF réduit les impacts environnementaux des BUHP. Pour 1 m3 de BUHP, l'incorporation de 50 % de laitier superfin (SL2) réduit les émissions de CO2 d'environ 41 %, ce qui rend le SL2-50SF plus durable que le béton de référence à base de FS. Cependant, cette teneur élevée en SL2 augmente le coût de production de 15 % par rapport au mélange de référence<br>Ultra-High Performance Concrete (UHPC) is a relatively new type of cement-based composite with exceptional mechanical and durability properties. This work explores the possibility of developing a more sustainable UHPC with a high level of cement replacement (up to 50%) by ground granulated blast furnace slag (GGBS) and low silica fume (SF) content. In this study, cement is replaced by slag at 30% and 50% by volume. Slags of two different finenesses are used, with Blaine finenesses of 420 m²/kg (SL1) and 700 m²/kg (SL2), respectively, at a constant water-to-binder ratio (w/b) of 0.16 for all mixes. The effects of slag fineness and dosage on the early-age and long-term behaviour of UHPC are investigated.Experimental results show that it is indeed possible to produce SL2-based UHPCs with a behaviour similar to that of conventional silica fume-based materials. Partial replacement of cement with low slag content (30%) reduces the need for superplasticizer (SP), promotes the hydration process and accelerates setting. With high SL1 content (50%), the SP content increases, resulting in a delay in the hydration reaction and setting. However, the workability of the UHPC containing 50% of SL2 was significantly improved. An acceleration effect was therefore observed. The SL2-based mixes (at 30% replacement level) show the highest autogenous shrinkage. Compressive strength measurements indicate that a 30% SL1 content slightly improves the compressive strength of the concrete at 28 days. Due to its relatively high reactivity, SL2 increases the compressive strength at 3 days at a low level. The compressive strength of the mix containing 50% of SL2 was close to that of the reference concrete after 28 days of hydration. The results also show that all the UHPCs tested have a splitting tensile strength greater than 6 MPa at 28 days. The microstructure characterization showed that all the mixes analysed have an ultra-dense microstructure with reduced porosity. The effect of slag was more pronounced at 30% and 50% of SL2 replacement and with the presence of SF particles. In this case, the porosity of these concretes was extremely reduced and the overall pore network became finer, reducing their transfer properties. In the long term, all mixes show superior durability as their matrices are almost impermeable to carbon dioxide and chloride.From an environmental point of view, the partial replacement of cement with GGBS reduces the environmental impact of UHPC. For 1 m3 of UHPC, the incorporation of 50% of superfine slag (SL2) reduces CO2 emissions by about 41%, making SL2-50SF more sustainable than the SF-based reference concrete. However, this high SL2 content increases the production cost by 15%, compared to the reference mix

L'industrie des réparations en béton a pris un essor considérable ces dix dernières années. Un nombre important d'ouvrages du génie civil nécessitent des réparations afin de maintenir leur état de service. Les techniques et les matériaux pour les réparations sont toutefois mal compris ou mal appréhendés.<br />Cette thèse a pour objectif d'étudier le comportement des réparations structurales en béton sous l'effet couplé d'un chargement hydrique et mécanique. La thèse est divisée en trois parties principales. Nous étudions tout d'abord les différents mécanismes physiques agissant dans les réparations. Dans la seconde partie, nous effectuons une étude expérimentale sur des structures<br />réparées. Enfin, dans la dernière partie, nous proposons un modèle numérique permettant d'analyser et de prévoir le comportement des réparations.<br />Plusieurs études récentes ont montré que le retrait de séchage a un effet préjudiciable pour les réparations en béton et peut mener à de sévères problèmes de durabilité. Le fluage en traction peut à l'inverse avoir un rôle positif en permettant de relaxer les contraintes.<br />Dans l'étude expérimentale, nous étudions le comportement de poutres en béton armé, de quatre mètres de longueur, réparées dans la partie tendue. L'étude théorique et numérique, basée sur des modèles phénoménologiques, permet d'analyser un plus grand nombre de paramètres. L'outil numérique donne des résultats en accord avec les données expérimentales. Ces études montrent l'importance du retrait de séchage. Il apparaît que plus le séchage est élevé, plus la couche réparée fissure. Ce comportement est modéré par le fluage qui permet de ralentir, voire d'éviter la fissuration. Les essais de conditionnement réunissant séchage et chargement mécanique<br />indiquent qu'il apparaît une fissuration différée non négligeable par rapport à la fissuration due au chargement mécanique. Cette fissuration est significativement affectée par le retrait et le<br />fluage. Dans ce dernier cas, une augmentation du fluage tend à accentuer la fissuration. Vis à vis d'un chargement mécanique jusqu'à rupture, les éléments réparés ont un comportement similaire<br />à celui des éléments sains.<br />L'étude expérimentale a ainsi permis de compléter les banques de données sur les réparations en béton. L'outil numérique développé dans cette thèse peut permettre d'étudier des réparations plus complexes (géométrie, conditions limites, ...).

