Table des matières. Introduction Contexte Objectif Structure de la thèse 14. Partie 1 : Etude bibliograpique 15

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1 Table des matières Introduction Contexte Objectif Structure de la thèse 14 Partie 1 : Etude bibliograpique 15 Chapitre 1 : Le béton formulé à base de ciment au laitier de haut-fourneau Hydratation du ciment Le ciment Portland Minéralogie Hydratation Cinétique d hydratation Le ciment au laitier de haut-fourneau La minéralogie et la microstructure du laitier de haut-fourneau Hydratation Le ciment au laitier de haut-fourneau Le laitier activé par des activateurs alcalins et des sulfates Cinétique d hydratation Microstructure Les propriétés mécaniques du ciment au laitier de haut-fourneau La durabilité 30 Chapitre 2 : Les déformations différées Le retrait endogène La contraction de Le Châtelier ou le retrait chimique Le retrait d auto-dessiccation Le gonflement apparent Paramètres influençant le retrait endogène Les agrégats Influence du rapport E/C Influence de la nature du ciment Influence de la taille des échantillons Influence de la température Influence du superplastifiant Influence du laitier de haut-fourneau La dessiccation Le retrait de dessiccation 48

2 Les mécanismes Le retrait par dépression capillaire lié au départ de l eau des pores 48 capillaires Le retrait par variation de la pression de disjonction lié à l eau des 48 micropores dont l adsorption est limitée par l étroitesse des espaces disponibles Le retrait par variation de la tension ou énergie superficielle liée au départ 49 de l eau adsorbée Les paramètres influençant le retrait de dessiccation Effets locaux Effet structurel Lien entre le retrait endogène et le retrait de dessiccation Influence du laitier de haut-fourneau sur le retrait de dessiccation La dilatation thermique Description du phénomène Le coefficient de dilatation thermique Le fluage Le fluage en compression Définition Le fluage propre Les mécanismes directs Les mécanismes indirects Théories mixtes Le fluage de dessiccation La relaxation Les paramètres influençant le fluage en compression Le liant Les granulats Le niveau de contrainte Le rapport E/C L âge du matériau L humidité relative interne L effet d échelle La température Le fluage en traction Comparaison du fluage en traction et en compression Les mécanismes de fluage en traction Migration d eau et fissuration Migration d eau et écoulement visqueux Les paramètres influençant le fluage en traction Le liant, les ajouts minéraux et les fibres métalliques Le rapport E/C Le volume de pâte L âge de mise en charge Le niveau de contrainte 72

3 L humidité La température Impact sur le retrait Influence de la présence de laitier de haut-fourneau 75 Partie 2 : Les dispositifs expérimentaux 77 Chapitre 3 : La calorimétrie La chaleur d hydratation La température Les paramètres de formulation Le degré d hydratation Le calorimètre isotherme Descriptif Détermination de la chaleur d hydratation Les échanges sensibles et le maintien des conditions isothermes Essai sur un béton à base de CEM III/A 42, Mesures fluxmétriques sur ouvrage Synthèse Le calorimètre semi-adiabatique Descriptif Détermination des différents paramètres thermiques Le coefficient de déperdition thermique La capacité calorifique Les conditions expérimentales L expression générale de la chaleur d hydratation Les erreurs liées aux mesures et aux procédés de calcul Synthèse Le calorimètre adiabatique Recommandations du RILEM technical committee 119-TCE Descriptif Synthèse Calorimètre adiabatique développé au laboratoire de l ULB Descriptif Validation du système de régulation Validation du calorimètre 93

4 Chapitre 4 : Dispositif de mesure du retrait endogène Dispositifs avec moule rigide Dispositifs avec moule flexible Dispositif de mesure des déformations endogènes développé au laboratoire de 99 l ULB 3.1. Descriptif Répartition de la température au sein de l éprouvette Validation du dispositif 101 Chapitre 5 : Dispositifs permettant l étude du retrait restreint Les différents types de dispositifs de retrait restreint Le test à l anneau Le test à la plaque Le test longitudinal Le dispositif TSTM Principe Historique Les années Les années Début de XXI ième siècle Essais en condition restreinte avec des bétons formulés à base de ciment au 120 laitier de haut-fourneau 3. Dispositif de mesure de déformations en condition restreinte développé à l ULB Description du dispositif Validation du système de régulation thermique Essai expérimental sans régulation thermique Simulation de l évolution et de la répartition de la température Evolution de la température au sein de l éprouvette de la TSTM avec une 129 régulation thermique 3.3. Vérification de la reproductibilité de l essai 132 Partie 3 : Résultats expérimentaux 133 Chapitre 6 : Les compositions de béton Matériaux utilisés Les ciments Le laitier 136

