Etude expérimentale et numérique de l'approche physico-chimique pour le matériau cimentaire soumis au dioxyde de carbone (CO2)

par Thi Thanh Xuan Dinh

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur

Sous la direction de Zhi-Qiang Feng et de Jena Jeong.

Le président du jury était Paul Sardini.

Le jury était composé de Hamidreza Adib Ramezani.

Les rapporteurs étaient Abdelkarim Ait-Mokhtar, Pierre Mounanga.


  • Résumé

    Aujourd'hui, la durabilité des structures en matériau cimentaire est un des facteurs importants dans les domaines du génie civil et du génie industriel. Elle est influencée non seulement par les chargements mécaniques mais aussi par l'environnement (pollution, pluie...). Ces influences deviennent plus importantes quand on doit garantir une durée de service du matériau pendant une grande période. Le mécanisme de dégradation chimique du matériau cimentaire consiste à une décalcification progressive au cours du temps en contact avec un environnement agressif (par exemple l’attaque par les chlorures, par les sulfates, les cycles gel-dégel, l’alcali-réaction). Cette dégradation provoque la variation de la porosité du béton qui modifie les propriétés physico-chimiques et mécaniques. D'une part cette variation de porosité accélère le processus de transport de matières et entraîne une accélération de la dissolution des hydrates (notamment la portlandite). D'autre part, ceci induit une modification des propriétés mécaniques, notamment le retrait. En plus, les sollicitations mécaniques créent des microfissures qui peuvent être des facteurs accélérant le processus de dégradation chimique. Ce travail de thèse est réalisé pour étudier le phénomène physico-chimique de la carbonatation sur les matériaux cimentaires comme les mortiers et les pâtes de ciment à la base CEM I et CEM III. Le but principal de cette étude est de caractériser expérimentalement et numériquement les effets du dioxyde de carbone (CO2) sur la durabilité et les propriétés mécaniques d’un matériau cimentaire. Dans la partie expérimentale, nous prenons en compte quelques paramètres importants tels que : le retrait, la variation de la porosité et de la masse en fonction de différentes teneurs en dioxyde de carbone (CO2) : 5%, 10%, 13%, 15%, 17%, 20%. Le modèle numérique basé sur l’approche physico-chimique de Bary et Sellier (2004) nous permet de valider les paramètres qui influencent le phénomène de carbonatation en matériau cimentaire comme le taux de saturation en eau, la pression partielle de dioxyde de carbone (CO2), la concentration en ions calcium et la porosité. Ceci confirme que les transferts de dioxyde de carbone (CO2) en phase gazeuse couplent avec les transferts de l’eau liquide et des ions du calcium Ca2+ en solution aqueuse au cours de la carbonatation.

  • Titre traduit

    Experimental and numerical study of physico-chemical approach to material cementitious submitted to carbone dioxide (CO2)


  • Résumé

    Today, the durability of structures in cementitious materials is an important factor in the areas of civil engineering and industrial engineering. It is influenced not only by mechanical loads but also by the environment (pollution, rain ...). These influences become more important when one has to guarantee a service life of materials for a great period. The mechanism of chemical degradation of the cementitious material is a progressive decalcification over time in contact with aggressive environments (e.g. attack by chlorides, by sulfates, freeze-thaw cycles, alkali reaction). This degradation causes the variation in the porosity of the concrete that modifies the physico-chemical and mechanical properties. On the one hand, the change in porosity accelerates the transport of substances and causes an acceleration of the dissolution of hydrates (notably portlandite). Moreover, this induces a change in mechanical properties, especially shrinkage of carbonation. In addition, the mechanical stress creating microcracks that may be factors accelerating the process of chemical degradation. This work is carried out to study the physicochemical phenomenon of carbonation on cement-based materials such as mortars and cement pastes based on CEM I and CEM III. The main purpose of this study is to characterize experimentally and numerically the effects of carbon dioxide (CO2) on the mechanical properties and durability of cementitious material. In the experimental part, we take into account some important parameters such as shrinkage, variation of porosity and variation of mass in terms of different concentrations of carbon dioxide (CO2): 5%, 10%, 13%, 15%, 17%, 20%. The numerical model based on the physico-chemical approach by Bary and Sellier (2004) allows us to validate the parameters that influence the carbonation in cementitious material as rate of water saturation, partial pressure of carbon dioxide (CO2), calcium ion concentration and porosity. This confirms that the transfer of carbon dioxide (CO2) in gas phase couple with transfers of liquid water and calcium ions Ca2 + in aqueous solution during carbonation.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Informations

  • Détails : 1 vol. (173 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 139-144

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université d'Evry-Val d'Essonne. Service commun de la documentation. Bibliothèque centrale.
  • Consultable sur place dans l'établissement demandeur
  • Cote : 620.13 DIN etu
  • Bibliothèque : Université d'Evry-Val d'Essonne. Service commun de la documentation. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.