Dissertationen zum Thema „Fines de béton recyclé“

La consommation de béton devient de plus en plus importante en raison d'une urbanisation accrue nécessitant la réhabilitation et la construction de bâtiments et d'infrastructures. Néanmoins, la production de béton qui doit accompagner le développement urbain entraîne des problèmes environnementaux relatifs à la préservation des ressources naturelles qui ne sont pas inépuisables. Malgré des efforts de recyclage, la plupart des matériaux recyclés sont généralement utilisés pour les travaux routiers ou de remblai. En s'inscrivant dans le Projet National Recybéton (PN), ce travail de thèse a pour objectif d'apprécier la valorisation du recyclage des matériaux issus des bétons déconstruits en les intégrant dans de nouveaux bétons. Deux types de matériaux recyclés sont étudiés, les fines qui sont produites en quantités importantes lors de la phase de concassage du béton d'ouvrage démoli, et les granulats (sable et gravillon) qui sont pour la plus grande part issus des granulats naturels initiaux. Le présent travail a donc pour mission de quantifier des propriétés des matériaux cimentaires aux différents états lors de l'utilisation de : * granulats recyclés dans le squelette granulaire, * fines de sable broyé (SBC) et de fines de dépoussiérage (FBC) en tant qu'additions minérales. La première partie est dédiée à l'étude de l'influence de l'état hydrique des granulats recyclés (sable et gravillon) sur l'évolution de la rhéologie du béton dans le temps, et à l'étude de leur incidence sur la résistance à la compression à 28 jours. Les résultats obtenus dans la limite du contexte expérimental nous permettent de suggérer des recommandations sur l'état hydrique initial des recyclés et sur leur taux d'incorporation dans le mélange de béton. La deuxième partie présente l'évaluation de la faisabilité d'utiliser des sables de bétons concassés et des fines de bétons concassés (récupérées industriellement) comme addition minérale dans les matériaux cimentaires. A partir des résultats obtenus, il est possible d'apprécier dans quelle mesure ces fines sont compatibles avec les matrices cimentaires aux états frais, durcissant et durci. La troisième partie propose une piste pour limiter le problème de la Réaction Alcali-Granulat (RAG) dans le béton de granulats recyclés. La stratégie est basée sur deux volets. La première insiste à vérifier l'applicabilité du fascicule de documentation FD P18-464 lors de l'utilisation de granulats recyclés. Le deuxième examine l'intérêt de l'utilisation des additions minérales pour limiter, voire empêcher la RAG
The concrete consumption has been becoming more and more important due to the increase of urbanization requiring the rehabilitation and the construction of buildings and infrastructure. Nevertheless, the concrete production that accompanies the urban development leads to many environmental problems related to the preservation of natural resources which are not inexhaustible. Despite of recycling efforts, most of recycled materials are typically used for road works or embankment. By participating in the French National Project Recybéton, this thesis aims to assess the enhancement of recycling materials issued from deconstructed concretes by incorporating them in new concrete design. Two types of recycled materials will be studied, the powder produced in large quantities during the crushing phase of demolished concrete, and the aggregates (sand and gravel) whose the most part issued from the initial natural aggregates. Therefore, research study aims to quantify the properties of cementitious materials in various states by the use of: • recycled aggregates in the granular skeleton, grinded recycled concrete sand and powder of dust removal as supplementary cementing materials. The first part is dedicated to the study of the influence of moisture states of recycled aggregates (sand and gravel) on the concrete's rheology evolution in time and the study of their impact on 28 days compressive strength. The results obtained within the limit of experimental context will allow suggesting recommendations on the initial moisture state of recycled aggregates and their incorporation's rate in the concrete mix. The second part presents the evaluation of the feasibility of using grinded recycled concrete sand and crushed concrete powder (industrially recovered) as supplementary cementing materials. From the results, it will be possible to assess the extent that these fines are compatible with cement matrix in the fresh state, hardening state and hardened state. The third part proposes a way to limit the problem of Alkali-Aggregate Reaction (AAR) in recycled concrete. The strategy is based on two methods. The first insists to verify the applicability of the FD P18-464 documentation when using recycled aggregates. The second examines the interest in the use of mineral additives to limit or even prevent the AAR