Le retrait de la pâte de ciment est souvent à l'origine de nombreuses fissurations observées dans les structures en béton. Dans le cadre de cette étude nous nous sommes intéressés uniquement à l'étude du retrait endogène aux jeunes âges, ses effets sur la microstructure, les paramètres qui influencent sa cinétique, l'amplitude et l'origine de ce type de retrait. Le retrait endogène, conséquence de la contraction "Le Chatelier", est un phénomène bien connu de l'industrie cimentière. Dans les bétons confectionnés avec un rapport E/C de l'ordre de 0. 5, les effets de ce retrait sont inexistants. Le développement et l'utilisation de plus en plus fréquente des bétons à hautes et à très hautes performances posent de nouveaux problèmes sur l'apparition et la mesure du retrait endogène. Dans les premier et second chapitres, nous avons examiné la littérature concernant la structuration de la pâte de ciment à différentes étapes, les mécanismes d'hydratation, les différents types de retraits, les techniques de mesure associées et les facteurs qui influencent ce dernier. Dans le troisième chapitre, nous avons présenté une méthode que nous avons mise au point. Elle permet de mesurer les variations volumiques dès la fin du gâchage et sur une période de temps allant jusqu'à trois jours. Dans ce mémoire, nous présentons les résultats obtenus à partir d'une formulation de mortier à ultra hautes performances (UHP) et des résultats obtenus à partir de pâtes de ciment et de mortiers. Dans le quatrième chapitre, des analyses microstructurales, chimiques, minéralogiques, et physiques sont également présentées. Elles permettent de donner quelques indices sur l'origine du retrait endogène. Parallèlement nous avons présenté des résultats obtenus sur l'effet d'ajout de C3A dans un clinker, l'effet de la finesse Blaine et finalement les résultats de l'étude comparative entre différentes catégories de ciment.

Ce travail est consacre au developpement d'une methode experimentale visant a caracteriser une formulation de liant de beton vis-a-vis des deformations endogenes. Differents types d'essais ont ete developpes : mesure de contraction le chatelier, suivi d'hygrometrie interne, mesure de deformations endogenes. Ces essais sont menes de maniere continue et en parallele sur une meme formulation, et completes par des suivis de cinetique d'hydratation, de developpement du module d'young et de porosite. De nombreux artefacts pouvant fausser les mesures ont ete mis en evidence et analyses. La plupart sont lies a des comportements physiques du materiau qui ont pu etre quantifies et contournes. Des differences importantes cependant ont ete observees entre mesure volumique et mesure lineique des deformations endogenes. L'hypothese d'une anisotropie des deformations a ete avancee mais reste a confirmer. L'association de la mesure de la contraction le chatelier et des deformations endogenes des la fin du gachage permet de definir tres precisement l'echeance marquant le passage pour le materiau d'un comportement de suspension a celui d'un solide poreux. Cette echeance a ete appelee transition suspension - solide. Elle marque l'apparition des depressions capillaires dans le materiau (autodessiccation). L'echeance de percolation de la phase gazeuse apparait plus tardivement. Les echeances de debut et de fin de prise vicat constituent un encadrement de la transition suspension - solide d'autant plus serre que le rapport eau sur ciment (e/c) est faible. L'effet d'echelle observable pour les faibles rapports e/c sur la mesure de la contraction le chatelier permet de mettre en evidence une baisse de connectivite de la porosite capillaire, qui se traduit par une chute rapide de la permeabilite. Cette observation souleve la question de l'interet d'une cure sous eau pour les betons a hautes et tres hautes performances.

