Étude expérimentale du retrait endogène, du fluage propre et de la fissuration des matrices cimentaires aux jeune et très jeune âges

par Arnaud Pertué

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Abdelhafid Khelidj et de Pierre Mounanga.


  • Résumé

    La fissuration précoce des ouvrages en béton résulte en grande partie des variations dimensionnelles du matériau liées à son évolution thermique, hydrique, chimique et microstructurale au jeune âge. L'empêchement partiel ou total de ces déformations peut générer un champ de contraintes de traction suffisamment élevées pour provoquer la fissuration de la matrice cimentaire en cours de durcissement. Les mécanismes moteurs à l'origine de ces déformations – séchage, exothermie des réactions d'hydratation, contraction Le Chatelier et autodessication – sont aujourd'hui bien identifiés et divers modèles sont proposés pour simuler l'effet de chacun de ces mécanismes sur l'évolution dimensionnelle du matériau. Cependant, de nombreuses questions demeurent sur les interactions entre ces différents types de déformations : en effet, en conditions réelles d'exploitation de l'ouvrage, ces déformations se dévoloppent simultanément et peuvent avoir des effets cumulatifs ou opposés sur l'évolution dimensionnelle des matrices cimentaires. Un travail expérimental s'avère alors nécessaire afin de mieux comprendre et quantifier la contribution de chaque phénomène et de chaque paramètre dans le risque de fissuration précoce. Au cours de nos travaux de thèse, nous avons étudié les variations dimensionnelles endogènes de la phase réactive du béton, i. E. La pâte de ciment. La première partie de ce travail de thèse a consisté à développer des dispositifs de mesure des déformations en conditions empêchées et sous chargement, adaptés au comportement durcissant et exothermique des matériaux cimentaires aux jeune et très jeunes âges. Le premier dispositif mis au point est inspiré de l'essai à l'anneau de fissuration et a permis la mesure de l'âge de fissuration des pâtes de ciment soumises à différents niveaux de contraintes. Un second prototype expérimental, inspiré du dispositif mis au point par Kovler, a été développé afin de mesurer la fluage des pâtes de ciment chargées en traction. Chacun de ces dispositifs a été muni d'un système de régulation permettant de contrôler et d'imposer différents historiques thermiques aux matériaux étudiés. La deuxième partie de ce travail a été consacrée à l'analyse croisée des résultats d'une étude expérimentale multi-variable. Cette étude a permis de mesurer l'effet de différents paramètres de composition et de conservation sur le risque de fissuration précoce des pâtes de ciment. Elle a été complétée par des essais de prise Vicat, de retrait libre, de résistance à la compression et à la traction et de module d'Young. Les résultats ont démontré la thermoactivation du processus de fissuration au jeune âge des matrices cimentaires et la plus grande sensibilité du ciment aux laitiers à ce risque de fissuration. La troisième partie est dédiée à une étude de la thermoactivation des processus étudiés (prise, durcissement, retrait, fluage et fissuration) afin d'évaluer la pertinence du concept traditionnel de maturité pour la prévision de la cinétique de ces phénomènes et de l'âge de la fissuration précoce des matrices cimentaires.

  • Titre traduit

    Experimental study of autogenous shrinkage, basic creep and the cracking of cement-based materials at early and very early age


  • Résumé

    The premature cracking of Civil Engineering concrete structures results from dimensional variations of cement-based materials due to thermal, hydrous, chemical and micro-structural evolutions at early age. The total of partial restrained shrinkage causes the development of tensile stress in the material. As soon as they become higher than the material tensile strength, the cracking appears in the cement-based material. Nowadays, the shrinkage mechanisms – drying, exothermy of hydration reactions, Le Chatelier's contraction and self-desiccation – are identified and some models are proposed to predict the effect of each mechanism on the dimensional evolution of the material. However, numerous questions are asked about the interactionsbetween these different types of strains. Indeed, in the real condition, these strains develop simultaneously and can have a cumulative or opposite effect on the dimensional evolution of cement-based materials. Experimental work is necessary to understand and to quantify the contribution of each phenomenon and each parameter to the risk of premature cracking. During this thesis, we have studied the autogenous dimensional variations of the cement-based materials. The first part of this research work has consisted in developing devices for the measurement of strain in the restrained conditions and under loading, especially adapted to the hardening and exothermic behavior of cement-based materials at early and very early age. The first device realised is inspired by the cracking ring test and permits the measure of cracking age of cement pastes submitted to different stress levels. A second experimental prototype, inspired by Kovler's device, was developed to measure the tensile creep of cement pastes. Each device was equipped with regulation system allowing to control and to impose different thermal histories on the studied materials. The second part of this work is devoted to the analysis of the results of a multi-variable experimental study. This one allowed measuring the effect of the different composition and conservation parameters on the risk of premature cracking of cement pastes. This study is completed by the setting test, the free shrinkage, the compressive and tensile tests and the Young modulus measurement. These results have demonstrated the thermoactivation of the cracking process at early age of cement-based materials and the sensibility of slag cement to this cracking risk. The third part concerns the study of the thermoactivation of the studies processes (setting, hardening, creep and cracking) in order to evaluate the validity of tradional maturity concept predict the kinetic of these phenomenons and the cracking age of cement paste.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (219 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 205-219

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  • Cote : 2008NANT2076
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