Les granulats de béton recyclé (GBR) ne sont pas suffisamment utilisés dans le secteur de la construction, principalement en raison de leur grande capacité d’absorption d’eau. Ces matériaux sont en effet composés de granulats naturels concassés et de pâte de ciment durcie adhérente qui possède une forte porosité. La première partie de ce travail de recherche s’intéresse à la valorisation des GBR de dimensions inférieures à 4 mm (sables recyclés) dans une formulation de mortier. Les comportements à l’état frais et durci de mortiers fabriqués soit avec un sable recyclé soit avec un sable naturel modèle sont comparés. Le sable naturel modèle est conçu dans le but d’obtenir des caractéristiques physiques proches de celles du sable recyclé. Cette démarche permet de mettre en évidence l’influence de la substitution d’un sable naturel par un sable recyclé de caractéristiques voisines. La seconde partie de ce travail consiste à trouver une piste de valorisation pour les particules de GBR inférieures à 125 µm. L’objectif est ici d’utiliser la poudre issue du broyage de GBR comme addition minérale. Un travail de caractérisation de la poudre recyclée permet de mettre en évidence que la fine recyclée reste poreuse après broyage. Un modèle théorique et une méthodologie expérimentale permettant d’estimer cette porosité sont développés. Enfin, des mortiers fabriqués avec un filler calcaire et une fine recyclée sont comparés, les résultats montrent que la fine recyclée peut être utilisée comme addition minérale
Recycled concrete aggregates (RCA) are not enough used in the construction sector, mainly because of their high water absorption capacity. These fine particles are composed of crushed natural aggregate and adherent hardened cement paste. The first part of this work consists in valuing particles smaller than 4 mm of an RCA in a mortar composition. Thus, the fresh and hardened behavior of mortar performed with recycled fine aggregate and model natural aggregate have been compared. The natural model fine aggregate has been performed to have an equivalent physical characteristics with the recycled one. This approach helped to understand the hardened behavior of the mortar made with recycled fine aggregate. The second part of this work consists in finding a recovery track for particles smaller than 125 μm of RCA, the goal is to use them as mineral addition. A characterization work show that the recycled powder is porous, thus a theoretical model and an experimental methodology allowing to estimate this porosity are developed. Finally, a comparison between mortar made with a limestone powder, and a recycled powder are compared. The results show that the recycled powder can be used as mineral additive in mortar composition

Le béton, largement utilisé dans la construction, est essentiel à la société moderne. Cependant, lorsque les bâtiments arrivent en fin de vie, la démolition devient inévitable, contribuant ainsi à l'accumulation annuelle des débris de béton. Cette situation pose un défi majeur en matière de gestion des déchets de construction. Face à cette réalité, le recyclage du béton émerge comme une nécessité. Cette approche permet non seulement de réduire la quantité de déchets envoyés en décharge, mais aussi de préserver les ressources naturelles, favorisant une construction plus durable. Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche centré sur le recyclage du béton dans une perspective d'économie circulaire. Elle propose une étude approfondie de la régénération des propriétés hydrauliques des matériaux cimentaires, avec pour objectif de comprendre les mécanismes impliqués à cette régénération. Cette analyse se déroule en trois étapes distinctes. Tout d'abord, nous avons examiné une phase pure de C3S, suivi par une phase intermédiaire utilisant du ciment Portland, pour finalement conclure avec une étude sur les bétons recyclés issus de retours et de déconstructions.Nous proposons un processus basé sur le traitement thermique des poudres issues du concassage des matériaux cimentaires, effectué à des températures basses allant de 400 °C à 800 °C. Des techniques de caractérisation comme l’ATG, l’IRTF, le RMN 29Si et la DRX avec la méthode Rietveld (TOPAS V6), ont été utilisées pour comprendre les mécanismes de régénération de l'hydraulicité.Les traitements thermiques appliqués aux différentes phases à partir de 600 °C ont révélé la formation de bélite. Plus précisément, le polymorphe β-C2S s'est formé dans le cas de la phase pure, tandis que les polymorphes α'-C2S et β-C2S se sont formés dans le cas de la pâte de ciment Portland. Les traitements thermiques appliqués sur les bétons de retour et de déconstruction ont révélé des mécanismes similaires, avec la formation de bélite observée à partir de 700 °C. Ces découvertes ont été confirmées par la diffraction des rayons X (DRX) et la spectroscopie RMN 29Si, cette dernière ayant également montré que les C-S-H sont complètement décomposés à cette température, conduisant à la formation de bélite.Les phases régénérées montrent une réactivité élevée, probablement en raison de la forte réactivité de la chaux produite pendant les traitements thermiques. Par conséquent, presque toute la bélite formée a été consommée après 28 jours d'hydratation. Les liants obtenus à des températures comprises entre 600 et 800 °C ont conduit à la reformation d'hydrates tels que les C-S-H, la Portlandite et l’Ettringite.Les mortiers fabriqués avec 100 % de liants issus des traitements thermiques appliqués aux pâtes de ciment ont dépassé 16 MPa en compression après 90 jours et peuvent atteindre plus de 30 MPa lorsqu’ils sont remplacés à 40 % par du CEM I, malgré leur forte demande en eau. En revanche, les mortiers composés de 100 % de liants issus de béton ne dépassent pas 4 MPa en compression après 90 jours, mais peuvent atteindre plus de 20 MPa en compression et 5 MPa en flexion lorsqu’ils sont remplacés à 40 % par du CEM I