L'objectif du présent travail est de développer un outil facile à utiliser qui est capable de prédire l'évolution au jeune âge et le comportement de matériaux cimentaires. Le code de calcul a été développé sous un environnement MATLAB. Des lois d'hydratation trouvées dans la littérature ont été implémentées, afin de générer des microstructures discrètes qui évoluent à partir du moment de l'eau - contact ciment jusqu'au moment auquel le degré d'hydratation final est atteint. La nécessité de modéliser une caractéristique intrinsèque des matériaux cimentaires - la prise - s'impose. Une approche, basée sur l'utilisation d'un algorithme de vérification de la connectivité de la partie solide dans les microstructures numériques est proposée. L'algorithme prend en compte explicitement le rôle de "colle" des hydrates et révèle un seuil du degré d'hydratation en dessous duquel la rigidité du matériau est négligeable. Des calculs analytiques, basés sur des modèles existants d'homogénéisation et des calculs par éléments finis, sont appliqués sur une microstructure hydratante discrète, et plus précisément sur le cluster de percolation donné par l'algorithme de percolation, afin de prédire les propriétés élastiques du matériau. Il est montré que tant que le rôle de cohésion joué par les hydrates n'est pas pris en compte, les résultats obtenus au jeune âge restent imprécis, en particulier pour faibles rapports eau - ciment. Une campagne expérimentale a été spécialement conçue afin d'évaluer la capacité prédictive des simulations numériques. Une partie des mesures qui ont été effectuées sont utilisées comme données d'entrée pour le modèle, d'autres sont utilisées pour valider le modèle. Plusieurs types de mesures de l'évolution des propriétés mécaniques et des déformations au jeune âge ont été testés et évalués pour leur capacité à capturer phénomène recherché.

Se plaçant dans le débat sur l'avenir des systèmes de retraite, cette thèse se propose d'étudier plus particulièrement les interactions entre les régimes de retraite, l'éducation et la croissance. Elle est articulée en cinq chapitres, précédés d'une introduction qui présente les caractéristiques propres aux systèmes de retraite à travers le monde, les principales théories de la sécurité sociale et la problématique. Le premier chapitre expose le modèle à générations imbriquées qui sera utilisé tout au long de la thèse. Deux types de régimes de retraite y sont étudiés: forfaitaires ou proportionnelles aux revenus. Le résultat important de ce chapitre est que le premier type de système n'a aucun impact sur la croissance économique. A l'inverse, en incitant les jeunes actifs à investir davantage dans leur éducation, le second a un impact positif sur la croissance économique. On observe alors une corrélation positive entre croissance et taille du système de retraite. Dans le chapitre 2, pour valider le mécanisme de prime à l'éducation comme explication de cette dernière corrélation, nous envisageons deux extensions qui font intervenir la durée de cotisation dans le calcul des droits à pension. Dans les deux cas considérés, nous montrons que le mécanisme de prime à l'éducation persiste à expliquer la corrélation entre croissance et système de retraite. Dans le chapitre 3, nous étudions les conditions sous lesquelles le système de retraite proportionnel, bien que socialement optimal, est politiquement soutenable dans une démocratie. Nous montrons alors que, pour que ce soit le cas, il faut que le gouvernement garantisse une partie des droits acquis, ou tout du moins que les individus croient en cette garantie. Dans le chapitre 4, nous étudions la capacité d'un système de retraite à réduire les inégalités. Bien que caractérisé par une formule de calcul des droits à pension progressive, on peut mettre en évidence, comme dans la réalité, un système de retraite qui ne redistribue pas des riches vers les pauvres. Néanmoins, ce dernier, par son impact positif sur la croissance, réduit les inégalités. Enfin, dans le chapitre 5, nous montrons qu'au côté du système par répartition, qui favorise la croissance, il serait socialement souhaitable d'introduire un système en capitalisation pour stimuler l'épargne.

