Contribution à l'étude des mécanismes de transport ionique et de dégradation chimique dans les matériaux cimentaires partiellement ou complètement saturés PDF Download
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Author: Yannick Maltais
Publisher:
ISBN: 9780494201428
Category :
Languages : en
Pages : 616
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Author: Yannick Maltais
Publisher:
ISBN: 9780494201428
Category :
Languages : en
Pages : 616
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Author:
Publisher:
ISBN:
Category : Dissertations, Academic
Languages : en
Pages : 924
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Author: Frédéric Lory
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 391
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La dégradation des matériaux poreux par l'intrusion d'une solution saline est connue depuis longtemps, mais demeure aujourd'hui un phénomène complexe à étudier en raison des multiples paramètres à considérer. Ce document propose des pistes d'amélioration du comportement des matériaux cimentaires afin de s'intégrer dans le cadre plus vaste de la prédiction du comportement des matériaux cimentaires face à la formation de phases expansives dans leur structure poreuse. La première partie de cette thèse se consacre à la revue bibliographique de la dégradation par l'action externe des sulfates et dresse le cadre général de l'étude des milieux poreux et du transport hydrique ainsi que le principe de dégradation par croissance d'un cristal de sel dans un milieu poreux. La stratégie de recherche qui en résulte s'articule autour de deux campagnes expérimentales. La première concerne l'application de la microfluidique, science qui mesure le comportement des fluides à l'échelle du micron, pour améliorer notre compréhension des phénomènes de saturation et de séchage d'un matériau poreux selon diverses solutions. Deux types de dispositifs ont été envisagés soit par lithographie au plasma et par érosion chimique après altération d'un substrat de verre par le passage d'un faisceau laser concentré. La seconde campagne expérimentale s'attache à l'analyse de matériaux cimentaires soumis à des solutions agressives diverses et dans des conditions de variation hydriques afin d'évaluer la combinaison de dégradations physico-chimiques par réactions chimiques avec les hydrates et par précipitation de sels. Finalement, un modèle de transport réactif multiphasique est présenté ainsi qu'une nouvelle approche basée sur la répartition de la distribution poreuse pour calculer les pressions induites à différentes échelles matériau. Le système d'équations appliqué à la poromécanique est alors développé en vue d'une résolution numérique des pressions générées par expansion d'une phase. Pour conclure ce document, des perspectives de modification des normes relatives aux attaques sulfates sont entrevues et de nouvelles avenues possibles grâce à l'émergence de nouvelles technologies sont esquissées. Des propositions de développement additionnel du modèle sont également adressées.
Author: Thai Hoa Nguyen
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 166
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La perméabilité d’un matériau est définie comme son aptitude à se laisser traverser par un fluide sous un gradient de pression. Par son rôle de gouvernement du processus de pénétration des agents agressifs, la perméabilité joue un rôle important sur la durée de vie d’une structure d’un matériau cimentaire. Les objectifs de cette thèse sont d’étudier les propriétés de transfert des matériaux cimentaires travaillant dans les conditions défavorables (fluage, attaque physico-chimique, interface matériau vieux – matériau de réparation), de donner une meilleure connaissance du comportement à long terme de ces structures, d’améliorer la sécurité pour les usagers et diminuer le risque d’accidents pouvant avoir lieu au cours de la vie de l’ouvrage. Les propriétés mécaniques de l’interface matériau âgé – matériau de réparation a déjà été étudiée par plusieurs auteurs. Dans ce mémoire de thèse, nous nous sommes concentrés sur les propriétés de transfert et leur influence sur la durabilité du matériau. Nous avons mis en évidence que cette interface est plus poreuse, plus perméable et est une voie préférentielle de pénétration des agents agressifs. De plus, une concentration importante de portlandite dans cette zone la rend très sensible à une attaque chimique ou une carbonatation naturelle. Sous l’effet d’une charge mécanique instantanée, la propriété de transfert d’un matériau cimentaire