Concrete, widely used in construction, is essential to modern society. However, as buildings reach the end of their life cycle, demolition becomes inevitable, contributing to the annual accumulation of concrete debris. This situation presents a major challenge in construction waste management. Faced with this reality, concrete recycling emerges as a necessity. This approach not only reduces the amount of waste sent to landfills but also preserves natural resources, promoting sustainable construction.This thesis is part of a research project focused on concrete recycling from a circular economy perspective. It offers an in-depth study of the regeneration of hydraulic properties of cementitious materials, aiming to understand the underlying mechanisms of this regeneration. This analysis is performed in three distinct stages. Initially, we examined a pure phase of C3S, followed by an intermediate phase using Portland cement, concluding with a study on recycled concretes from returns and demolitions.We propose a process based on the thermal treatment of powders derived from crushing cementitious materials, conducted at low temperatures ranging from 400°C to 800°C. To understand the mechanisms of hydraulicity regeneration, characterization techniques such as TGA, FTIR, 29Si-NMR, and XRD with the Rietveld method (TOPAS V6) were employed.Thermal treatments applied to various phases from 600°C revealed the formation of belite. Specifically, the β-C2S polymorph formed in the case of the pure phase, while the α'-C2S and β-C2S polymorphs formed in the case of Portland cement paste. Thermal treatments applied to returns and demolition concretes revealed similar mechanisms, with belite formation observed from 700°C onwards. These findings were confirmed by X-ray diffraction (XRD) and 29Si-NMR spectroscopy, the latter also showing complete decomposition of C-S-H at 600°C, leading to belite formation. The regenerated phases exhibit high reactivity, likely due to the strong reactivity of lime produced during thermal treatments. Consequently, almost all formed belite was consumed after 28 days of hydration. Binders obtained at temperatures between 600 and 800°C led to the reformation of hydrates such as C-S-H, Portlandite, and Ettringite.Mortars made with 100% binders from thermal treatments applied to cement pastes exceeded 16 MPa in compression after 90 days and could reach over 30 MPa when replaced by 40% CEM I, despite their high water demand. Conversely, mortars composed of 100% binders from concrete do not exceed 4 MPa in compression after 90 days but can reach over 20 MPa in compression and 5 MPa in flexion when replaced by 40% CEM I

L’utilisation des bétons secs représente de grands volumes de production au Québec. Pour des raisons techniques, économiques et environnementales, l’utilisation d’ajouts cimentaires dans ce type de béton est pratique courante. Le coût et la disponibilité de ces matériaux peuvent toutefois être un obstacle à leur utilisation. Ce projet vise donc à étudier la possibilité d’utiliser des matériaux alternatifs en remplacement partiel du ciment dans les bétons compactés au rouleau et les bétons moulés à sec. Les matériaux à l’étude sont : la poudre de verre, des poussières de pierre calcaire et des poussières de béton concassé. Les bétons compactés au rouleau fabriqués en laboratoire sont représentatifs des mélanges typiques utilisés pour la fabrication de pavages. En fonction de leur maniabilité, ces bétons se divisent en deux catégories distinctes : les bétons compactés au rouleau (BCR) et les bétons compactés à la paveuse (BCP). Les essais réalisés sur ces bétons permettent d’évaluer l’influence de la poudre de verre et des poussières de concassage sur la maniabilité du béton frais, la résistance à la compression, la résistance à la flexion et la pénétration des ions chlore. Les bétons moulés à sec fabriqués en laboratoire sont représentatifs des mélanges utilisés par l’industrie pour la fabrication de pavés. Les essais réalisés sur ces bétons permettent d’évaluer l’influence de la poudre de verre et des poussières de concassage sur la maniabilité du béton frais, l’absorption, la masse volumique, la résistance à la compression et la résistance à la traction. Des blocs de maçonnerie et des pavés ont été fabriqués en usine pour évaluer le potentiel d’utilisation de la poudre de verre en remplacement cimentaire. La masse volumique, l’absorption et la résistance à la compression ont été mesurées en laboratoire sur ces éléments. La résistance à l’écaillage a été mesurée sur les pavés.

