Effet du chauffage sur le comportement mécanique et poro-mécanique de matériaux cimentaires : propriétés hydrauliques et changements morphologiques

Effect of heat treatment upon the mechanical and poro-mechanical behaviour of cement-based materials : hydraulic properties and morphological changes

• Auteur / Autrice : Xiao-Ting Chen
• Direction : Frédéric Skoczylas, Catherine A. Davy, Jian-Fu Shao
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 06/07/2009
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Lille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique de Lille (LML) - Laboratoire de mécanique de Lille
• Jury : Président / Présidente : Albert Noumowe
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Masson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Dormieux, Jean-Michel Torrenti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Contraintes (mécanique)

Porosité

Fissuration

Matériaux

Traitement thermique

Mortier

Mots clés libres

Mortier

Traitement thermique

Micro-fissuration

Poro-élasticité

Perméabilité

Mortar

Heat treatment

Micro-cracking

Poro-elasticity

Permeability

Résumé

Cette thèse a permis d’évaluer l’effet des changements de morphologie d’un matériau cimentaire soumis à un traitement thermique jusqu’à T (≤ 400°C). Pour cela, nous avons caractérisé expérimentalement le comportement mécanique (en compression uniaxiale, compression hydrostatique avec ou sans déviateur), poro-mécanique (modules d’incompressibilité Kb, Ks et coefficient de Biot b) et hydraulique (perméabilité au gaz), d’un mortier modèle E/C=0,5 suite à un cycle de chauffage/refroidissement. Les essais mécaniques multiaxiaux sont couplés aux mesures de perméabilité, qui servent d’indicateur de la progression de la fissuration du matériau sous contrainte. Nous avons également mis au point un essai original, permettant de quantifier le volume de l’espace poreux interconnecté sous chargement hydrostatique Pc. La création de porosité occluse sous l’effet d’un accroissement du confinement est confirmée, et ainsi la diminution de la rigidité de la matrice solide Ks avec Pc après traitement thermique T>200°C. Nous avons également identifié un effet bouchon (aucun passage de gaz) lors d’un chargement couplé, thermique et en compression hydrostatique du mortier mais aussi de bétons industriels (CERIB et ANDRA). Afin d’analyser l’évolution des propriétés mécaniques et poro-élastiques après traitement thermique, un modèle prédictif thermo-élasto-plastique avec endommagement isotrope et une approche micro-mécanique descriptive, intégrant la présence de micro-fissures, y sont couplés

This work investigates the effects of morphological changes of a cement-based material subjected to heat treatment (up to 400°C). For a model W/C=0.5 mortar, we have characterized experimentally hydraulic behaviour (gas permeability), mechanical behaviour (in uniaxial compression, hydrostatic compression with or without deviatoric stress) and poro-mechanical behaviour (incompressibility moduli Kb, Ks and Biot’s coefficient b) after a heating/cooling cycle. We have also developed an original experiment aimed at quantifying the accessible pore space volume under hydrostatic compression. The creation of occluded porosity under high confinement is confirmed, which justifies the observed decrease of solid matrix rigidity Ks under high confinement. A gas retention phenomenon was identified under simultaneous thermal and hydrostatic loadings for mortar, and industrial concretes (provided by CERIB and ANDRA). A predictive thermo-elasto-plastic model with isotropic damage and a micro-mechanical approach, which represents micro-cracking, are coupled in order to analyze or predict the evolution of mechanical and poro-elastic properties after heat cycling