évolue : si la charge est faible, la perméabilité peut diminuer grâce à la fermeture des fissures et des pores préexistants ; si la charge est assez grande, des nouvelles fissures apparaissent et provoquent une augmentation de la perméabilité. Dans cette étude, nous avons étudié, sous une charge maintenue, le processus de propagation des fissures sous-critiques. Notre étude montre que durant cette phase de fluage, la perméabilité augmente. La lixiviation par nitrate d’ammonium dégrade le matériau en fonction du temps, la profondeur de lixiviation est linéaire avec la racine de temps. En cas de couplage mécanique - chimique (avec une charge initiale faible de 25% de la charge maximale), le chargement mécanique peut, à court terme diminuer la pénétration des agents agressifs en refermant les fissures préexistantes. Toutefois, les réactions chimiques ont lieu de façon plus intense dans la zone atteinte. A long terme, en raison de l’augmentation du niveau de chargement dans la zone saine, des phénomènes identiques à ceux observés précédemment (fissures sous-critiques) peuvent apparaître. Le chargement mécanique va cette fois augmenter la pénétration des agents agressifs. En contrepartie, la réaction chimique est moins intense dans la zone dégradée. Le chargement mécanique a donc un effet significatif sur la dégradation chimique. Une étude théorique et numérique basée sur des modèles micro-mécaniques permet d’étudier les processus d’endommagement. Un matériau est pré-endommagé (endommagement thermique par exemple), présente une perte de résistance et de module mais un gain de ductilité. Lorsqu’il subit un chargement mécanique, le processus d’endommagement est différent : cela se traduit par un ralentissement de l’évolution de l’endommagement et conduit à une évolution de la perméabilité légèrement différente par rapport au matériau sain. L’étude théorique du fluage d’un matériau totalement sec montre que l’évolution de la perméabilité et de la déformation du fluage est expliquée par l’apparition des fissures sous-critiques. Il existe un seuil pour que ce phénomène ait lieu et ce seuil peut être trouvé par des essais expérimentaux.
Author: Thi Thanh Xuan Dinh
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Aujourd'hui, la durabilité des structures en matériau cimentaire est un des facteurs importants dans les domaines du génie civil et du génie industriel. Elle est influencée non seulement par les chargements mécaniques mais aussi par l'environnement (pollution, pluie...). Ces influences deviennent plus importantes quand on doit garantir une durée de service du matériau pendant une grande période. Le mécanisme de dégradation chimique du matériau cimentaire consiste à une décalcification progressive au cours du temps en contact avec un environnement agressif (par exemple l’attaque par les chlorures, par les sulfates, les cycles gel-dégel, l’alcali-réaction). Cette dégradation provoque la variation de la porosité du béton qui modifie les propriétés physico-chimiques et mécaniques. D'une part cette variation de porosité accélère le processus de transport de matières et entraîne une accélération de la dissolution des hydrates (notamment la portlandite). D'autre part, ceci induit une modification des propriétés mécaniques, notamment le retrait. En plus, les sollicitations mécaniques créent des microfissures qui peuvent être des facteurs accélérant le processus de dégradation chimique. Ce travail de thèse est réalisé pour étudier le phénomène physico-chimique de la carbonatation sur les matériaux cimentaires comme les mortiers et les pâtes de ciment à la base CEM I et CEM III. Le but principal de cette étude est de caractériser expérimentalement et numériquement les effets du dioxyde de carbone (CO2) sur la durabilité et les propriétés mécaniques d’un matériau cimentaire. Dans la partie expérimentale, nous prenons en compte quelques paramètres importants tels que : le retrait, la variation de la porosité et de la masse en fonction de différentes teneurs en dioxyde de carbone (CO2) : 5%, 10%, 13%, 15%, 17%, 20%. Le modèle numérique basé sur l’approche physico-chimique de Bary et Sellier (2004) nous permet de valider les paramètres qui influencent le phénomène de carbonatation en matériau cimentaire comme le taux de saturation en eau, la pression partielle de dioxyde de carbone (CO2), la concentration en ions calcium et la porosité. Ceci confirme que les transferts de dioxyde de carbone (CO2) en phase gazeuse couplent avec les transferts de l’eau liquide et des ions du calcium Ca2+ en solution aqueuse au cours de la carbonatation.