Les granulats de béton recyclé (GBR) contiennent, de par leur origine, de la pâte de ciment résiduelle qui leur confère une forte porosité et des performances modérées. La porosité conduit à une absorption d’eau forte. C’est une difficulté importante sur le plan industriel car elle complique l’ajustement de l’eau dans les bétons qui permet de maitriser leur ouvrabilité en production. Le processus de fabrication des GBR conduit à avoir plus de pâte dans les particules les plus fines et donc plus d’absorption. En conséquence, si aujourd’hui l’industrie recycle relativement bien les gravillons de GBR dans les bétons, elle utilise peu les sables de GBR, du fait de leur plus grande porosité. Or, lors de la fabrication des GBR, on obtient environ 50 % de sables et 50 % de gravillons. En conséquence, la porosité des sables de GBR est un frein à l’économie circulaire du béton. Un certain nombre de techniques ont été proposées pour éliminer ou améliorer la pâte de ciment résiduelle mais elles posent des problèmes de coût. La carbonatation naturelle des GBR par le CO2 atmosphérique contribue à diminuer leur absorptiond’eau en obstruant leur porosité, mais c’est une réaction qui dure plusieurs mois. Des recherches sont en cours pour faire de la carbonatation accélérée (en concentrant le CO2 par exemple) à l’échelle industrielle.Le présent travail explore une idée alternative quiconsiste à former en quelques jours, à l’aide debactéries biocalcifiantes, une gangue de CaCO3 autourdes GBR et surtout de la partie sableuse, afin de limiterl’accès de l’eau à leur porosité.Dans un premier temps,des bactéries candidates non pathogènes ont étéidentifiées, sélectionnées, adaptées au milieu alcalin desGBR, puis nous avons vérifié leur aptitude à produire duCaCO3. Dans un second temps, nous avons déterminéles conditions qui favorisent une croissance des bactéries et une production de CaCO3 homogènes sur la surface de milieux gélosés modèles. L’homogénéité est en effet une condition sine qua non pour obtenir une bonne étanchéité à l’eau. Nous avons ainsi confirmé l’intérêt de sélectionner des bactéries capables de produire du biofilm. Enfin, les procédés développés ont été appliqués à des disques de mortier modèles facilitant les observations visuelles. Les résultats préliminaires confirment qu’il est possible de faire baisser l’absorption de ces mortiers de façon notable à l’échéance d’un mois. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour confirmer ces résultats encourageants sur sable de GBR
Recycled concrete aggregates (RCA) contain, due to their origin, residual cement paste which gives them high porosity and moderate performance. The porosity leads to a strong water absorption. This is a major difficulty on the industrial level because it complicates the adjustment of water in concrete batches, which allows to control their workability in production. The RCA manufacturing process results in having more paste in the finer particles and therefore more absorption. As a result, while the industry today recycles coarse RCA into concrete relatively well, it uses small amounts of RCA sand because of their greater porosity. Yet, during the manufacture of RCA, about 50% sand and 50% coarse aggregates are obtained. Consequently, the porosity of RCA sand hinders the circular economy of concrete. A number of techniques have been proposed for removing or improving the residual cement paste, but they are expensive. The natural carbonation of RCA by atmospheric CO2 helps with decreasing their water absorption by obstructing their porosity, but this is a several month reaction. Research is ongoing to make accelerated carbonation (by concentrating CO2, for example) on an industrial scale. The present work explores an alternative idea, which consists in forming in a few days, using biocalcifying bacteria, a matrix of CaCO3 around the RCA and especially the sand part, in order to limit the access of water to their porosity. First, candidate non-pathogenic bacteria were identified, selected, adapted to the alkaline medium of RCA, then we checked their ability to produce CaCO3. In a second step, we detemined the conditions, which favor uniform bacterial colonization and production of CaCO3 on the surface of model agar media. Homogeneity is indeed mandatory to obtain good water tightness. We thus confirmed the value of selecting bacteria capable of producing biofilm. Finally, the methods developed were applied to model mortar disks facilitating visual observations. Preliminary results confirm that it is possible to significantly lower the absorption of these mortars within one month. Further work is needed to confirm these encouraging results on sand part of RCA