La cimentation est une étape cruciale de la construction d'un puits de pétrole, qui vise à garantir l'isolation des différentes zones du puits. La couche protectrice de ciment s'hydrate dans des conditions extérieures de température et de pression qui peuvent varier largement selon les cas, et une mauvaise maîtrise de cette hydratation peut provoquer des déformations internes qui compromettent l'efficacité de la cimentation. On s'intéresse ici à un modèle industriel prédictif de l'évolution d'un annulaire de ciment, qui combine un système d'équations retranscrivant l'hydratation du matériau d'un point de vue thermochimique et un algorithme de calcul viscoélastique vieillissant faisant appel à la poromécanique pour décrire les contraintes et les déformations internes selon un mécanisme de pression capillaire. Ce modèle fait un certain nombre d'hypothèses simplificatrices, nécessaires au vu de la myriade de paramètres importants dans la modélisation du retrait d'hydratation. On s'interroge ici quant aux domaines de validité de ces hypothèses ainsi qu'à la pertinence des jeux de paramètres choisis. Pour ce faire, il a été décidé de comparer des résultats de simulation obtenus avec notre algorithme dérivé du modèle initial et des résultats expérimentaux de mesures d'hydratation et de déformations avec et sans contraintes extérieures. La réaction d'hydratation a été étudiée par des mesures standard comme la calorimétrie ainsi que par résonnance magnétique nucléaire. Cette méthode est relativement récente dans le domaine des matériaux cimentaires en comparaison des autres et possède des avantages pour les suivis d'hydratation à long terme ainsi que pour une détection précise de la prise du matériau sans recours à une sonde mécanique. Les mesures mécaniques ont permis d'étudier le matériau à plusieurs âges et avec plusieurs températures de cure afin de mesurer les courbes d'évolution des modules mécaniques avec le degré d'hydratation. Ces essais regroupent des tests statiques utilisant une presse, permettant de mesurer les propriétés élastiques, ainsi que des essais de fluage et des mesures par un analyseur visco-dynamique afin de mesurer le comportement viscoélastique. Enfin, une analyse critique de certains des choix faits dans le travail de modélisation a été proposée avec des pistes pour améliorer la précision des résultats au jeune âge, à la fois en termes de degré d'hydratation comme de fluage à court terme<br>Cementing is a crucial step of the construction phase of an oil well, which aims at ensuring zonal isolation between the different parts of the well and the environment. The protective cement annulus hydrates in external conditions of temperature and pressure that can vary widely from one job to another, and poor control of the hydration phase can lead to autogenous shrinkage that reduces the effectiveness of the cementing. In this work, we investigate an industrial predictive model for the evolution of a cement annulus, which combines a thermochemical system describing the cement hydration at the macroscopic scale and an aging viscoelastic system including poromechanics to describe the stress and strain resulting of a capillary pressure mechanism. This model makes a number of simplifying hypotheses that are necessary considering the large amount of important parameters used in the modeling of hydration shrinkage. The range of validity of these assumptions has been investigated, as well as the relevance of the selected parameters used in the model. In this scope, it has been decided to compare simulation results obtained with our algorithm derived from the original model with experimental results of hydration and of deformations obtained with external loading or caused by internal stresses. The hydration reaction was studied by standard calorimetric measurements as well as by nuclear magnetic resonance. This method is relatively new in the field of cementitious materials in comparison with other methods and offers several benefits for following long-term hydration as well as for accurate detection of the setting time of the material without requiring mechanical probing. The mechanical measurements were used to examine the material at various ages and with various curing temperatures to measure the evolution curves of mechanical modules with degree of hydration. These tests include tests using a static press, to measure the elastic properties and creep tests as well as dynamic mechanical analyzer tests to measure viscoelastic behavior. Finally, a critical analysis of some of the choices made in the modeling work has been proposed with suggestions to improve the accuracy of simulations at early age, both in terms of degree of hydration as of short-term creep strains

