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Compatibilité déformationnelle des bétons autoplaçants pour des utilisations dans les réparations des infrastructures routières

Ghezal, Aïcha Fadéla (2014). Compatibilité déformationnelle des bétons autoplaçants pour des utilisations dans les réparations des infrastructures routières. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La réparation des infrastructures routières par une couche mince adhérente de béton (réparation mince) est une pratique courante. Cependant, la durabilité de ces réparations est souvent victime d’une détérioration précoce du nouveau matériau de réparation en raison de l’apparition des fissures dues au retrait restreint. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse de doctorat a consisté à identifier, à travers le programme expérimental intitulé phase I, les paramètres leviers responsables des déformations différées dans le BAP. Une fois ces paramètres identifiés, le programme expérimental intitulé phase II a été conduit dans des conditions simulant celles des réparations, et l’accent a été mis sur l’essai de l’anneau instrumenté. Les travaux de recherche de la phase I résumés dans l’article 1 ont consisté à sélectionner les meilleurs bétons du point de vue des déformations différées en utilisant le banc de fluage flexionnel. Les résultats obtenus ont démontré clairement que les BAP à base du superplastifiant de la famille du polynaphtalène (PNS) présentent des déformations de fluage flexionnel plus élevées que les bétons à base de polycarboxylate (PC). De plus, cette partie de recherche a démontré la grande variabilité dans les déformations différées des BAP pouvant être mesurée dans le cas des superplastifiants appartenant à une même famille de classification ASTM. Cette variabilité a été constatée suite à l’utilisation de trois différents polycarboxylates (PC1, PC2 et PC3) et a permis d’identifier le PC2 comme le second paramètre levier. Les travaux de recherche menés lors de la phase II et résumés par les articles 2 et 3 ont consisté à comprendre, en fonction de la nature du superplastifiant et du matériau cimentaire utilisés, l’évolution du comportement restreint des BAP. Il ressort de l’analyse des résultats tel que résumé dans l’article 2 que le développement des propriétés mécaniques de compression, de traction et de module d’élasticité au jeune âge, est retardé dans l’ensemble des BAP en comparaison au béton de référence. Par ailleurs, la mesure du volume poreux total à l’échéance de 120 jours, a permis de constater qu’en comparaison aux BAP à base du ciment ternaire aux laitiers (TL), les BAP à base du ciment ternaire aux cendres volantes (TC) présentent un volume poreux total plus élevé. Ce résultat expliquerait en partie la valeur élevée du retrait libre de séchage observée sur les BAP-TC comparativement au BAP-TL.

L’étude résumée dans l’article 3 a amené plusieurs points intéressants en ce qui a trait au risque de fissuration de ces bétons. L’étude a permis de réaliser à quel point une seule formulation de BAP peut se manifester avec différents temps de fissuration dépendamment de la nature du superplastifiant. Par ailleurs, cette différence est plus visible au niveau du ciment ternaire aux laitiers (TL) comparativement au ciment ternaire aux cendres volantes (TC), et est expliquée par la tendance du ciment TC à faire plus de retrait de séchage. De plus, sur la base des résultats obtenus, un indicateur du risque de fissuration nommé indice de compatibilité dimensionnel (Idc) a été proposé comme indicateur potentiel pour l’évaluation du risque de fissuration et représente un outil simple permettant de faire un choix sélectif des matériaux candidats. De cette façon, seul l’essai de retrait libre (ASTM C157) et les propriétés mécaniques à savoir, le module élastique et la résistance à la traction doivent être connus.

Titre traduit

Dimensional compatibility of self-consolidating concrete for use in repairs of highway infrastructures

Résumé traduit

Concrete structures repairs in Civil Engineering by using a thin bonded overlay is common practice. However the repaired structures are often victim of premature deterioration of the new repair material due to the appearance of restrained shrinkage cracks. In this context, the main objective of this thesis is to identify, through the experimental program called Phase I the principal parameters that significantly influence the creep potential of the evaluated mixtures. Once these parameters identified, the experimental entitled Phase II is conducted under conditions simulating repairs, and emphasis was placed on restrained shrinkage using instrumented ring test. Article 1 summarized the laboratory investigation undertaken to evaluate the potential of flexural creep behavior of several SCC. The results show clearly that the flexural creep potential of SCC varies widely depending on the nature of HRWR in use. In general, the use of naphthalene sulfonate leads to higher creep by comparison to polycarboxylate. It has been shown also that even when belonging to the same A.S.T.M. classification (polycarboxylic family) the magnitude of flexural creep varies also widely depending on the properties of polycarboxylic chemicals admixture. Based on the identified parameters in phase I, namely PNS superplasticizers type and PC2, with two ternary blended cements with fly ash (BTCFA) and slag (BTCS), the second experimental program was undertaken and summarized in articles 2 and 3. As presented in article 2, the results indicate that optimized SCCs produced with blended ternary cement with fly ash (BTCFA) developed at earlier age lower compressive and splitting-tensile strengths than the corresponding SCCs with blended cement with slag (BTCS). Test results also indicated that the drying shrinkage of SCCs based on BTCFA is higher than the corresponding SCCs proportioned with BTCS and attributed in part to higher total pores volume measured at 120 days on SCC BTCFA. The restrained shrinkage of SCC summarized in article 3 show that the resistance of SCC to shrinkage cracks was quite different depending on the nature of HRWR and the binder type in use. The cracking age increases in mixtures proportioned with PC-HRWR comparatively to PNS-HRWR. The SCC mixtures based on blended ternary cement containing Class F fly ash show shorter cracking age than the corresponding SCCs proportioned with ternary blended cement containing slag. Moreover, a data analysis of current research shows that the ratio of tensile strength to free shrinkage and modulus of elasticity, referred as index of dimensional compatibility, is a promising assessment of cracking resistant performance. In this way, only the free shrinkage test (ASTM C157) and basic mechanical properties are required to assess cracking of candidate concrete mixture designs.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliographie : pages 145-156.
Mots-clés libres: Béton autoplaçant Fissuration. Béton autoplaçant Dilatation et retrait. Béton autoplaçant Fluage. Béton autoplaçant Propriétés mécaniques. Superplastifiants. Routes Entretien et réparations. réparations minces, fluage flexionnel, retrait de séchage, retrait restreint, compatibilité volumétrique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Assaf, Gabriel J.
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 26 nov. 2014 20:16
Dernière modification: 14 mars 2017 00:31
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1400

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