Comportement au jeune âge des bétons à ultra-hautes performances incluant des polymères superabsorbants : réduction du retrait, limitation de la fissuration et potentiel d'auto-cicatrisation

The Early Age Behaviour of Ultra-High Performance Concrete Incorporating Superabsorbent Polymers : Shrinkage Reduction, Crack Mitigation and Self-healing Potential

• Auteur / Autrice : Judy Kheir
• Direction : Ahmed Loukili, Nele De Belie, Benoît Hilloulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 31/08/2022
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes en cotutelle avec Universiteit Gent
• 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)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Torrenti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ahmed Loukili, Nele De Belie, Benoît Hilloulin, Jean-Michel Torrenti, Matthieu Briffaut, Didier Snoeck, Roman Wan Wendner, Philippe Turcry, Luc Taerwe, Kim Van Tittelboom
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Matthieu Briffaut, Didier Snoeck

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères poreux

Béton -- Fissuration

Béton à hautes performances

Mots clés libres

Béton

BUHP

Polymères superabsorbants (SAP)

Retrait

Fissuration

Autocicatrisation

Concrete

UHPC

Superabsorbent Polymers (SAP)

Shrinkage

Cracking

Selfhealing

Résumé

Le béton à ultra-hautes performances (BUHP) présente des performances mécaniques et de durabilité très élevées. Cependant, les BUHP sont soumis à un retrait endogène rapide et élevé au jeune âge, ce qui augmente considérablement le risque de fissuration. La fissuration peut être évitée en incluant un agent de cure interne, les polymères superabsorbants (SAP), qui apporte de l’eau au mélange pour éviter les dépressions capillaires causant le retrait. Cependant, leur utilisation est encore peu développée et mérite d’être étudiée. Dans la première partie de cette thèse, une mesure précise du retrait chimique de différentes pâtes de ciment avec des additions minérales a été réalisée pour déterminer la quantité exacte des SAP à ajouter dans le mélange. La deuxième partie s’est concentrée sur le développement d’un modèle numérique qui prend en compte l’inclusion des SAP dans les pâtes ternaires à faible rapport E/C pour la simulation de l’hydratation et du développement de la microstructure. Ce modèle a été soutenu par des résultats expérimentaux concernant le retrait endogène et l’humidité relative. La troisième partie rapporte une campagne expérimentale au cours de laquelle deux murs ont été construits, l’un avec des SAP et l’autre sans les polymères, afin d’étudier l’efficacité des SAP pour atténuer le retrait dans le BUHP à l’échelle d’une structure. Dans la dernière partie, des échantillons de béton ont été coulés et soumis à différentes conditions de cicatrisation afin de tester l’effet des SAP sur l’auto-cicatrisation des BUHP. Les regains mécaniques ont été quantifiés et les phases précipitées analysées par DRX. Enfin, cette thèse se termine par des conclusions approfondies suivies de perspectives de recherche pour mieux contrôler les déformations de retrait de BUHP innovants incluant des SAP.

Ultra-High Performance Concrete (UHPC) exhibits very high mechanical and durability performances. UHPC are subjected to a rapid and high autogenous shrinkage at early-age which significantly increases the risk of early age cracking. Cracking can be avoided by including an internal curing agent, the superabsorbent polymers (SAP), that provides water to the mixture to avoid capillary depressions causing shrinkage. However, their use is still weakly developed and deserves to be studied. In the first part of the thesis, a precise measurement of the chemical shrinkage of different cement pastes with mineral additions was performed to determine the correct amount of SAPs to be added in the mixture. The second part focused on developing a numerical model that accommodates the SAP inclusion in low w/c ternary pastes for the simulation of the hydration process and the microstructure development. This model was supported by experimental results regarding autogenous shrinkage and relative humidity. The third part consisted of an experimental campaign in which two walls were built, one with SAPs and the other one without the polymers, in order to investigate the efficiency of SAPs towards mitigating shrinkage in UHPC at the scale of a structure. In the last part, concrete samples were cast and subjected to different healing conditions to test the effect of SAPs on the self-healing of UHPC. The mechanical regains were quantified and the precipitated phases were analyzed by XRD. Finally, this thesis ends with in-depth conclusions followed by research perspectives to better control the shrinkage deformations of these innovative UHPC containing SAPs.