Etude de la fissuration engendrée par le séchage dans les matériaux cimentaires : influence des inclusions

Study of cracking caused by drying in cementitious materials : influence of inclusions

• Auteur / Autrice : Ling Li
• Direction : Nicolas Burlion, Thomas Rougelot, Yun Jia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 16/12/2016
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique de Lille (LML)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microtomographie

Granulats

Élastoplasticité

Écoulement en milieux poreux

Propriétés mécaniques

Inclusions

Modèles mathématiques

Fissuration

Séchage

Béton

Mots clés libres

Microfissuration

Résumé

Le séchage de matériaux cimentaires conduit à des microfissures, ce qui a des conséquences importantes sur les propriétés mécaniques et de transport. L’objectif de cette étude est d’analyser l’évolution de la microfissuration des matériaux cimentaires au cours du séchage et de mieux comprendre les mécanismes associés. Ce travail présente une étude expérimentale et numérique sur la microfissuration. Les expériences sont réalisées afin d’étudier l’effet du séchage et le rôle des granulats. L’étude de la structure interne et la propagation des fissures est menée par microtomographie par rayons X. Les influences de la rigidité et de l’état de surface d’inclusions sur l’apparition de la fissuration sont mises en évidence. D’autre part, une série d’essais mécaniques est mise en œuvre sur la pâte de ciment pour comprendre le comportement mécanique de ce matériau et servir à l'identification des paramètres du modèle dans l’étude numérique. Des modélisations numériques sont alors proposées afin d'investiguer les mécanismes associés à la microfissuration observée expérimentalement. Ces modélisations sont réalisées dans le cadre de la poromécanique des milieux partiellement saturés, et le matériau est considéré comme biphasique : des inclusions noyées dans une matrice poreuse cimentaire (modèles élastique, élasto-plastique et endommagement). Les résultats permettent d'accéder à la distribution des contraintes et reproduisent la fissuration observée. L’influence du comportement de la matrice et de la rigidité des inclusions est étudiée. Enfin, une modélisation préliminaire sur la base d'éléments finis étendus se focalisant sur les effets de l'interface pâte-inclusions est proposée.

Drying process of cementitious materials leads to microcracks, which has important consequences on transport and mechanical properties. The aim of this study is to investigate the evolution of microcracking of cementitious materials during drying and better understand the associated mechanisms. This work presents both an experimental study and a numerical simulation of drying shrinkage microcracking. The experiments are performed in order to study the effect of drying and the role of the aggregates. The study of the internal structure and crack propagation is conducted by X-ray microtomography. The influences of the stiffness and the surface roughness of inclusions on the occurrence of cracking are highlighted. Moreover, a series of mechanical tests is performed on the cement paste to understand the mechanical behaviour of this material and to use for identification of the model parameters in the numerical study developed in the framework of this thesis. Numerical models are then proposed to investigate the mechanisms associated with experimentally observed microcracks. These modellings are performed under the framework of poromechanics in partially saturated medium, and the material is considered as biphasic: the inclusions embedded in a porous cement matrix (elastic models, elastoplastic and damage). The results of numerical simulations allow access to the stress distribution and reproduce the observed cracking under microtomography. The influences of matrix behaviour and stiffness of inclusion are studied. Finally, a preliminary modelling based on extended finite element method focusing on the effects of paste-inclusions interface is proposed.