Vers une évolution du protocole de qualification des bétons exposés au gel-dégel en présence des sels de déverglaçage : apports de la modélisation multi-échelles conjointe à une analyse de la variabilité climatique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Towards the evolution of the protocol for the qualification of concrete exposed to freeze-thaw in presence of de-icing salts : contributions of multiscale modelling in conjunction with an analysis of climate variability.

Vers une évolution du protocole de qualification des bétons exposés au gel-dégel en présence des sels de déverglaçage : apports de la modélisation multi-échelles conjointe à une analyse de la variabilité climatique

Résumé

Concrete structures located in cold regions suffer from the effects of winter frost action where, in addition, salts are regularly used to de-ice exposed surfaces. Under these conditions, concrete scaling can result from the freezing of the salt solution on the surface as well as internal degradation of the material, thus penalizing the service conditions of the structure. The degradation of the exposed concrete is mainly related to the thermal dilation of its various components as well as to the phase change of the water in the pore space during the freeze-thaw cycles. In order to ensure the longevity of the material and to protect the user, normative testing methods have been put in place. They consist of exposing the concrete to a series of freeze-thaw cycles ranging from +20 to -20 °C with cooling and thawing rates that vary from one test to another. In this work, this is highlighted from in situ temperature measurements (on instrumented test bodies), coupled with air mass temperature surveys and completed by a numerical modeling based on a multi-scale approach. This approach explicitly takes into account the pressure mechanisms induced by the action of the frost as well as the thermal expansions of the various phases, starting from the hydrates, up to the concrete scale. Moreover, a study of the air mass temperature evolution in several countries with severe climate confirms the lack of representativeness of the cycle imposed in the current methods with respect to the real meteorological conditions. A proposal for a new and more relevant thermal cycle is therefore put forward in this thesis. The first results show a decrease in the dispersion of the test results. Their confirmation should allow the evolution of the method for evaluating the performance of concrete exposed to freeze-thaw in the presence of de-icing salts.
Les ouvrages en béton situés dans des régions froides souffrent de l'effet de l'action du gel en hiver où de plus, les sels sont régulièrement utilisés pour dégivrer les surfaces exposées. Dans ces conditions, un écaillage superficiel du béton peut résulter du gel de la solution saline en surface ainsi qu’une dégradation interne, pénalisant les conditions de service de l’ouvrage. La dégradation du béton exposé est principalement liée aux dilatations thermiques de ses différents composants ainsi qu’au changement de phase de l’eau dans l’espace poreux au cours des cycles de gel-dégel. Afin d'assurer la longévité du matériau et de protéger l’usager, des méthodes d’essai normatives ont été mises en place. Elles consistent à exposer le béton à une série de cycles de gel-dégel allant de +20 à -20 °C suivant des taux de refroidissement et de réchauffement qui varient d’un essai à l’autre. Cependant, un manque de fiabilité de ces essais a été remarqué dans plusieurs études antérieures. En effet, la pertinence du cycle de gel-dégel appliqué dans les méthodes normatives de caractérisation de la résistance du béton à l’écaillage peut être raisonnablement remise en question. Dans ce travail, ceci est mis en évidence à partir des mesures de température in situ (sur corps d’épreuve instrumentés), doublées des relevés de température de la masse d’air et complétées par une modélisation numérique en se basant sur une approche multi-échelles. Cette approche prend en compte explicitement les mécanismes de pressions induites par l'action du gel ainsi que les dilatations thermiques des différentes phases, partant des hydrates, jusqu’à l’échelle du béton. Par ailleurs, une étude des évolutions de la température de la masse d’air de plusieurs pays à climat sévère confirme le manque de représentativité du cycle imposé dans les méthodes actuelles vis-à-vis des conditions météorologiques réelles. Une proposition d’un nouveau cycle thermique plus pertinent est donc avancée dans le cadre de cette thèse. Les premiers résultats montrent une diminution de la dispersion des résultats d’essai. Leur confirmation devrait permettre de faire évoluer la méthode d’évaluation des performances du béton exposé au gel-dégel, en présence des sels de déverglaçage.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04645350 , version 1 (11-07-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04645350 , version 1

Citer

Sara Al Haj Sleiman. Vers une évolution du protocole de qualification des bétons exposés au gel-dégel en présence des sels de déverglaçage : apports de la modélisation multi-échelles conjointe à une analyse de la variabilité climatique. Génie civil. École centrale de Nantes, 2022. Français. ⟨NNT : 2022ECDN0013⟩. ⟨tel-04645350⟩
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