Étude expérimentale du comportement de pâtes de ciment au très jeune âge : hydratation, retraits, propriétés thermophysiques

par Pierre Mounanga

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Abdelhafid Khelidj et de Guy Bastian.


  • Résumé

    En conditions endogènes et au très jeune âge, les déformations du béton sont liées au comportement thermique et au retrait endogène de la matrice cimentaire. En effet, l'exothermie du processus d'hydratation provoque, en quelques heures, une élévation de température du matériau pouvant atteindre plusieurs dizaines de degrés. Simultanément, se développe du retrait endogène, causé par le bilan volumique négatif des réactions d'hydratation et la diminution de la teneur en eau interne. Afin d'améliorer la compréhension de ces mécanismes et de leurs interactions mutuelles, nécessaire dans l'optique d'une meilleure prédiction des déformations du béton, les évolutions du retrait endogène et des propriétés de transfert thermique de pâtes de ciment, à faible rapport E/C (0. 25 ; 0. 30 ; 0. 35 et 0. 40) et soumises à différentes températures de cure isotherme (10, 20, 30, 40 et 50ʿC), ont été étudiées. Parallèlement, la cinétique d'hydratation et le retrait chimique de ces pâtes ont été mesurés. La période d'investigation a été limitée aux premières 24 heures d'hydratation : en effet, c'est au cours de cette période que les interactions thermiques et physico-chimiques sont particulièrement problématiques et complexes. Les résultats obtenus montrent une faible variation des propriétés thermiques des pâtes de ciment, dans la plage des températures et des rapports E/C étudiés. Un triplet de relations liant la conductivité thermique, la capacité calorifique volumique et la diffusivité thermique au degré d'hydratation du liant est proposé comme base à une meilleure modélisation des transferts thermiques au sein des matrices cimentaires au très jeune âge. D'un point de vue physico-chimique, une relation unique et linéaire, indépendante de la température de conservation et du rapport E/C, a été obtenue entre l'évolution du degré d'hydratation des pâtes de ciment et leur teneur en portlandite, confirmant la pertinence de ce dernier paramètre comme indicateur d'avancement de l'hydratation. Un seuil d'apparition de la portlandite, détecté par analyse thermogravimétrique, a également été mis en évidence : ce seuil correspond à un gain important de rigidité, mesuré, à l'échelle macroscopique, par l'échéance du temps de fin de prise Vicat. Initialisé à partir de ce seuil, le retrait endogène des pâtes évolue quasi-linéairement en fonction du degré d'hydratation du ciment. Par ailleurs, les évolutions de la teneur en portlandite et de la contraction le Chatelier, en fonction du degré d'hydratation, ont été simulées de façon satisfaisante à partir d'un modèle semi-empirique basé sur un système d'équations chimiques d'hydratation. En revanche, l'application du principe de maturité à la prédiction de l'évolution du retrait endogène a mis en évidence les limites de ce concept " traditionnel ", basé sur une énergie d'activation unique.


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  • Détails : 217 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 199-217

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