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Microstructure, durabilité et formulation des matériaux cimentaires

L’étude de la microstructure est menée en ciblant le rôle joué par les additions minérales et les adjuvants ainsi que les propriétés d’interface des matériaux cimentaires avec le milieu ambiant. La durabilité est traitée sous l’aspect diagnostic des dégradations des structures en béton et pathologies des ouvrages. Des recherches sur la rhéologie des matériaux cimentaires et partiellement polymères sont également développées afin d’optimiser leur formulation. Pour ce thème de recherche, l’approche est essentiellement expérimentale. Elle est basée sur la caractérisation des propriétés des matériaux et l’utilisation de moyens d’analyse physico-chimiques.

Axe 01 : Empilements granulaires, rhéologie et optimisation des formulations

L’objectif de cet axe est d’étudier les empilements granulaires pour mieux comprendre les propriétés rhéologiques et porométriques des mélanges, de relier le comportement rhéologique des mélanges frais aux paramètres de formulation et d’étudier les paramètres de formulation pour optimiser les performances physiques et mécaniques. Le champ d’investigation couvre aussi bien les matériaux cimentaires que polymères.


- Empilements granulaires et rhéologie

Les caractéristiques des grains solides (fines, sable, gravillon), leur répartition dans l’espace et leurs interactions avec la phase fluide déterminent aussi bien la compacité que l’homogénéité globale et locale du mélange et, consécutivement, les propriétés rhéologiques, porométriques, et mécaniques. Des outils sont développés pour étudier l’écoulement des mélanges et les interactions entre les grains solides et la phase fluide. Les champs d’application sont : l’optimisation du squelette granulaire des bétons, le phénomène de ségrégation des bétons autoplaçants, la pompabilité des bétons.


- Optimisation des formulations

Le premier aspect concerne le rôle des additions fines et ultrafines à caractère pouzzolanique telles que le métakaolin, le spinor, les fillers siliceux, etc. Le second aspect concerne l’incorporation de laitier de haut fourneau à la formulation des bétons. L’introduction de laitier est intéressante, en premier lieu, sur le plan rhéologique car elle offre une meilleure ouvrabilité et une bonne stabilité, ce qui permet par la suite d’améliorer les propriétés mécaniques et la durabilité des bétons. En substitution du ciment le laitier contribue aussi à réduire le coût du béton et consécutivement à réduire la consommation en énergie et l’émission de CO2. Le troisième aspect concerne l’optimisation des formulations des micro-bétons de résine afin de réduire la quantité de liant tout en maintenant à un niveau satisfaisant les principales propriétés mécaniques et physiques du matériau.


Axe 02 : Microstructures et durabilité des bétons, contrôles non-destructif des ouvrages

L’objectif de cet axe est d’étudier la microstructure de la matrice cimentaire pour interpréter les propriétés physico-mécaniques et de durabilité des bétons face aux facteurs agressifs de l’environnement et, parallèlement, de valider des outils de contrôle non-destructif pour caractériser l’endommagement des ouvrages en béton armé.


- Contrôle non-destructif des ouvrages

Le retour d’expérience montre que plusieurs des outils de contrôle non destructif ne disposent pas toujours d’une fiabilité satisfaisante ou que leur domaine d’application peut être particulièrement restreint. Deux projets sont concernés. En premier, la mise au point des outils d’auscultation non-destructive portables pour l’évaluation des ouvrages en béton armé. Les outils mis en oeuvre combinent des méthodes acoustiques et de résonance magnétique nucléaire. En second, le diagnostic de la dégradation superficielle par des méthodes d’analyse d’images. Le travail consiste à concaténer les images acquises, à identifier les objets et à évaluer l’état de la liaison rail – traverses et des appareils de dilatation de la voie.


- Microstructure et durabilité

Les études des altérations macroscopiques passent par l’analyse de la microstructure du béton. L’un des aspects est lié à la résistance aux cycles gel – dégel des bétons autoplaçants. Ces bétons semblent être sensibles à ce type d’agression en raison, d’une part, de l’important volume de la matrice cimentaire et, d’autre part, de l’importante quantité d’additions minérales plus ou moins actives.

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