Impact of intrinsic granular porosity on the durability properties of concrete
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The preservation of natural resources and the limitation of CO2 emissions are a contribution to sustainable development. In the context of the concrete design, this contribution consists in using local or recycled aggregates. However, local or recycled aggregates can be porous and of low quality.The scientific community agrees that the intrinsic porosity of aggregates changes the transport properties of concrete, but to what extent is still a question. The objective of the thesis is to analyze the impact of intrinsic coarse aggregate porosity on mainly the durability properties of concrete. In a preliminary understanding and with a view to accentuating phenomena occurring in the concrete, an experimental program is designed for elementary model (EM), which is composed of paste and gravel. The impact of the aggregate nature (porous and non-porous), moisture state and volume together with the binder nature, is analyzed on i) the water porosity of EM, ii) the structuration of the paste-aggregate interface. Next, at concrete scale, materials were designed with the same skeleton of aggregates (same sand) and the same equivalent binder content. The designs varied by the aggregate nature, moisture state, the binder nature, the variation of water/cement ratio and the incorporation of chemical admixtures (plasticizer or superplasticizer). The impact of coarse aggregate porosity on properties in the fresh state (slump, apparent density and entrapped air content) and in the hardened state (compressive strength, water porosity, water absorption, gas permeability, chloride migration, accelerated carbonation and Portlandite content) was studied. The main results show that the moisture state of aggregate and the binder nature are the first factors that condition the structuring of the paste/aggregate interface within the elementary model. The necessity to use porous aggregates in saturated surface dry is particularly highlighted. At the scale of concrete, the properties in the fresh state are influenced by the aggregate porosity and the water/binder (W/B) ratio. However, for a fixed W/B ratio corresponding to fluid consistency, the variations in the fresh properties measured when porous aggregates are incorporated do not depend on the binder nature. In hardened concrete, porosity of aggregate plays an important role in water porosity and air permeability of concrete whatever the nature of binder. For other durability properties (water absorption, Clo migration, carbonation and compressive strength), the nature of binder overcome leading in comparison to the porosity of aggregate.
Abstract FR:
La préservation des ressources naturelles et la limitation des émissions de CO2 sont une contribution au développement durable. Dans le cadre de la conception du béton, cette contribution consiste à utiliser des granulats locaux ou recyclés. Cependant, ces derniers peuvent être poreux et de faible qualité. La communauté scientifique est d'accord sur le fait que la porosité intrinsèque des granulats modifie les propriétés de transport du béton, mais dans quelle mesure reste une question. L'objectif de la thèse est d'analyser l'impact de la porosité intrinsèque des granulats grossiers, principalement sur les propriétés de durabilité du béton. Dans une compréhension préliminaire et en vue d'accentuer les phénomènes se produisant dans le béton, un programme expérimental est conçu pour le modèle élémentaire (EM), qui est composé de pâte et de gravier. L'impact de la nature des granulats (poreux et non poreux), de l'état d'humidité et du volume ainsi que de la nature du liant, est analysé sur i) la porosité de l'eau du modèle élémentaire, ii) la structuration de l'interface pâte-granulat. Ensuite, à l'échelle du béton, les matériaux ont été conçus avec le même squelette de granulats (même sable) et la même teneur équivalente en liant. Les conceptions variaient selon la nature des granulats, l'état d'humidité, la nature du liant, la variation du rapport eau/ciment et l'incorporation d'adjuvants chimiques (plastifiant ou superplastifiant). L'impact de la porosité des granulats grossiers sur les propriétés à l'état frais (affaissement, densité apparente et teneur en air emprisonné) et à l'état durci (résistance à la compression, porosité de l'eau, absorption d'eau, perméabilité aux gaz, migration des chlorures, carbonatation accélérée et teneur en portlandite) a été étudié. Les principaux résultats montrent que l'état d'humidité des agrégats et la nature du liant sont les premiers facteurs qui conditionnent la structuration de l'interface pâte/agrégats au sein du modèle élémentaire. La nécessité d'utiliser des agrégats poreux en surface saturée et sèche est particulièrement mise en évidence. À l'échelle du béton, les propriétés à l'état frais sont influencées par la porosité des granulats et le rapport eau/liant (W/B). Cependant, pour un rapport eau/liant fixe correspondant à une consistance fluide, les variations des propriétés à l'état frais mesurées lors de l'incorporation de granulats poreux ne dépendent pas de la nature du liant. Dans le béton durci, la porosité des granulats joue un rôle important dans la porosité de l'eau et la perméabilité à l'air du béton, quelle que soit la nature du liant. Pour les autres propriétés de durabilité (absorption d'eau, migration de Clo, carbonatation et résistance à la compression), la nature du liant l'emporte sur la porosité des granulats.