Coulis alcali-activés pour des travaux souterrains : structuration au jeune âge et à long terme et identification des phases formées

Alkali-activated grouts for underground works : Early and long term structuration and identification of the formed phases

• Auteur / Autrice : Faten Souayfan
• Direction : Emmanuel Rozière, Ahmed Loukili
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 08/12/2021
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes ; 2004-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Baptiste d' Espinose
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michaël Paris, Christophe Justino
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Naïma Belayachi, David Bulteel
• DOI : 10.70675/e1c903a2zd57bz4585zbe0azfc6557453df3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectres

Résonance magnétique nucléaire

Matériaux bitumineux

Ciment de laitier

Mécanique des sols

Liants

Mots clés libres

Alcali-activation

Géopolymérisation

Coulis

Métakaolin

Laitier

Alkali-activation

Geopolymerization

Grout

Metakaolin

Slag

Résumé

Les matériaux alcali-activés apparaissent comme une alternative potentielle aux liants hydrauliques classiques dans plusieursapplications en génie civil, pour répondre à des enjeux techniques et environnementaux. Néanmoins, ces matériaux n’ont pas étésuffisamment explorés dans le domaine du renforcement des sols. Cette thèse a pour but d’évaluer les performances des matériaux alcaliactivés utilisés comme coulis pour le soilmixing profond. Cette méthode, qui consiste à mélanger le sol en place à un coulis, permet d’améliorer les propriétés physiques ou mécaniques des sols en limitant les volumes déplacés. Dans le cadre de ce travail, il s’agit de combler un déficit de connaissances sur la structuration à court terme et l’évolution chimique et mécanique de systèmes relativement dilués. Un programme expérimental basé sur une sélection de compositions est établi afin de caractériser les coulis à différentes échelles à partir de techniques avancées telles que la rhéologie oscillatoire et la résonnancemagnétique nucléaire RMN du solide. Les différentes campagnes expérimentales s’articulent autour de l’étude de la sensibilité àl’eau des coulis, pour reproduire en partie le modèle du soilmixing humide. Trois familles de coulis sont étudiées : coulis métakaolin, coulis laitier et coulis binaires métakaolin-laitier. Les mécanismes réactionnels de ces trois familles ainsi que leurs microstructures sont investigués. Les spectres RMN ont permis d’analyser les phases formées en fonction de la quantité d’eauet le pourcentage du laitier dans les mélanges. Enfin, cette étude a été complétée par une évaluation des modificateurs de prise sur les coulis à base de laitier.

Alkali-activated materials appear as a potential alternative to conventional hydraulic binders in civil engineering applications, in orderto deal with technical and environmental challenges. To the authors’ best knowledge, however, these materials have not been sufficiently investigated in the field of soil reinforcement. This thesis aims to evaluate the performance of alkali-activated grouts for deepsoil mixing. This method is used to improve the physical or mechanical properties of soil by mixing it with the grout. In this context, anexperimental program has been established based on selected mix designs for a better understanding of the short-term structuration and the chemical and mechanical evolution of relatively diluted systems. Advanced techniques, such as dynamic rheology test and Nuclear magnetic resonance (NMR), were implemented to investigate their main properties. An experimental campaign has been built to investigate water sensitivity in order to reproduce the wet soil-mixing model. Three well-known grouts were studied: metakaolin based grout, slag based grout and binary metakaolin-slag grout. The reaction mechanisms and microstructures of these grouts wereinvestiguated. The formed phases were analyzed using NMR spectra. Finally, the influence of set modifiers on slag-based grout was assessed.