Comportement à court et long termes des bétons à ultra-hautes performances (BUHP) à base de laitiers des hauts fourneaux
Le béton à ultra-hautes performances (BUHP) est un type relativement nouveau de composite à base de ciment aux propriétés mécaniques et de durabilité les plus exceptionnelles. Cette thèse traite de la possibilité de développer un BUHP à faible empreinte carbone avec un taux élevé de remplacement du...
Kaydedildi:
| Yazar: | |
|---|---|
| Diğer Yazarlar: | , , , , , , , |
| Materyal Türü: | Thèse numérique |
| Dil: | Français |
| Baskı/Yayın Bilgisi: |
2023.
|
| Konular: | |
| Online Erişim: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2023ORLE1019_va.pdf http://www.theses.fr/2023ORLE1019/abes https://theses.hal.science/tel-04323384 |
| Not: |
Thèse soutenue en co-tutelle Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Orléans ; 2018-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Farid Benboudjema (Président du jury) ; Thomas Wattez, Nizar Bel Hadj Ali (Membre(s) du jury) ; Atef Daoud, Stéphanie Bonnet (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Short and long-term behavior of ultra-high performance concretes (UHPC) based on blast furnace slag |
| Özet: | Le béton à ultra-hautes performances (BUHP) est un type relativement nouveau de composite à base de ciment aux propriétés mécaniques et de durabilité les plus exceptionnelles. Cette thèse traite de la possibilité de développer un BUHP à faible empreinte carbone avec un taux élevé de remplacement du ciment (jusqu'à 50 %) par du laitier granulé de haut fourneau moulu (LHF) et une faible teneur en fumée de silice (FS). Dans cette étude, le ciment est remplacé par du laitier à 30 % et 50 % en volume. Des laitiers de deux finesses différentes sont utilisés, avec des finesses Blaine de 420 m /kg (SL1) et 700 m /kg (SL2), respectivement, à un rapport eau/liant (E/L) constant de 0,16 pour tous les mélanges. Les effets de la finesse et du dosage du laitier sur le comportement à court et long termes des BUHP sont étudiés.Les résultats expérimentaux montrent qu'il est effectivement possible de produire des BUHP à base de SL2 avec un comportement similaire à celui des matériaux conventionnels à base de fumée de silice. Le remplacement partiel du ciment avec une faible teneur en laitier (30 %) réduit la demande en superplastifiant (SP) et accélère le processus d'hydratation et la prise. Avec une teneur élevée en SL1 (50 %), la teneur en SP augmente, ce qui retarde la réaction d'hydratation et la prise. Cependant, la maniabilité du BUHP contenant 50 % de SL2 a été considérablement améliorée. Un effet d'accélération a donc été observé. Les mélanges à base de SL2 (à un taux de remplacement de 30 %) présentent le retrait endogène le plus élevé. Les mesures de résistance à la compression indiquent qu'une teneur de 30 % en SL1 améliore légèrement la résistance à la compression du béton à 28 jours. En raison de sa réactivité relativement élevée, le SL2 augmente la résistance à la compression à 3 jours lorsqu'une faible teneur est utilisée. La résistance à la compression du mélange incorporant 50 % de SL2 était proche de celle du béton de référence après 28 jours d'hydratation. Les résultats montrent également que tous les BUHP testés ont une résistance à la traction par fendage supérieure à 6 MPa à 28 jours. La caractérisation de la microstructure a montré que tous les mélanges analysés ont une microstructure ultra-dense avec une porosité réduite. L'effet du laitier était plus visible à 30 % et 50 % de remplacement du ciment par du SL2 et avec la présence de particules de FS. Dans ce cas, la porosité de ces bétons a été extrêmement réduite et le réseau poreux est devenu plus fin, ce qui diminue leurs propriétés de transfert. À long terme, tous les mélanges présentent une durabilité très élevée car leurs matrices sont presque imperméables au dioxyde de carbone et aux chlorures.D'un point de vue environnemental, le remplacement partiel du ciment par du LHF réduit les impacts environnementaux des BUHP. Pour 1 m3 de BUHP, l'incorporation de 50 % de laitier superfin (SL2) réduit les émissions de CO2 d'environ 41 %, ce qui rend le SL2-50SF plus durable que le béton de référence à base de FS. Cependant, cette teneur élevée en SL2 augmente le coût de production de 15 % par rapport au mélange de référence. Ultra-High Performance Concrete (UHPC) is a relatively new type of cement-based composite with exceptional mechanical and durability properties. This work explores the possibility of developing a more sustainable UHPC with a high level of cement replacement (up to 50%) by ground granulated blast furnace slag (GGBS) and low silica fume (SF) content. In this study, cement is replaced by slag at 30% and 50% by volume. Slags of two different finenesses are used, with Blaine finenesses of 420 m /kg (SL1) and 700 m /kg (SL2), respectively, at a constant water-to-binder ratio (w/b) of 0.16 for all mixes. The effects of slag fineness and dosage on the early-age and long-term behaviour of UHPC are investigated.Experimental results show that it is indeed possible to produce SL2-based UHPCs with a behaviour similar to that of conventional silica fume-based materials. Partial replacement of cement with low slag content (30%) reduces the need for superplasticizer (SP), promotes the hydration process and accelerates setting. With high SL1 content (50%), the SP content increases, resulting in a delay in the hydration reaction and setting. However, the workability of the UHPC containing 50% of SL2 was significantly improved. An acceleration effect was therefore observed. The SL2-based mixes (at 30% replacement level) show the highest autogenous shrinkage. Compressive strength measurements indicate that a 30% SL1 content slightly improves the compressive strength of the concrete at 28 days. Due to its relatively high reactivity, SL2 increases the compressive strength at 3 days at a low level. The compressive strength of the mix containing 50% of SL2 was close to that of the reference concrete after 28 days of hydration. The results also show that all the UHPCs tested have a splitting tensile strength greater than 6 MPa at 28 days. The microstructure characterization showed that all the mixes analysed have an ultra-dense microstructure with reduced porosity. The effect of slag was more pronounced at 30% and 50% of SL2 replacement and with the presence of SF particles. In this case, the porosity of these concretes was extremely reduced and the overall pore network became finer, reducing their transfer properties. In the long term, all mixes show superior durability as their matrices are almost impermeable to carbon dioxide and chloride.From an environmental point of view, the partial replacement of cement with GGBS reduces the environmental impact of UHPC. For 1 m3 of UHPC, the incorporation of 50% of superfine slag (SL2) reduces CO2 emissions by about 41%, making SL2-50SF more sustainable than the SF-based reference concrete. However, this high SL2 content increases the production cost by 15%, compared to the reference mix. |
|---|---|
| Diğer Bilgileri: | Thèse soutenue en co-tutelle Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Orléans ; 2018-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Farid Benboudjema (Président du jury) ; Thomas Wattez, Nizar Bel Hadj Ali (Membre(s) du jury) ; Atef Daoud, Stéphanie Bonnet (Rapporteur(s)) |
| Materyal Türü: | Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF |