Modélisation des transferts ioniques dans les milieux poreux saturés : application à la pénétration des chlorures à travers les matériaux cimentaires

• Auteur / Autrice : Anwar Khitab
• Direction : Sylvie Lorente, Jean-Pierre Ollivier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux poreux

Ions -- Diffusion

Béton

Résumé

Dans ce travail, le problème du transport d'espèce ionique à travers les milieux poreux saturés a été documenté. Un modèle unidimensionnel basé sur l'approche multi-espèce est présenté. C'est la nouvelle version d'un modèle précédent, MsDiff, développé il y a quelques années dans notre groupe [TRU 00] qui décrit la diffusion d'espèce ionique avec l'équation de Nernst-Planck. Avec l'approche multi-espèces, il est possible de prendre en compte les interactions qui existent entre les espèces ioniques différentes dans la solution interstitielle du béton. Le schéma numérique du modèle est basé sur la méthode des différences finies avec des techniques de Cranck-Nickolson et de Lax-Wendroff. Afin de faire les simulations avec MsDiff, nous avons besoin des données d'entrée. Plusieurs essais ont été exécutés afin de les acquérire. Des essais standards d'immersion ont été effectués pour valider les résultats de MsDiff avec une attention particulière aux coefficients de diffusion des ions et aux interactions entre les chlorures et la phase solide du matériau. Quelques autres modèles existants ont été également essayés pour la comparaison avec les profils expérimentaux de chlorure. Des expérimentations ont été faites pour observer l'influence de la période d'exposition, de l'âge du béton à l'exposition et de la concentration de la solution environnementale sur la pénétration des chlorures. Enfin, les simulations afin de calculer le temps d'initiation de la corrosion ont été effectuées avec MsDiff en utilisant les données expérimentales déjà obtenues tout en utilisant différents critères adoptés par différents groupes de recherche

Here the problem of ionic species transport through concrete porous media has been documented. Chloride ions penetration in cementitious materials is one of the processes widely responsible for the degradation of concrete structures. Here, a one-dimensional model based on a multi-species approach of the ionic transport is presented. It is the new version of a previous model MsDiff developed a few years ago in our group [TRU 00] that describes the diffusion of ionic species with the Nernst-Planck equation instead of Fick's laws. With a multi-species approach, it is possible to take into account the interactions existing among different ionic species in pore solution of concrete. The numerical scheme of the model is based on finite difference method with Crank-Nickolson and Law-Wendroff techniques. In order to run MsDiff, we need an input data. Several experiments were performed accordingly to provide experimental feedback to MsDiff. Standard immersion tests were conducted to validate the outcomes of MsDiff. Special attention is given to the diffusion coefficients of the ions and the interactions between the ionic species and the solid phase. In addition to MsDiff, some other existing models were also tried for the sake of comparison with the experimental chloride profiles. Certain experimentation was conducted to watch the effect of exposure period, concrete age at exposure and concentration in the environmental solution. In the end, the simulations were performed with MsDiff in order to calculate the chloride-induced corrosion initiation time using the experimental data already achieved while making use of different criteria adopted by different research groups