5 Le clinker Les granulats L adjuvant Les compositions de béton Protocole expérimental Gâchage Propriété à l état frais 140 Chapitre 7 : Les propriétés mécaniques et l avancement de la réaction d hydratation Les propriétés mécaniques Procédure d essai Résultats expérimentaux L avancement de la réaction d hydratation des bétons Thermogravimétrie et analyse thermique différentielle Calorimétrie adiabatique La microscopie électronique à balayage A 2 jours A 3 jours A 7 jours A 28 jours Synthèse 159 Chapitre 8 : L énergie d activation apparente La maturométrie Valeurs d énergies d activation apparentes proposées dans la littérature pour les matériaux cimentaires contenant du laitier de haut-fourneau Détermination de Ea par la voie mécanique à l aide de la méthode de 164 superposition 3.1. La composition CEM I La composition CEM III/A La composition CEM III/B Synthèse Détermination de Ea par la voie calorimétrique La méthode de superposition La méthode des vitesses Résultats expérimentaux Essais calorimétriques à trois températures initiales différentes La composition CEM I 175

6 La composition CEM III/A La composition CEM III/B Détermination de Ea Méthode de superposition La composition CEM I La composition CEM III/A La composition CEM III/B Méthode des vitesses La composition CEM I La composition CEM III/A La composition CEM III/B Synthèse Synthèse 185 Chapitre 9 : Evolution de la prise Dispositifs expérimentaux Méthode de résistivité à quatre points de contact Méthode mécanique nommée méthode de Kelly et Bryant Méthode ultrasonique Résultats expérimentaux Suivi de la prise à 20 C La composition CEM I Mesure de la résistivité Mesure de la force d arrachement Mesure ultrasonique Comparaison des méthodes La composition CEM III/A Mesure de la résistivité Mesure de la force d arrachement Mesure ultrasonique Comparaison des méthodes La composition CEM III/B Mesure de la résistivité Mesure de la force d arrachement Mesure ultrasonique Comparaison des méthodes Comparaison des différentes compositions Mesure de la résistivité Mesure ultrasonique Synthèse Influence de la température sur l évolution de la prise La composition CEM I Température de cure de 5 C 204

7 Température de cure de 10 C Température de cure de 30 C Comparaison des différentes températures de cure pour la composition 207 CEM I La composition CEM III/A Température de cure de 5 C Température de cure de 10 C Température de cure de 30 C Comparaison des différentes températures de cure pour la composition 210 CEM III/A La composition CEM III/B Température de cure de 5 C Température de cure de 10 C Température de cure de 30 C Comparaison des différentes températures de cure pour la composition 213 CEM III/B Synthèse Détermination de Ea à partir de l évolution de la prise Synthèse 216 Chapitre 10 : Quantification de l avancement de la réaction d hydratation Définitions et méthodes de détermination de l évolution du degré d hydratation Méthode basée sur la détermination de l eau chimiquement liée Méthode basée sur la détermination du dégagement de chaleur Degré d hydratation ultime Détermination des paramètres caractérisant l évolution du degré d hydratation 222 lors d une hydratation complète du ciment Méthode proposée par Pane et al (2002 ; 2005) Méthode proposée par Schindler et al (2003 ; 2005) Résultats expérimentaux La composition CEM I Avancement de la réaction d hydratation Détermination des paramètres τ et a Comparaison des évolutions du degré d hydratation La composition CEM III/A Avancement de la réaction d hydratation Détermination des paramètres τ et a Comparaison des évolutions du degré d hydratation La composition CEM III/B Avancement de la réaction d hydratation Détermination des paramètres τ et a Comparaison des évolutions du degré d hydratation 230

8 2.4. Comparaison de l évolution du degré d hydratation Synthèse Degré d hydratation du laitier Application aux propriétés mécaniques Evolution des propriétés mécaniques Modélisation de l évolution des propriétés mécaniques Le modèle CEB Le modèle proposé par De Schutter Synthèse 239 Chapitre 11 : Les déformations endogènes en condition libre Choix du temps d initialisation de la déformation endogène Détermination du temps-zéro sur base de l évolution de la prise Détermination du temps-zéro sur base du taux de déformation Détermination du temps-zéro sur base du développement de contraintes au sein 243 d éprouvettes de la TSTM 1.4. Détermination du temps-zéro pour les trois compositions de béton étudiées La composition CEM I La composition CEM III/A La composition CEM III/B Synthèse Expansion de la matrice cimentaire au jeune âge Influence de la teneur en laitier La dépression capillaire Porosité Méthode Porosité des bétons Porosité capillaire Distribution poreuse L humidité relative interne Influence de la température de cure Mise en œuvre La composition CEM I La composition CEM III/B Synthèse Synthèse 276 Chapitre 12 : Le fluage propre 277

9 1. Fluage propre en compression Description de l essai Déformations endogènes et thermiques Fluage propre Effet de l ajout de laitier Influence de l âge de mise en charge Fluage propre en traction Description de l essai Fluage en traction Décomposition des déformations sous une charge en traction Effet de l ajout de laitier Comparaison de la fonction de fluage en compression et en traction Résistance à la traction Simulation du fluage propre en compression avec le modèle CEB Synthèse 291 Chapitre 13 : Le retrait restreint Conditions expérimentales Résultats expérimentaux La composition CEM I La composition CEM III/A La composition CEM III/B Influence de la teneur en laitier Synthèse 305 Conclusions 307 Références 313 Annexe 1 341