Département des matériaux

Mécanismes du retrait de la pâte de ciment durcie

Ferraris, Chiara F. ; Wittmann, Folker Helfrid (Dir.)

Thèse Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 1986 ; no 621.

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    Résumé
    I. Introduction Le béton est universellement utilisé, mais on connaît souvent mal son comportement sous des conditions données. Il s'agit de plus d'un matériau composite : granulats, eau et ciment. Afin de mieux comprendre son comportement à des humidités relatives variables, nous avons étudié le phénomène du retrait sur la pâte de ciment durcie. Notre étude se partage en deux parties: • mesures du retrait sur des échantillons de pâte de ciment durcie • étude des mécanismes à la base du retrait par des mesures des forces d'interaction entre deux surfaces II. Retrait de pâte de ciment durcie Le retrait a été mesuré sur des échantillons de deux géométries: • cylindres de 5mm de diamètre et de 80mm de longueur • tuyaux de 1mm de paroi, de 20mm de diamètre et de l00mm de longueur Des mesures à différentes températures (-5°C, 5°C et 20°C ) ont permis de tirer des conclusions sur l'influence de la température sur le retrait. Au vu des résultats obtenus, nous avons partagé le phénomène en deux parties en fonction de l'humidité relative: • Région I  : humidité relative < 40% on applique l'équation de Bangham • Région II : humidité relative > 40% on a une relation linéaire Le coefficient λ de l'équation de Bangham semble varier avec la température mais des vérifications supplémentaires sont nécessaires pour pouvoir réellement l'affirmer. La pente de la courbe du premier retrait dans la région II augmente avec la température. De plus, on constate que 50% du retrait sont dus à la pression disjonctive. Celle-ci est à l'origine de la déformation observée dans la région II. Ces résultats et le modèle de Münich nous ont poussés à mesurer directement les forces d'interaction entre deux surfaces, celles-ci étant supposées être à la base du retrait. III. Forces d'interaction entre deux surfaces Deux surfaces en contact et en présence d'une humidité variable subissent des forces d'interaction à savoir: • Forces de van des Waals    • Répulsion double-couche    • Force structurelle    —  pression disjontive • Force capillaire La force capillaire peut être considérée comme non dépendante de l'humidité relative si on admet l'équation de Laplace. Les forces de Van der Waals et de répulsion double-couches peuvent être calculées. La force structurelle doit être déduite des mesures et des forces ci-dessus. Ceci nous a permis en mesurant ces forces entre deux surfaces de quartz (des lentilles optiques) de constater que la force structurelle est de l'ordre de grandeur de la force capillaire et semble de plus constante dès que l'humidité relative dépasse 15% environ. Ce résultat semble dire que les forces dépendant du type de matériau et des couches adsorbées à la surface sont les plus importantes. D'autre part, les courbes représentant la distance mesurée entre les surfaces en fonction de l'humidité relative présentent, à une humidité H, une déviation vers le haut (séparation des surfaces). La relation, entre le potentiel chimique, déduit de ladite humidité H, et la force extérieure appliquée, est linéaire. La pente de cette courbe doit dépendre du matériau. IV. Conclusion Ce travail a montré la possibilité de mesurer les forces d'interaction 1 entre deux surfaces en présence d'humidité relative variable. De plus, il semble possible de lier les forces d'interaction entre deux surfaces avec le retrait d'un échantillon de pâte de ciment durcie. On a bien les mécanismes de base du retrait. Il serait intéressant de lier ces deux mesures par un judicieux modèle de la structure de la pâte de ciment durcie (orientation des surfaces).