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Soutenance de PFE
Présentée par Samia MELKI
Mardi le 12 Décembre 2017
THANK YOU!
Introduction et Mise en situation
Les matériaux cimentaires font l'objet d'une utilistion massive dans le domaine de génie civil.
Leurs propriétes assurent la longévité et la sécurité des constructions.
Etants des matériaux hétérogènes et de structures complexes, ils nécessitent des efforts dans la recherche pour mieux comprendre et pouvoir modéliser leurs comportements.
Introduction
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Sujet
Paramètres de formulation et de cure:
* Le rapport E/C : 0.3 ; 0.4 ou 0.5
* Le type du liant : CEM I; CEM II ou CEM III
Propriétés microstructurales et texturales
* La présence des ajouts pouzzolaniques
* La présence des granulats: Mortier ou Pâte de ciment
* Le mode de cure: en endogène ou sous eau
Porosité accessible
à l'eau
* L'épaisseur des échantillons (5mm, 10mm et 20mm)
Porosité par intrusion
de mercure
Imbibition par capillarité
Propriétés
de transferts hydriques
Isotherme de désorption d'eau
Prédiction de la Perméabilité
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Matériaux d'études
Essentiellement pâtes de ciment
Matériaux d'étude
• Ciment Portland (noté CEM I) - Clinker (95%-99%)
LAFARGE
• Ciment Portland composé (noté CEM II) - Clinker principalement (86%), associé à d’autres composants.
CALCIA
• Ciments de hauts fourneaux (noté CEM III)- Mélanges de clinker (38%) et de laitier de haut fourneau (62%)- LAFARGE
• Sable de la Loire (Roulée)
15 formulations
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Gâchage, coulage et mise en cure
Gâchage, coulage et mise en cure
selon la norme NF EN 197-1
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Gâchage, coulage et mise en cure
selon la norme NF EN 197-1
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Gâchage, coulage et mise en cure
selon la norme NF EN 197-1
24H dans la chambre humide
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Gâchage, coulage et mise en cure
selon la norme NF EN 197-1
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Sciage
micro-tronçonneuse (model STRUERS DISCOTOM-6)
267 échantillons
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Caractérisation des propriétés microstructurales et texturales
Distribution tri-modale de taille de pores
Pores capillaires larges
La pâte de ciment est constituée principalement par:
Propriétés microstructurales
et texturales
Pores capillaires moyens
Des grains de ciment non hydratés
Pores des hydrates C-S-H
Des hydrates: CSH- portlandites- aluminates- ettringites
Des vides (pores capillaires et porosité des hydrates)
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Essai de porosité accessible à l'eau
Essai de porosité accessible à l'eau
selon la procédure AFPC-AFREM- modifiée
Saturation dans les dessicateurs
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Essai de porosité accessible à l'eau
selon la procédure AFPC-AFREM- modifiée
Séchage à 105°C
Pesée hydrostatique et pesée dans l'air (Mhyd et Msat)
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Essai de porosité accessible à l'eau
selon la procédure AFPC-AFREM- modifiée
Pesée à Sec (Msec) - Stabilisation de la masse
Porosité totale
P=Vvides/Vtot=(Msat-Msec)/(Msat-Mhyd)
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Essai de porosité accessible à l'eau
Diagrammes de représentation de porosité selon le mode de cure
P endogène > P sous eau
En présence de l'eau les réactions d'hydratation continuent à cosommer le ciment anhydre en réduisant la taille et la connectivité des pores
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Essai de porosité accessible à l'eau
Diagrammes de représentation de porosité selon le rapport E/C
P 0.3< P 0.4< P 0.5
Le rapport E/C donne l’espace initial entourant les grains dans la pâte de ciment à l’état frais ( l'eau de gâchege augmente --> porosité capillaire augmente)
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Essai de porosité accessible à l'eau
Diagrammes de représentation de porosité par rapport à la présence des granulats
P mortier < P pdc
La pâte de ciment constitue la seule phase poreuse dans ces mortiers
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Essai de porosité par intrusion de mercure
Porosité par intrusion de mercure
"
La loi de Laplace :
Présécher à 40°C les échantillons découpés préalablement (2.3*2.3*1.5cm3) pendant 14jrs
volume de mercure cumulé
Courbes de distribution porale par intrusion de mercure
"
Prosimètre Micrometrics Auto pore IV 9500
effet bouteille d'encre
Pression maximale de 228 MPa
"
* l’intrusion de mercure n’accède pas au micro pores (porosité des hydrates)
* La variation du rapport E/C, de la cure ou du type du liant influence de la même manière que dans la mesure de porosité accessible à l’eau
