Influence de l 'endommagement mécanique sur la perméabilité au gaz et sur la diffusion des ions chlorure des bétons

Effect of a mechanical damage on gaz permeability and chloride diffusion of concrete

• Auteur / Autrice : Assia Djerbi
• Direction : Abdelhafid Khelidj, Stéphanie Bonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Perméabilité

Béton -- Fissuration

Ions -- Diffusion

Béton à hautes performances

Résumé

La durabilité des ouvrages en béton armé en environnement marin est liée à la pénétration des ions chlorure dans le réseau poreux et dans les fissures du béton d’enrobage. Cette thèse a pour but d’étudier l’influence de la fissuration d’origine mécanique sur les paramètres de transfert, perméabilité au gaz et coefficient de diffusion des ions chlorure, qui ont été définis comme critères de durabilité. Trois types de béton sont étudiés : un béton ordinaire et deux bétons hautes performances dont un contient des fumées de silice. La fissuration du béton peut être obtenue par deux catégories d’endommagement: un endommagement quasi-uniforme et modéré généré par l’application d’une compression uniaxiale pour des chargements variant entre 60% et 90% de la force ultime : il se traduit par l’apparition de microfissures. Un endommagement localisé obtenu par essai de traction par fendage : les largeurs de fissuration traversante étudiées varient entre 16 et 240 µm. La perméabilité au gaz est mesurée sur des échantillons sains et endommagés à l’aide d’un perméamètre à charge constante de type Cembureau. Puis ces échantillons sont saturés pour évaluer le coefficient de diffusion déterminé par essai de migration accélérée en régime stationnaire. Les résultats montrent que la microfissuration affecte plus particulièrement la perméabilité et le coefficient de diffusion du béton qui présente une porosité plus élevée c'est-à-dire le béton ordinaire. Une relation, indépendante de la nature du matériau, a été établie entre la variable d’endommagement d et les deux propriétés de transfert. Lorsque la fissuration est traversante, l’évolution de ces propriétés est plus importante pour le béton qui présente une microstructure très dense à l’état sain c'est-à-dire le béton à haute performance contenant des fumées de silice. En considérant que le flux traversant l’échantillon est égal à la somme du flux passant dans la porosité du matériau et du flux passant par la fissure, on peut calculer le coefficient de diffusion dans la fissure Defis. Celui-ci est indépendant de la composition du béton. Il augmente linéairement avec la largeur de fissuration et devient constant pour des largeurs supérieures à 80 µm, la valeur obtenue alors est celle de la diffusion libre dans l’eau. Cette largeur critique a été vérifiée avec des essais de diffusion pure afin de s’affranchir de l’influence du champ électrique

The existence of cracks in the reinforced concrete structures exposed to sea environment, can greatly modify the transport properties of concrete. These cracks provide easy acess to aggressive salts as chloride ions which can induce the steel corrosion. The goal of this research is to study the effect of a mechanical damage on the transport properties of concrete (gaz permeability and chloride diffusion). The experimental study is carried out on three types of concrete: ordinary concrete, high performance concrete, and high performance with silica fumes. Two kinds of damage are considered and generated in samples : a continuous damage is obtained by uniaxial compression : the load application is varying from 60% to 90% of the ultimate strength. It is characterised by a diffuse microcracking and by a loss of stiffness. A discrete or localised damage is obtained using a splitting tensil test, the traversing crack width is ranging from 16 to 240 µm. Gas permeability was measured before and after loading and evaluated using a constant head, Cembureau type, permeameter. The chloride diffusion coefficient was measured by a migration test under steady state condition. The results indicate that the microcracking affect the mass transport properties of the ordinary concrete which presents the higher porosity. A relationship, which is independant of the types of concrete, is obtained between the damage coefficient and theses transport properties. If the crack is traversing the variation of these transport properties is significant for the high performance concrete with silica fumes which has the lower porosity. Considering that the chloride diffusion flux of the cracked concrete is the sum of the flux in uncracked specimen and the flux in the crack, the diffusion coefficient through the crack Dcr can be evaluated. Dcr is independent of the material effect. A linear variation is obtained between this coefficient and the crack width. When the crack width is approximately 80 µm or more Dcr becomes constant and the value obtained is the diffusion coefficient species in free solution. This critical crack width is checked on concretes with pure diffusion test