Thèse soutenue

Hydratation et expansion sous contrainte d'un ciment expansif

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Auteur / Autrice : Pierre Clastres
Direction : Jean-Claude CubaudPatrice Hamelin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie civil
Date : Soutenance en 1988
Etablissement(s) : Lyon, INSA
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LBS – Laboratoire des Bétons et Structures (Lyon, INSA1969-1997)

Mots clés

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Résumé

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La mise au point et l'utilisation de ciments expansifs a pour but, soit de limiter ou annuler le retrait en vue d'éviter une fissuration préjudiciable à l'esthétique et à la durabilité de la pâte, du mortier ou du béton, soit de créer au sein de ces matériaux des auto contraintes de compression susceptibles d'améliorer leurs performances mécaniques et durabilité. Les auto contraintes ne peuvent apparaître que dans le cas d'une expansion gênée par un confinement dû au coffrage, aux armatures. . . Le fonctionnement optimal d'un ciment expansif s'effectue en effet sous contrainte. L'hydratation de deux ciments expansifs industriels a été suivie jusqu'à 10 000 heures par diffraction X et analyse thermique différentielle, La nature,colloïdale ou cristalline,de l’ettringite, seul hydrate responsable de l'expansion,a ainsi pu être précisée. Il y a en effet une bonne corrélation entre l'évolution de l’expansion et les quantités d'ettringite formées. Il a été vérifié de plus que 1'introduction dans le ciment du sulfate de calcium sous forme d'anhydrite plutôt que de gypse a pour effet de réduire la formation d'ettringite et l'expansion au début de l'hydratation. L'application d'une contrainte extérieure à une éprouvette de pâte pure de ciment expansif ne modifie toutefois pas la quantité des hydrates formés. L'application d'une contrainte extérieure influe par contre sur les déformations et auto contraintes d'expansion. Afin de les mesurer,il a été mis au point et utilisé plusieurs dispositifs expérimentaux originaux. Aux résultats essentiels peuvent être déduits des mesures d'expansion sous contrainte radiale d'éprouvettes de pâte pure de ciment expansif conservées sous eau : - Pour un état de contrainte dans la pâte pure et un temps donnés, l'expansion volumique est constante quelle que soit la façon d' obtenir cet état de contrainte. - L'énergie développée par l’expansion sous contrainte de la pâte de ciment est fonction uniquement du temps d'hydratation du ciment expansif. Une application au béton armé expansif a été étudiée sur éprouvettes et poutrelles armées uni axialement. Deux modes de calcul ont été adaptés et utilisés afin d'obtenir les distributions des contraintes et des déformations dans l'acier et le béton. Une confrontation avec les résultats expérimentaux permet de tester ces deux modèles. Le calcul par éléments finis permet de modéliser l'influence du diamètre des armatures sur le taux et la distribution des auto contraintes dans le béton.