Influence des paramètres morphologiques des granulats sur le comportement rhéologique des bétons frais : étude sur systèmes modèles

Influence of morphological parameters of the aggregates on the rheological behavior of fresh concrete : study of model systems

• Auteur / Autrice : Hamid Hafid
• Direction : Nicolas Roussel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Structures et Matériaux
• Date : Soutenance le 16/01/2012
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département Matériaux - MAT (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Lanos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Roussel, Guillaume Ovarlez, Fabrice Toussaint, Pierre-Henri Jezequel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Wirquin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Viscosité

Résonance magnétique

Matériaux bitumineux

Granulats

Rhéologie

Mots clés libres

Rhéologie

Morphologie

Suspension

Imageur à résonance magnétique

Consistance

Compacité

Rheology

Particle shape

Suspension

Magnetic resonance imaging

Consistency

Packing

Résumé

Les granulats naturels alluvionnaires sont utilisés actuellement à hauteur de 70 à 80% en volume dans la composition d'un béton et représentent désormais une ressource non renouvelable dont l'accessibilité diminue. Les formulations actuelles de béton visent à augmenter la part de granulats de roche massive concassés. Ces matériaux, de par leur histoire de fabrication, n'ont pas du tout la même morphologie. La substitution des granulats roulés par des granulats concassés affecte considérablement la mise en œuvre du matériau. Dans un premier temps, nous étudions spécifiquement l'influence de la morphologie des granulats sur les propriétés d'empilement des grains. Nous montrons que, le facteur d'aspect des grains affecte fortement la compacité dense et lâche aléatoire. À l'inverse, pour des grains de facteur d'aspect identique, l'impact de la convexité sur la mesure de la compacité dense est faible. Nous étendons, dans un deuxième temps, notre étude au comportement rhéologique de nos systèmes composés d'émulsion inverse et de sables monodisperses. Pour cela, nous construisons des courbes d'écoulement à l'échelle locale grâce à un imageur à résonance magnétique. Nous montrons que cette méthode est, de nos jours, la plus précise pour des mesures de viscosités, car elle prend en compte la migration et la localisation du matériau durant l'écoulement. Nous montrons également que le facteur d'aspect contrôle tout d'un point de vue rhéologique dans le régime où il n'y a pas de réseau percolé de contacts entre grains

Natural alluvial aggregates compose up to 70 at 80% of the volume of today's concrete and now represent for a non-renewable resource whose accessibility is reduced. Actually, concrete mix designs tend to increase the share of aggregate crushed rock mass. These materials have a very different morphology because of their manufacturing process. The substitution of rolled aggregates by crushed aggregates affects the concrete workability. At first, we study specifically the influence of the morphology of the aggregates on the packing properties. We show that the aspect ratio strongly affects the dense and random loose packing. However, for particles of the same aspect ratio, the impact of the convexity of the measure of dense packing is low. In a second step, we go further in our study by measuring the rheological behavior of our systems composed of inverse emulsion and monodisperse sands. To that purpose, we construct flow curves at the local scale thanks to a magnetic resonance imager. We show that this method is, nowadays, the most accurate for viscosity measurements because it takes into account the migration and location of the material during flow. We also show that the aspect ratio control everything of a rheological point of view in the regime where there is no percolated network of contacts between particles