Le retrait de la pate de ciment est souvent a l'origine de fissurations nombreuses que nous observons dans les structures en beton arme. Pour eviter ces fissurations, une connaissance profonde des mecanismes de retrait est indispensable ainsi que la maitrise des parametres qui controlent ce phenomene. Nous nous sommes interesses dans ce travail a etudier l'influence des parametres de formulation sur les retraits endogene et de dessiccation. Dans le premier chapitre, nous avons brievement examine dans la litterature les donnees concernant la structuration de la pate de ciment a ses differentes etapes, sachant que l'un des resultats essentiels de cette structuration est le retrait endogene. Le mecanisme de retrait par variation de la pression capillaire semble le plus approprie pour expliquer le retrait d'autodessiccation. Dans le deuxieme chapitre, nous avons presente un dispositif experimental capable de suivre le retrait endogene des le debut de la prise. Vingt trois formulations de pates ont ete fabriquees en faisant varier separement le rapport e/c, la teneur en fumee de silice s/c et la nature de ciment. Les resultats obtenus ont permis de proposer un modele de prevision du retrait endogene en fonction de la formulation. Dans le troisieme chapitre, nous avons etudie le retrait de dessiccation sur les memes formulations que le retrait endogene, le sechage des eprouvettes s'effectue dans une enceinte de dessiccation a humidite relative controlee. Nous proposons un autre modele de prevision du retrait de dessiccation en fonction de e/c et s/c. Dans le quatrieme chapitre, nous avons teste deux modeles permettant de prevoir le retrait du beton a partir de celui de la pate ; il s'agit du modele trisphere de le roy et le modele d'almudaiheem. Le retrait mesure sur des mortiers ayant comme matrice cimentaire les pates que nous avons fabriquees, est tres proche du retrait calcule par le modele de le roy, ce qui apparait encourageant dans le domaine d'homogeneisation du beton.

Le retrait de la pâte de ciment est souvent à lorigine de nombreuses fissurations observées<br />dans les structures en béton. Dans le cadre de cette étude nous nous sommes intéressés<br />uniquement à létude du retrait endogène aux jeunes âges, ses effets sur la microstructure, les<br />paramètres qui influencent sa cinétique, lamplitude et lorigine de ce type de retrait.<br />Le retrait endogène, conséquence de la contraction « Le Chatelier », est un phénomène bien<br />connu de lindustrie cimentière. Dans les bétons confectionnés avec un rapport E/C de lordre<br />de 0.5, les effets de ce retrait sont inexistants. Le développement et lutilisation de plus en<br />plus fréquente des bétons à hautes et à très hautes performances posent de nouveaux<br />problèmes sur lapparition et la mesure du retrait endogène.<br />Dans les premier et second chapitres, nous avons examiné la littérature concernant la<br />structuration de la pâte de ciment à différentes étapes, les mécanismes dhydratation, les<br />différents types de retraits, les techniques de mesure associées et les facteurs qui influencent<br />ce dernier.<br />Dans le troisième chapitre, nous avons présenté une méthode que nous avons mise au point.<br />Elle permet de mesurer les variations volumiques dès la fin du gâchage et sur une période de<br />temps allant jusqu'à trois jours. Dans ce mémoire, nous présentons les résultats obtenus à<br />partir dune formulation de mortier à ultra hautes performances (UHP) et des résultats obtenus<br />à partir de pâtes de ciment et de mortiers.<br />Dans le quatrième chapitre, des analyses microstructurales, chimiques, minéralogiques, et<br />physiques sont également présentées. Elles permettent de donner quelques indices sur<br />lorigine du retrait endogène. Parallèlement nous avons présenté des résultats obtenus sur<br />leffet dajout de C3A dans un clinker, leffet de la finesse Blaine et finalement les résultats de<br />létude comparative entre différentes catégories de ciment.

