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Thèse Année : 2019

Mechanical behavior of low-pH concrete subjected to chemical solicitations

Etude du comportement des bétons bas-PH sous sollicitations chimiques

Résumé

The French national radioactive waste management agency is studying a deep underground repository as a solution for high and intermediate level long lived radioactive waste. The sealing system of the disposal is composed of a high-expansion bentonite confined between two massive concrete blocks. But, high pH solution, in contact with bentonite, is going to provoke a loss of its confinement properties. So, the use of low-pH cement is needed. At long term these low-pH concrete structures will be expose to leaching induced by a calcium poor water that can jeopardize the storage stability. The purpose of this work concerns the characterization of chemical behavior under chemical degradation and its influence on the physical and mechanical behavior of low-pH cement. From the chemical aspect, leaching leads to a progressive decalcification of C-S-H with degradation profiles, characterizable by the C/S ratio, which are linear in the degradation area. Kinetics degradation of low-pH paste are slower than kinetic degradation of ordinary binders (CEM I, CEM III, CEM V). Also, mineralogical structure of degraded area from an accelerated leaching test with ammonium nitrate solution are similar to those from a pure water leaching. This phenomenon allows to validate the use of this acceleration technique for physical and mechanical characterization of low-pH binders. Mechanical characterization of materials under chemical degradation are always complicated due to degradation fronts which do not allow homogeneous characterization of a degradation state at a macroscopic scale. Our study, with reverse analysis of physical and mechanical experiments at a macroscopic scale, propose evolution law of properties at a local scale according to the chemical state of the area investigated. Low pH binders show, for a same state of degradation, a smaller loss of mechanical properties than the one found on ordinary binders (for paste and concrete).
L'agence nationale de gestion des déchets radioactifs (Andra) développe un centre de stockage souterrain comme solution pour les déchets à haute et moyenne activité à vie longue. Le système de scellement des ouvrages de stockage sera composé par un bouchon d'argile gonflante confiné par deux massifs de bétons. Cependant, comme un fort pH de la solution interstitielle des bétons peut conduire à une perte des propriétés de confinement de l'argile, l'utilisation de liant bas-pH est requise. A long terme, ces bétons bas-pH peuvent être exposés à une dégradation chimique induite par l'eau souterraine pauvre en calcium, dégradation qui peut perturber la stabilité du stockage. L'objectif de cette étude a donc été de caractériser l'évolution chimique des liants bas-pH (dont la minéralogie est très différente des liants ordinaires) due à la dégradation chimique ainsi que son impact sur le comportement physique et mécanique. D'un point de vue chimique, il a été montré que la dégradation du matériau conduit à une dégradation progressive des C-S-H de la pâte de ciment hydratée avec des profils de dégradation, caractérisables par le rapport C/S de la zone, qui s'avèrent linéaire dans la zone en cours de dégradation. On constate aussi une dégradation moins rapide des pâtes de liants bas-pH par rapport aux autres liants classiquement utilisés (CEM I, CEM III, CEM V). Il a aussi été montré que la structure minéralogique de zones dégradées par un processus accéléré au nitrate d'ammonium était similaire à celui d'une dégradation à l'eau pure (à un temps équivalent) ce qui permet de valider l'utilisation de cette technique d'accélération pour la caractérisation physique et mécanique de liants bas-pH. La caractérisation mécanique de matériaux en cours de dégradation est toujours complexe du fait de la présence de fronts de dégradation qui ne permettent pas une caractérisation homogène d'un état de dégradation à l'échelle macroscopique. Cette étude a permis, par analyse inverse d'essais physiques et mécaniques réalisés à une échelle macroscopique, de proposer des lois d'évolution des propriétés à l'échelle locale en fonction de l'état chimique du matériau sur la zone concernée. On constate que les liants bas-pH, à l'avancement de dégradation équivalent, présentent une moindre perte de propriétés mécaniques que les liants ordinaires, et ce sur pâte et béton.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03468755 , version 1 (07-12-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03468755 , version 1

Citer

Thomas Bes. Etude du comportement des bétons bas-PH sous sollicitations chimiques. Matériaux. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2019. Français. ⟨NNT : 2019TOU30337⟩. ⟨tel-03468755⟩
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