Vers une approche chimio-poro-visco-élastique du comportement au jeune âge des bétons
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Abstract EN:
A poro-modelling approach is used to predicting autogenous deformation of concrete in isothermal conditions where the material is considered as a closed reactive medium. The poro-mechanical theory provides a basis for a better understanding of the influence of mixture composition on concrete early age behaviour when this approach is based on the results of characterization experimentals performed on one concrete mixture using cement Portland. The contact of water with Portland cement generates of complexes dissolution and precipitation reactions that lead to the progressive formation of a rigid structure. This hydration process generates a reducing of the absolute volume of the material. When the hydrates percolate to form the first solid paths (percolation threshold) in the hardening paste, the stiffness of the material increases and a volume of air grow in the capillary pore. This creation of voids leads to the formation of water–air menisci in the porous media and the relative humidity (h) drops. The presence of this meniscus causes tensile stresses in the fluid and compressive stresses in the solid matrix of the skeleton. This capillary condensation is the main cause of the autogenous deformation of cement systems. Autogenous shrinkage is in fact the ageing viscoelastic response of the material to the internal capillary pressure changes. The application of this model to the treatment of isothermal cases is presented. A comparison with experimental results illustrates the ability of the model to show the material parameters which may have an influence on the early age concrete behavior.
Abstract FR:
La théorie des milieux poreux réactifs fermés est explorée pour modéliser le comportement au jeune âge des bétons pour des couplages chimio-poro-visco-élastiques. Le modèle est construit autour de l'hypothèse que la dépression capillaire est la principal mécanisme responsable du retrait d'autodessiccation (Hua et al. 1995). Ce retrait correspond à la réponse viscoélastique de la matrice solide vieillissante du milieux poreux sous l'action d'une contrainte de compression induite par la condensation capillaire. L'apparition d'une déformation de gonflement dans les premières heures qui suivent la prise du matériau ne peut être expliquée par un phénomène de dessiccation, car l'humidité relative décroît au fur et à mesure de l'évolution de la réaction d'hydratation. Les déformations endogènes (déformations libres du matériau en conditions isothermes, sans chargement extérieur et sans échange hydrique avec l'extérieur) sont donc définies comme la somme d'un gonflement chimique macroscopique dû à la réaction d'hydratation et d'un retrait d'autodessiccation. L'approche chimio-poro-visco-élastique développée dans cette étude pour analyser le comportement au jeune âge des bétons a plusieurs objectifs. Premièrement, une modélisation basée sur une approche de la mécanique des milieux poreux permet d'avoir une base rigoureuse à la compréhension des mécanismes qui ont une influence sur les déformations différées observées à l'échelle macroscopique. Le deuxième objectif consiste en la mise en place d'un outil qui fournit les bases nécessaires à une meilleure compréhension de l'influence de la composition du matériau sur le comportement au jeune âge des bétons. Ce rapport est divisé en quatre parties dont les deux premières font état des connaissances publiées dans la littérature scientifique qui permettront d'arriver à une modélisation basée sur une approche multi-échelles du problème. Les conditions de retrait restreint sont développés dans la troisième partie afin de montrer comment un essai R2D2 peut être analysé en vue d'une modélisation du comportement au jeune âge. La quatrième décrit les bases théoriques du modèle ainsi que l'identification des paramètres de ce dernier. Le rapport finit par une application de l'approche pour étudier l'influence du ciment et du rapport E/C sur le comportement au jeune âge des bétons.