Prix « René Houpert », présentation Mounanga

Comportement des matrices

Comportement des matrices cimentaires cimentaires au au jeune

jeune â â ge ge : d : d é é formations chimiques et formations chimiques et endog

endog è è nes et propri nes et propri é é t t é é s s thermophysiques thermophysiques

Institut de Recherches en Génie Civil et Mécanique (site de l’IUT de Saint-Nazaire)

Pierre Mounanga

Directeur de Recherche : Pr. Guy Bastian Encadrement : Abdelhafid Khelidj

Prix Jeunes Chercheurs René Houpert, La Rochelle 2003

• Rencontres AUGC 2-3 juin 2003 •

Plan de Présentation

Démarche scientifique

Principaux outils expérimentaux

Conclusions et perspectives Quelques résultats obtenus

Aspects chimique, structural et thermique

Contexte de l’étude

Béton au très jeune âge

100 jours 1000 jours 10000 jours

Ruine de l’ouvrage

10 jours

Les Causes?

Les Causes?

Au jeune âge

0.1 jour 1 jour

Fabrication du béton

Fissuration d’origine thermique

Fissuration de retrait endogène

Problèmes de fabrication et de mise en œuvre du béton

Conditions aux limites de la structure (déformations empêchées)

Comportement du béton : déformations de la matrice

Contexte de l’Etude

Processus d’hydratation

Grain de ciment anhydre

Hydrates Libération de chaleur (pendant la prise)

50°C

12 h 6 h

35°C 20°C

Autodessiccation et retrait endogène

(Matériau durci) Retrait chimique

(Matériau pâteux)

ciment

eau pore

Modélisation Découplage

= ?

gonflement retrait

Temps Déformations

endogènes mm/m

12 h 6 h

0 -1 2 1

Déf. mesurées

Formulation

T°C

Cond. endogènes

Démarche Scientifique

P P â â tes de ciment pures tes de ciment pures

ciment 25%

eau

ciment 30%

eau

ciment 35%

eau

ciment 40%

eau

Température de

conservation

10°C 20°C 30 40

° ° C C

Objectifs Objectifs

Retraits chimique et endogène

Avancement des réactions

d’hydratation Propriétés

thermophysiques

Meilleure compréhension du matériau au jeune et très jeune âge Constitution d’une base de données

Corrélations entre les propriétés du béton au jeune âge

Malaxage 1 jour

Dispositif original Dispositif original

Outils Expérimentaux

Mesure des retraits Mesure des retraits

Degr Degr é é d d ’ ’ hydratation hydratation et Ca(OH)

et Ca(OH)

Thermogravimétrique ^Analyse Pesée hydrostatique (mesure volumétrique)

Mesure des

Mesure des propr propr . . thermophysiques

thermophysiques Méthode dynamique Fil non chauffé

Fil chauffé

Faible perturbation

thermique

Mesure de l’évolution de la température

des fils

Chaleur volumique Conductivité

thermique

R R é é s. exp s. exp é é rimentaux rimentaux

Système d’équations

chimiques d’hydratation Cinétique d’hydratation de chaque phase (Lea, 1998)

Modèle semi-empirique

Conclusion Conclusion

Evolution Chimique des Pâtes

Composition chimique du ciment : paramètre majeur au jeune âge

Variable-entrée : Composition du ciment

0,00 0,10 0,20

0 20 40 60

40°C

0 10 20 30

0 20 40 60

0,00 0,10 0,20

0 20 40 60

30°C

0 10 20 30

0 20 40 60

0,00 0,10 0,20

0 20 40 60

50°C

0 10 20 30

0 20 40 60

0,00 0,10 0,20

0 20 40 60

20°C

0 10 20 30

0 20 40 60

0,00 0,10 0,20

0 20 40 60

10°C

Degré d’hydratation (%)

Retrait chimique

(mm³/g de ciment)

0 10 20 30

0 20 40 60

Ca(OH)

(g/g de ciment)

Degré d’hydratation (%)

0,00 0,10 0,20

0 20 40 60

Simulation Simulation

7% ≈≈≈≈ Fin prise Vicat

2

-100100-75-50-252550750

0 6 12

0 1 2 3 4 5 6

0 6 12

R. Endogène

(mm³/g de ciment)

P.interstitielle

(kPa)

Temps ^(h)

Début Vicat

Fin Vicat 0

1 2 3 4 5 6

0 6 12 18 24

Temps ^(h) Retrait endogène volumique

(mm³/g de ciment)

Déform. endogènes - Isothermes

40°C

1 2 3

0 1 2 3

0 1 2 3

R. endogène

(mm³/g de ciment)

R. chimique ^(mm_ciment)^{3/g de}

1

0 2 4 6

0 10 20 30 40 50

R. endogène

(mm³/g de ciment)

Degré

d’hydratation ^(%)

3

10°C

30°C 20°C

50°C

2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0

0 3 6 9 12 15 18 21 24

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

0 3 6 9 12 15 18 21 24

Conductivité thermique

(W/m.K)

Temps

Chaleur volumique

(10⁶ J/m³.K)

Temps

Propriétés Thermophysiques

Champ des Champ des d d é é formations formations

d d ’ ’ origine origine thermique thermique

? ^{temp temp Champ de Champ de é é ratures ratures}

Equation Equation

g g é é n n é é rale de la rale de la chaleur

chaleur

Conditions initiales et Conditions initiales et

aux limites aux limites

Conductivité thermique Chaleur volumique

Coefficient de dilatation thermique

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

0 3 6 9 12 15 18 21 24

2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0

0 3 6 9 12 15 18 21 24

30°C

2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0

0 3 6 9 12 15 18 21 24

20°C

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

0 3 6 9 12 15 18 21 24

2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0

0 3 6 9 12 15 18 21 24

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

0 3 6 9 12 15 18 21 24

10°C

1

Conclusions et Perspectives

Conclusions Conclusions

1

gonflement 2

retrait 3

Composition chimique

Retrait chimique et Ca(OH)₂

Perspectives

Perspectives ^{Pr Pr é é} diction des diction des

DEFORMATIONS ENDOGENES DEFORMATIONS ENDOGENES

en CONDITIONS REALISTES en CONDITIONS REALISTES

Temps Déformations

endogènes

0 1h 10h 100h

Température du matériau

2

Etude du comportement thermique : Propriétés thermophysiques constantes

pendant la prise

Conclusions et Perspectives

Conclusions Conclusions

Perspectives Perspectives

1

gonflement 2

retrait 3

Propriétés

thermophysiques constantes durant

la prise Composition chimique

Retrait chimique et Ca(OH)1 ₂ 2

Pr Pr é é diction des diction des

DEFORMATIONS ENDOGENES DEFORMATIONS ENDOGENES

en CONDITIONS REALISTES en CONDITIONS REALISTES

Temps Déformations

endogènes

0 1h 10h 100h

Température du matériau

Historique de T°

Evolution du retrait endogène

2