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Propriétés de transferts hydriques
Capillarité
Propriétés de transferts hydriques
Permébilité
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Essai d'imbibition par capillarité
Essai d'imbibition par capillarité
Suivant la norme NF B10-502 (1973), la préconisation Unesco-RILEM n°II-6 et la norme européenne EN 1925 (1999)
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Essai d'imbibition par capillarité
Suivie de masse[30sec; 1min; 1min30sec; 2min ; 3min ; 5min ; 7min ; 10min ; 15min ; 20min ; 25min ; 30min ; 40min ; 50min ; 1h ; 1h30min ; 2h ; 2h30 ; 3h ; 3h30 ; 4h ; 5h ; 6h ; 1jr ; 2jrs ; 3jrs ; 6jrs ; 12jrs ; 18jrs]
L’absorption d’eau est représentée en masse par unité de surface absorbante (g/cm²) en fonction de la racine du temps (√s) :
A.C.= Δm/(S×√t)
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Essai d'imbibition par capillarité
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Essai d'imbibition par capillarité
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Essai d'imbibition par capillarité
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Essai d'imbibition par capillarité
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Essai de l'isotherme de première désorption
Principe de l'essai
Isotherme de première désorption
"
Afin d’obtenir des isothermes de désorption de vapeur d’eau pour un matériau donné, il est possible de suivre les cinétiques (perte d’eau en fonction du temps) de mise en l’équilibre pour chaque palier d’humidité relative considéré
La courbe, représentant pour une température donnée, la variation de la teneur en eau en fonction de l'activité de l'eau du matériaux ou de l'humidité relative du milieu à l'équilibre est appelée :
*isotherme de désorption si on part d'un produit saturé en eau ;
*isotherme d'adsorption si on part d'un produit sec.
"
La méthode consiste à placer les échantillons dans des enceintes hermétiquement fermées.
L’ambiance à l’intérieur de l’enceinte est assurée par l’utilisation de solutions salines saturées
"
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Modèles numériques
Modèles numériques
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Modèle d'hydratation
Modèle numérique d'hydratation
Principe
"
Réactions chimiques d'hydrattion du ciment portland:
coefficients stoechiometriques qui donnent les quantités des hydrates à partir de la composition chimique du ciment et la fraction volumique de chaque élément.
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Modèle numérique d'hydratation
"
Principe
Le degré d’hydratation maximal est donné par WALLER:
E/C étant le rapport Eau/Clinker
A l'existance d'ajouts pouzzolaniques
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Modèle numérique d'hydratation
Résultats
"
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Modèle numérique d'hydratation
Comparaison
"
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Modèle de prédiction de perméabilité
Modèle de prédiction de la perméabilité K
Principes
"
*Trois modes de porosité correspondent respectivement aux pores des C-S-H, aux pores capillaires moyens et aux pores capillaires larges
*La modélisation du milieu poreux par un faisceau de capillaires parallèles (Lois de Darcy et Poiseuille)
K= (P.r²)/8
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Modèle de prédiction de la perméabilité K
"
Rayon équivalent:
Log <r> = fcsh* Log (rcsh) + fmoyen* Log (rmoyen) + f large * Log (r large)
fi = фPi/Pф, étant le coefficient de pondération pour chaque mode porale
фPcsh=0,28*volume des CSH (calculé par le modèle d’hydratation)
фPmoyen= фP - фPcsh - фPlarge
фPlarge= la valeur de la chute de l’isotherme aux fortes HR
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Modèle de prédiction de la perméabilité K
"
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Modèle de prédiction de la perméabilité K
"
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Conclusion
*La porosité totale et la taille des pores capillaires augmentent avec l’augmentation du rapport E/C;
*L’ajout des granulats réduit la porosité totale puisqu’il soustrait une partie de la pâte de ciment qui représente le milieu poreux dans un matériau cimentaire ;
Conclusion
*Le mode de cure influe sur la taille et la connectivité des pores : une cure sous l’eau permet de réduire la porosité et combler l’inter-connectivité ;
*Les ajouts pouzzolaniques produisent des réactions d’hydratation secondaires qui réduisent à leur tour la porosité totale et large et augmentent la porosité des hydrates ;
*La variation de la taille de l’échantillon influe d’une manière inversement proportionnelle la chute de l’isotherme de première désorption aux fortes humidités relative.
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Merci de Votre Attention!