A l’heure actuelle où la préservation de notre environnement est primordiale, les constructions en béton font intervenir de plus en plus des ciments comprenant des ajouts minéraux, tels que le laitier, les cendres volantes… En effet, la production des ciments composés permet de réduire le dégagement des gaz à effets de serre et de réutiliser des déchets industriels. Les bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau (CEM III) sont également largement utilisés suite à leur bonne résistance aux réactions alcali-silices, à la diffusion des chlorures et aux attaques sulfatiques… Cependant, certains ouvrages construits avec ce type matériau ont présenté au jeune âge des problèmes de fissuration liés à la restriction de leurs déformations différées, telles que le retrait endogène, thermique et de dessiccation. Suite à cette observation, des essais préliminaires ont été réalisés au laboratoire du service BATir de l’Université Libre de Bruxelles. Ils ont mis en avant plusieurs caractéristiques du comportement de ces matériaux :<p><p>1. Lors du suivi du retrait restreint à l’aide de l’essai à l’anneau en condition de dessiccation, le béton formulé à base de ciment au laitier de haut-fourneau a fissuré bien avant le béton formulé à base de ciment Portland.<p>2. Le retrait total en condition libre du béton formulé à base de ciment au laitier de haut-fourneau est nettement supérieur à celui du béton formulé à base de ciment Portland. Cette différence de comportement est principalement due à l’accroissement rapide et plus élevé du retrait endogène des bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau.<p><p>Au vu de ces résultats expérimentaux, il a semblé intéressant de déterminer quel était l’impact de la déformation endogène des bétons formulés à base de ciments au laitier de haut-fourneau (CEM III) sur leur sensibilité à la fissuration. Afin de répondre à cette question, les déformations différées (retrait endogène, fluage propre en compression et en traction) au jeune âge de trois compositions de béton avec différentes teneurs en laitier (0, 42 et 71%) ont été étudiées expérimentalement en conditions libre et restreinte. Cependant, le suivi du retrait endogène libre et restreint a nécessité le développement de plusieurs dispositifs expérimentaux limitant au maximum les artefacts de mesure, tels que la TSTM (Temperature Stress Testing Machine). De plus, l’interprétation de ces résultats expérimentaux a également nécessité une caractérisation du comportement de ces matériaux à l’échelle macro- et microscopique. <p><p>Finalement, cette étude a montré que malgré une déformation endogène plus élevée, les bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau fissurent après le béton formulé à base de ciment Portland. Ce comportement est dû à :<p>-l’impact du laitier sur la réaction d’hydratation du matériau cimentaire ;<p>-la présence d’une expansion de la matrice cimentaire des bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau au jeune âge qui retarde l’apparition des contraintes de traction au sein du matériau ;<p>-la plus grande capacité de ces matériaux cimentaires à relaxer les contraintes de traction/<p>Today, the use of concretes with mineral additions (fly ash, slag) for civil engineering structures is spreading worldwide. Indeed, the production of blended cements is more respectful of the environment than the production of Portland cement, because it allows reducing greenhouse gas emissions and using industrial wastes. Slag cement concretes are also largely used for their good resistance to alkali-silica reactions, sulphate attacks and chloride diffusion. However, some of constructions built with slag cement concretes have exhibited cracking at early age due to their restrained deformations, such as thermal, autogenous and drying shrinkage. Following these observations, a preliminary experimental study was realized in the laboratory of BATir Department at ULB. It revealed several characteristics of the behaviour of slag cement concretes:<p>1. The study of restrained deformations under drying conditions by means of ring tests showed that the slag cement concretes seem more prone to crack than the Portland cement concretes;<p>2. The total free shrinkage for slag cement concrete is clearly larger than for Portland cement concrete. This difference of behaviour is mainly due to the fast and large increase in the autogenous deformation of the slag cement concrete.<p><p>Following these experimental results, the effect of the autogenous deformation on the cracking sensibility of slag cement concretes seemed interesting to investigate. Their deformations (autogenous deformation, compressive and tensile basic creep) have been studied at early age for three concretes characterized by different slag contents (0, 42 and 71%) under free and restrained conditions. For monitoring free and restrained autogenous deformations, several test rigs aimed at limiting artefacts were designed, like the TSTM (Temperature Stress Testing Machine). Moreover, the behaviour of these concretes was also characterized by a study at a macro- and microstructure scale.<p><p>Finally, this study shows that the slag cement concretes under sealed and fully restrained conditions crack later than the Portland cement concrete, despite the fact that they are characterized by the largest autogenous deformation. This behaviour is due to:<p>- the slag effect on the hydration reaction of cementitious material;<p>- the cement matrix expansion of the slag cement concretes at early age which delays the occurrence of tensile stresses inside the material;<p>- the largest capacity of this concrete to relax tensile stresses.<p><br>Doctorat en Sciences de l'ingénieur<br>info:eu-repo/semantics/nonPublished