Au Québec, des milliers de tonnes de résidus de béton sont issus de la démolition des infrastructures et des milliers de tonnes de verre sont récupérés annuellement. Seulement près de la moitié de ces résidus sont réutilisés. La pression pour trouver des applications potentielles permettant une réutilisation optimale de ces résidus de démolition est grandissante. Dans un contexte de développement durable, la ville de Montréal a comme défi de réutiliser tous les matériaux de démolition qu’elle génère et tout le verre qu’elle récupère. Ce projet de recherche, financé par la ville de Montréal, s’inscrit donc dans une perspective de valorisation des matériaux recyclés et de développement de matériaux innovants et durables. L’objectif de cette étude de recherche est d’étudier et d’évaluer les divers potentiels d’application des granulats de béton recyclé et des granulats de verre recyclé dans les bétons compactés au rouleau. Le programme d’essais réalisé dans le cadre de cette étude comporte quatre phases. Dans un premier temps, des essais réalisés sur les matériaux recyclés ont permis de mieux les caractériser afin de formuler des mélanges de BCR optimaux. Par la suite, les propriétés à l’état frais et les propriétés mécaniques des BCR ont été réalisées en laboratoire. L’analyse de ces propriétés a permis de déterminer un taux de remplacement optimal. Ce taux de remplacement a été utilisé afin d’évaluer l’impact sur la durabilité des mélanges. Finalement, des analyses sommaires ont été réalisées afin de démontrer l’impact économique et environnemental d’un remplacement granulaire par des MR-2 dans les BCR. Les travaux de recherches ont montré qu’un remplacement granulaire par des matériaux recyclés affecte les propriétés à l’état frais, les propriétés mécaniques et la durabilité des BCR. Il a été montré qu’un taux de remplacement de ± 40 % dans le cas des granulats de béton recyclé et de ± 25 % dans le cas des granulats de verre recyclés permet d’obtenir un BCR présentant des propriétés satisfaisantes. Finalement, des analyses sommaires démontrent que l’utilisation de matériaux recyclés dans les BCR est profitable tant en matière économique et qu’en matière environnementale.

La valorisation de déchets de démolition en tant que granulats à béton présente un double objectif de préservation des ressources naturelles et de désengorgement des sites de stockage. Les granulats recyclés de béton présentent la particularité de contenir du mortier résiduel qui influence certaines de leurs propriétés et, par voie de conséquence, celles des bétons dans lesquels ils sont utilisés. Cette thèse a pour but de développer l’utilisation de bétons de granulats recyclés en remplacement total des matériaux naturels. Elle a été réalisée en partenariat industriel avec l’entreprise CHRYSO.Une étude approfondie des propriétés des granulats recyclés de béton sur plusieurs lots (plateforme industrielle et laboratoire) a conduit à l’identification puis à l’analyse des spécificités de ces matériaux comparés aux matériaux naturels. La validité des protocoles expérimentaux a été testée, et de nouveaux protocoles ont été proposés axés sur ces spécificités. Les granulats recyclés présentent une absorption plus élevée, une résistance à l’abrasion plus faible, une distribution granulaire plus étalée et une circularité moindre que les granulats naturels. La granulométrie, la proportion d’éléments fins et l’absorption d’eau des sables recyclés sont des caractéristiques dépendantes d’une part, du prélèvement des granulats recyclés et d’autre part, de la robustesse des protocoles expérimentaux. Une réactivité des éléments fins a été démontrée pour les lots issus de laboratoire, mais son influence sur les propriétés des bétons peut être considérée de second ordre lorsque les éléments fins sont constitutifs du sable. Enfin, l’absorption et la morphologie des granulats recyclés sont dépendantes de la classe granulaire étudiée. Des corrélations entre les propriétés morphologiques/géométriques et l’absorption ont été démontrées. A l’issue de l’analyse de ces propriétés, des corrections ou adaptations aux modèles prévisionnels de performances ont été proposées. La faisabilité de réalisation de bétons de granulats recyclés de béton avec remplacement total des matériaux naturels (BGRB à 100%) a ensuite été démontrée. Pour de tels matériaux, la conservation des éléments fins inférieurs à 63μm est conseillée car nécessaire à l’obtention d’un squelette granulaire correct.Afin de compenser la perte d’ouvrabilité et de résistance mécanique observée avec l’utilisation des granulats recyclés de bétons, une recherche d’adjuvant a été menée et a conduit au choix de superplastifiants de la famille des polycarboxylates. Les interprétations proposées permettent de mieux comprendre la formulation des bétons de granulats recyclés de béton et des mortiers de bétons équivalents (MBE). Ainsi, la complexité des cinétiques d’absorption et de désorption d’eau conduit à une discussion autour de la notion d’eau efficace ; la différence de morphologie des granulats recyclés implique une correction du squelette granulaire ; enfin la fragilité des granulats recyclés à l’abrasion pose la question de sa prise en compte dans la détermination du squelette granulaire optimal.Enfin, une analyse comparative des impacts environnementaux des bétons de granulats recyclés de bétons ouvre des perspectives intéressantes