Author: Hassan Sleiman
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 257
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La dégradation des structures en béton armé par la corrosion des aciers est l'une des principales causes de la réduction de la durée de vie des ouvrages. La corrosion est due à la pénétration des chlorures qui peuvent atteindre les armatures par les fissures ou par la porosité. Le transport ionique dans la solution interstitielle des matériaux cimentaires dépend de l'état de saturation de ces matériaux. Le cas non saturé reflète plus la réalité des ouvrages marins, même s'il est moins abordé dans la littérature. L'objectif principal de ce travail est de proposer un modèle de transfert qui tient compte du couplage du transfert d'humidité et des ions de la solution interstitielle des matériaux cimentaires. Le travail est divisé en trois parties principales: la première est consacrée à l'approche théorique du problème pour établir les équations permettant de décrire le transfert ionique dans les matériaux insatures. La deuxième partie est numérique, elle consiste à résoudre les équations traduisant le transport ionique au sein du matériau soumis à une ambiance marine en cycles d'humidification et de séchage. La dernière partie est expérimentale, elle est consacrée d'une part à la mesure des paramètres d'entrée du modèle et d'autre part à sa validation. Cette dernière est réalisée pour le cas d'un matériau en situation de marnage. Le modèle est également confronté à des résultats expérimentaux de la littérature concernant des mesures d'imbibition - séchage obtenu sur des mortiers.
Author: Éric Samson
Publisher:
ISBN:
Category : Cement
Languages : fr
Pages : 0
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Author: Éric Samson
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 470
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Author: Xiaomeng Wang
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Dans le cadre du projet de recherche de l'IFSTTAR « Approche performantielle et probabiliste de la durée de vie des ouvrages en béton armé », la thèse porte sur la modélisation du transport couplé ions-humidité au travers de bétons éventuellement carbonatés. Une plate-forme de modélisation multi-espèces, qui est basée sur les indicateurs de durabilité et avec différents niveaux de sophistication, a été utilisée. En condition saturée, le transport des ions a été décrit par l'équation de Nernst-Plank et complété par des isothermes des interactions ions/matrice. En condition non saturée, l'advection des phases liquides et gazeuses a été décrite par la loi de Darcy généralisée. L'influence de l'activité chimique sur l'équilibre entre l'eau liquide et vapeur d'eau, ainsi que la cinétique de fixation des ions chlorure ont été prise en compte dans les modèles. La fixation des ions alcalins a été également prise en compte, son influence sur le transport des ions chlorure a été étudiée. Les indicateurs de durabilité (porosité, perméabilité intrinsèque à l'eau et aux gaz) servant comme données d'entrée des modèles ont été déterminés par des mesures directes sur des bétons à base de ciment ordinaire et avec des fortes teneurs en additions minérales (cendres volantes et laitiers). Une méthode d'analyse inverse a été mise en œuvre à partir d'une routine qui intègre un algorithme d'optimisation qui nous a permis de déterminer les propriétés des matériaux plus complexes (coefficient effectif de diffusion, paramètres d'isotherme de fixation et perméabilité intrinsèque à l'eau) à partir des résultats d'essais. Le modèle pour des conditions saturées a été validé par des comparaisons entre des profils de chlorure issus des essais de diffusion et des profils de simulation. Des essais de séchage-imbibition avec une solution saline ou de l'eau pure sur les bétons sains et éventuellement carbonatés ont été réalisés pour valider le modèle en condition non saturée, ainsi que pour mettre en évidence l'influence de la carbonatation sur le transport des ions et sur les transferts hydriques. Outre la compréhension des mécanismes physico-chimiques liés à la durabilité des bétons et détermination des indicateurs de durabilité par analyse inverse, la plate-forme nous permet de prédire le transport des ions et d'humidité suivant la complexité des phénomènes et le niveau de sophistication exigé. Les études menées ont mise en évidence la pertinence et la fiabilité de la plate-forme de modélisation physico-chimique.
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Languages : fr
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