Optimization of properties (physical, mecanical and hydrical) of hemperete by controlling the formulation
Optimisation des propriétés (physiques, mécaniques et hydriques) de bétons de chanvre par la maîtrise de la formulation
Résumé
Buildings strongly affect environment through energy and raw consumption. In order to reduce these impacts, the use of biobased building materials, like hempconcrete appears as a relevant solution. Hemp based composites lead to specific hygrothermal behavior limiting energy needs of buildings and insuring a good felt comfort level. These non load bearing materials are used as filling material for various applications (Wall, Floor, Roof) and as insulating rendering. This phD Thesis supports the ANR project « BetonChanvre » and concerns the optimization of the formulation in link with manufacturing process of the industrial partners and the characterization ofthese materials. Several kinds of hemp shiv (with and without fibers, with water repellant treatment) and of binders (lime, calcium sulfate) are used. The proposed formulation derives from reference formulations given by industrial partners. The physical characteristics of the studied materials (apparent density, bulk density, total and open porosity) are measured. The hydric properties are quantified under steady-state through sorption isotherms (adsorption/desorption) and water vapor permeability. The sorption curves are measured following the discontinuous method at successive stages of increasing, and then decreasing, relative humidity. The water vapour permeability is measured with the cup method. Several sets of relative humidities are considered in order to study the variation of permeability versus humidity. The hydric diffusivity is calculated from the fitting of the sorption curve and of the water vapor permeability. Finally, the characterization of mechanical performances is given from the compression strength, from the strain modulus (apparent and elastic) and from the residualstrength for 15% of strain. The impact of ageing and carbonation on hydric and mechanical characteristics isestimated on specimens carbonated with CO2 incubator. The data treatment allows identifying several formulations rules for such kind of bio-based composite, in link with the expected hydric and mechanical performances. Results highlight that only the mix of shiv with mineral binder allows to reach the optimalperformances. Despite, the formulations for mechanical or hydric optimum don’t met.N°
Les bâtiments affectent fortement l’environnement à travers les consommations d’énergies et de ressources naturelles. Afin de limiter ces impacts, l’intégration de matériaux bio-sourcés dans la construction, tels que béton de chanvre, apparaît comme une solution pertinente. Les composites à base de chanvre présentent en outre un comportement hygrothermique spécifique conduisant à limiter les besoins énergétiques du bâtiment tout en assurant un bon niveau de confort ressenti. Ce type de matériau non porteur est utilisé en remplissage pourdifférentes applications (Mur, Dalle, Toit) et en enduit isolant. Cette thèse vient en appui du projet ANR « BetonChanvre » visant à optimiser la formulation de tels mélanges en liaison avec les process de fabrication des partenaires industriels et à caractériser les matériaux élaborés. Différents types de chanvre (fibré ou non, traité hydrofuge) et différents liants (chaux, sulfate de calcium) sont utilisés. Les formulations proposées dérivent de formulations de référence produites par les partenaires industriels. Les caractéristiques physiques des différents composites étudiés (masse volumique apparente, masse volumique réelle, porosités ouverte et totale) sont mesurées. Les propriétés hydriques sont quantifiées en régime permanent via la mesure des isothermes de sorption (adsorption/désorption) et de la perméabilité à la vapeur. Les isothermes de sorption sontmesurées selon la méthode discontinue par paliers successifs d’humidité relative croissante puis décroissante. La perméabilité à la vapeur est mesurée selon la méthode de la coupelle. Différents couples d’hygrométrie sont testés pour évaluer l’évolution de la perméabilité en fonction de la teneur en eau. La diffusivité hydrique est calculée à partir de la modélisation des isothermes de sorption et de la perméabilité à la vapeur. Enfinla caractérisation des performances mécaniques repose sur l’identification de la résistance à la compression, des modules de déformation (apparent et élastique) et de la contrainte résiduelle pour une déformation à 15%. L’impact du phénomène de vieillissement/carbonatation sur les caractéristiques hydriques et mécaniques est évalué sur des échantillons carbonatés en incubateur CO2. L’interprétation des résultats permet d’identifier différents principes de formulation en lien avec les performances hydriques et mécaniques finales ciblées pour le composite. Il en ressort que c’est l’association du liant avec le chanvre qui permet d’assurer des performances optimales. Toutefois, les optimum vis à vis des réponses hydrique et mécanique ne sont pas concordants.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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