Promoting the use of demolition waste as recycled aggregates presents a double objective: first to preserve natural resources and secondly to relieve storage site. In regards to natural aggregates, recycled aggregates contain mortar that influences theirs properties and those of concrete in which they are used. The objective of this thesis is to develop the use of 100 % recycled aggregates in concrete. This study was realised in patnership with the company CHYRSO. Properties of recycled concrete aggregates collected from several sources were studied to identify and analyse their specificities ; results were compared to natural ones. Normalised methods were modified in order to be applied on recycled aggregates and new methods were also proposed. Recycled aggregates present higher water absorption, lower mechanical strength, spreader granular distribution and a less circular shape compared to natural aggregates. The granulometry of recycled sand, fines content and the water absorption are properties that depend on the sampling and the robustness of protocols used. A reactivity of fines obtained from materials made at the laboratory have been established, meanwhile their influence on concrete properties is considered as minor. Finally, the absorption and morphology of recycled aggregate depend on the granular fraction. Correlation between morphological and mechanical properties with water absorption have been demonstrated. After analysing these properties, correction were proposed on mechanical performance forecasting models. It was also shown that the use of fines in recycled aggregate concretes provides better mechanical properties. For such materials, keeping aggregates less than 63μm is advisable because it provides correct granular skeletton. In order to balance the loss of workability and mechanical strength observed with the use of recycled aggregates, studies were carried with several superplasticisers. Polycarboxylates were identified as appropriate superplasticisers. Interpretations facilitate understanding of concrete formulation and concrete equivalent mortar formulation made with recycled aggregates. Thus, the complexity of absorption and desorption kinectics lead to a discusion around effective water definition. The difference between the morphology of recycled aggregates and natural ones involved a correction of the granular skeletton; finally, their weakness during mechanical test modifies the granular skeletton and need to be taken into consideration.Finally, studies on environmental impacts of recycled aggregates concrete were done and compared with those of natural aggregates concrete. This study starts interesting perspectives

De très grandes quantités de déchets de construction et de démolition sont produites chaque année, en même temps, de grandes quantités de granulats naturels sont nécessaires pour la construction. Jusqu'à présent, seule une petite fraction de ces déchets est réutilisée comme granulats pour la fabrication du béton. Les Granulats Recyclés (GR) sont principalement composés d’un mélange intime de granulats naturels et de pâte de ciment durcie (PCD). La pâte de ciment durcie possède généralement une porosité nettement plus élevée que celle des granulats naturels, la teneur et les propriétés physico-chimiques de la pâte de ciment présente dans les GR a ainsi une forte influence sur leurs propriétés. Les sables recyclés qui contiennent essentiellement du mortier et de la pâte, possèdent généralement un coefficient d’absorption d’eau très élevé, ce qui freine considérablement leur valorisation dans le béton. L'objectif principal de cette étude est de mieux comprendre le rôle joué par la PCD sur les propriétés des GR afin d'améliorer les méthodes de caractérisation de ces matériaux et de les réutiliser dans la fabrication de mortiers ou de bétons. Tout d'abord, une méthode expérimentale basée sur la dissolution de la PCD dans l'acide salicylique est développée et permet de mesurer la teneur en PCD des GR. Les propriétés des GR sont ensuite étudiées en fonction de la teneur en PCD, de la taille des particules et de la composition du béton d'origine. De la relation obtenue entre l'absorption d'eau et la teneur en pâte de ciment, le coefficient d'absorption d'eau de la fraction fine (0/0.63mm) peut être estimé. Différents GR industriels sont ensuite caractérisés afin d’étendre les conclusions précédentes à des GR produits dans des conditions plus réalistes. Par ailleurs, l'influence de la carbonatation sur les propriétés des GR est également étudiée. Enfin, l'influence de l'état saturation des GR sur les propriétés des mortiers frais et durci et sur leur microstructure est explorée. Les mortiers recyclés avec GR sec ont une meilleure résistance à la compression que ceux avec GR saturés. Ces résultats sont confirmés par l'étude des propriétés de l’ITZ. Les propriétés mécaniques de mortiers fabriqués avec des teneurs variables en GR ou avec des fractions de substitution différentes sont étudiées. La fraction fine des GR a une influence plus néfaste sur les propriétés des bétons recyclés que la fraction grossière
