Contribution à l’étude des transferts hydriques et colloïdaux dans les milieux poreux : cas d’application aux matériaux cimentaires

Contribution to the understanding of aqueous and colloid transfers in porous media : application to cementitious materials

• Auteur / Autrice : Badreddine El Haddaji
• Direction : Nicolas Roussel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 08/03/2021
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est) - Laboratoire Navier (Paris-Est)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Roussel, Geert De Schutter, Kamal Khayat, Henri Van Damme, Annie Audibert-Hayet, Emmanuel Keita, Grégory Caratini, Brent L. Rollins
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Geert De Schutter, Kamal Khayat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capillarité

Nanoparticules de silice

Traitements de surface

Ciment

Mots clés libres

Pâte de ciment

Durabilité

Traitement de surface

Colmatage

Nanosilice

Clogging

Cement paste

Durability

Surface treatment

Nanosilica

Résumé

La présence de porosité à l’intérieur du béton permet le transport de substances agressives favorisant la dégradation de la structure en béton. Selon l’état de la structure, on peut envisager sa protection ou sa réparation afin de prolonger sa durée de vie. Une solution technologique à base de nanoparticules de silice est appliquée comme solution de réparation de structures existantes. Cette solution est inspirée de l’utilisation de la nanosilice lors de la formulation des bétons à hautes performances. Néanmoins, les mécanismes de réparation ou protection de la nanosilice sur des bétons existants restent peu étudiés. L’objectif de cette thèse est de comprendre les procédés physiques mis en jeu lors de l’application de nanosilice sous forme de suspension sur une matrice cimentaire durcie et de proposer une méthodologie adaptée lors de l’application.Lors de l’imbibition de pâtes de ciment et de mortiers par la nanosilice, nous identifions l’existence d’une profondeur critique qui caractérise un régime d’écoulement ralenti. Nous montrons le caractère probabiliste de cette profondeur critique. Le mécanisme à l’oeuvre peut s’apparenter à un colmatage et nous montrons sa dépendance à la fraction volumique de la nanosilice et à la taille de porosité. Après traitement à la nanosilice, nous montrons que les transferts hydriques sont réduits et nous étudions la période d’induction qui résulte de ce traitement. Sur la base des connaissances acquises et des résultats de durabilité, nous définissons un ratio de surcolmatage qui permet d’évaluer l’épaisseur de la croute de silice formée. À l’aide du ratio de surcolmatage, nous proposons une méthode qui permet d’assister lors de l’application de la nanosilice sur chantier

The existence of porosity inside concrete allow transport of aggressive substance that lead to the degradation of the concrete structure. The remaining possible solutions to extend life expectancy of the structure are either its protection or reparation. A nanosilica-based technology is applied as a reparation solution for existing structures. This solution was promoted from the uses of nanosilica in formulation of high performance concrete. However, reparation or protection mechanisms of nanosilica in existing concrete remain little studied. The aim of this study is to define the physical framework when a suspension of nanosilica particles is applied on top of a cementitious matrix and to develop a methodology to assist during the application process.During imbibition of cement paste and mortar, we identify the existence of a critical depth where the flow regime of nanosilca decelerate drastically in the cementitious matrix. We show the probabilistic nature of this critical depth and its similarities to clogging like its dependency to the nanosilica volume fraction and porosity size of the medium. After nanosilica treatment, we assess the effect of treatment and the decrease of water transfers preceded by an induction period. An overclogging ratio is built upon the acquired knowledge of clogging and durability tests that measure the thickness of the formed silica layer. Based on the overclogging ratio, we develop a method that could assist when surface treating with nanosilica