Very large quantities of construction and demolition wastes and especially concrete wastes are produced yearly. At the same time, high amounts of natural aggregates are needed for construction industry. Up to now, only a small fraction of these concrete wastes is re-used as recycled concrete aggregates (RCA) for the manufacture of concrete. RCA are composed of an intimate mix between aggregates and hardened cement paste (HCP). Hardened cement paste is much more porous than the natural aggregates and the properties and proportions of HCP largely influence the properties of RCA. As a consequence, the fine fraction of RCA (FRCA), essentially composed of mortar and cement paste, possesses a large water demand which makes it harder to recycle into concrete.The objective of this research is to better understand the role played by HCP on the properties of RCA in relation with the improvement of the characterization methods of these materials and their reuse in the manufacture of mortar or concrete. Firstly, an experimental method based on salicylic acid dissolution allowing to determine HCP content of FRCA is developed. FRCA properties are then studied as a function of hardened cement paste content, particle sizes and properties/composition of the original concrete. From the obtained relationship between water absorption and cement paste content, the water absorption coefficient of the smaller fraction (0/0.63mm) can be estimated whereas it is difficult to measure. Secondly, different industrial RCA are characterized which allows us to expand the preceding conclusions to “real RCA”, meanwhile, the influence of carbonation on the properties of FRCA is also carried out. Finally, the influence of the saturation state of FRCA on the properties of fresh and hardened mortars and on their microstructure is explored. The recycled mortars with dry FRCA have better compressive strength than that with saturated FRCA, which is confirmed by the study of ITZ properties. The mechanical properties of mortars with different RCA content and replacement fraction are determined. The finer fraction of RCA has a worse influence on the mechanical properties of RAC than the coarser fraction

L'introduction de granulats de béton recyclé (i.e. granulats produits à partir des gravats issus de la démolition d'ouvrages en béton obsolètes) dans les formulations de béton impacte de manière significative le comportement structurel des éléments en béton armé. Ce travail est consacré à l'étude de l'influence des granulats de béton recyclé sur l'adhérence armature-béton. Dans un premier temps, un modèle analytique de l'adhérence armature-béton est développé. L'originalité du modèle proposé réside dans le nombre limité de paramètres physiques sur lesquels il est fondé. Ces paramètres physiques sont ensuite déterminés expérimentalement via la réalisation d'une campagne d'essais d'arrachement. Trois types de bétons, dont deux bétons de granulats de béton recyclé, sont étudiés. Le suivi de l'arrachement de l'armature est complété par des mesures acoustiques permettant d'obtenir des informations provenant du coeur de l'échantillon, où l'armature se trouve
The use of recycled concrete aggregate (i.e. aggregate produced from concrete demolition rubble) has a significant impact on the mechanical behavior of reinforced concrete members. This work focuses on the influence of recycled concrete aggregate on rebar-concrete bond. First, an analytical madel of the rebar-concrete bond is developed. The original feature of this modellies in the limited number of non-free physically-based parameters on which it is based. These parameters are then experimentally determined through a pull out test campaign. Three types of concrete, including two recycled aggregate concretes, are studied. Pull-out test monitoring is completed by acoustic measurements in order to obtain data from inside the concrete bulk, where the reinforcing bar is located

Gérer le devenir des déchets du bâtiment est un défi récent auquel sont confrontés les ingénieurs car seuls les déchets ultimes seront mis en décharge. Valoriser les bétons de démolition sans traitement préalable, et sans risques majeurs de pollution, pour en faire de nouveaux, est pour partie l'objectif de cette thèse. Les éléments essentiels liés aux caractéristiques des bétons et bétons recyclés sont récapitulés. Au-delà de la réutilisation -élaboration, composition, fabrication- l'étude du comportement de bétons recyclés sous sollicitation mécanique et de sa modélisation apparaît nécessaire en tant qu'élément de structure bâtie. En deuxième partie de la bibliographie, le comportement mécanique des bétons est étudiés. Différents modèles d'endommagement mécanique des bétons sont analysés ainsi que la fonction d'endommagement, le critère des contraintes, et le mode de dégradation des bétons. Le choix de la méthodologie expérimentale et des moyens mis en oeuvre font l'objet de la seconde partie. Puis la partie suivante s'intéresse aux dépouillements et à l'interprétation de nombreux essais. L'analyse a permis d'étudier le comportement de mortiers, l'affaissement et les performances d'un béton recyclé,. . . Une analyse plus fine est proposée sur les formules de Féret, de Bolomey, de Powers et britannique [etc]

Ce travail de thèse combine des approches expérimentales et théoriques visant à caractériser les propriétés mécaniques et de durabilité des bétons à base de granulats recyclés. La première partie est consacrée à la quantification de l'effet des granulats recyclés sur les propriétés mécaniques et de durabilité de ces bétons. Les résultats montrent que les propriétés mécaniques et de durabilité des bétons à base de granulats recyclés sont sensibles non seulement aux propriétés physiques des granulats recyclés mais aussi à leur quantité au sein de la microstructure. Par ailleurs, une caractérisation des propriétés mécaniques locales grâce aux essais de nano indentation et micro indentation a aussi été entreprise; ce qui a permis d'avoir accès aux propriétés mécaniques des phases telles que les zones d'interface ou encore l'ancien mortier. La deuxième partie est une approche consacrée à l'établissement des modèles multi-échelles en mesure de rendre compte des propriétés macroscopiques (mécanique et de diffusion) des bétons à base de granulats de démolition en tirant profit des informations recueillies sur la microstructure (observation au microscope, nano et micro indentation,...). Une prise en compte du caractère complexe des granulats recyclés a aussi été abordée dans ce développement théorique. Enfin, une comparaison des résultats des modèles avec ceux expérimentaux est présentée puis discutée dans ce travail
This thesis combines experimental and theoretical approaches to characterize the mechanical and durability properties of recycled aggregate concretes (RAC). The first part of the work is devoted to the quantification of the impact of recycled concrete aggregates on the mechanical and durability properties of RAC. The results show that mechanical and durability properties of recycled aggregate concretes depend not only on the physical properties of recycled concrete aggregates but also on their quantity in the microstructure. Furthermore, statistical indentation technique is used to capture the local mechanical properties of phases in the microstructure of RAC such as the interfacial transition zones and the attached mortar. The second part of this study deals with the multi-scale modeling of the mechanical and the durability properties of RAC. The main purpose of this theoretical work is to establish models capable to predict the macroscopic behaviour based on the available information on the microstructure (obtained by optical microscopy or through indentation technique). The established models take into account the complex structure of the recycled concrete aggregates. Finally, the results of the models are compared with experimental data for discussion

Les programmes de démolition sont en très forte croissance, notamment dans le cadre des grands projets de ville. La déconstruction engendre des millions de tonnes de déchets souvent de nature minérale (béton). Actuellement seule une partie du béton issu de la déconstruction est recyclée, principalement pour des travaux routiers. La valorisation de l’intégralité de ces matériaux en tant que constituants pour la fabrication de bétons recyclés ouvre aujourd’hui de nouvelles perspectives environnementales, économiques et technologiques. Ces perspectives nécessitent de lever certains verrous scientifiques et technologiques. La réutilisation des granulats recyclés de démolition/déconstruction permet de limiter l’extraction des matières premières et donc de participer à la préservation des gisements naturels des granulats.L’incorporation des granulats recyclés affecte les propriétés du béton à l’état frais et à l’état durci. La principale raison est l’absorption d’eau qui est très élevée surtout pour la fraction sable. Il est donc difficile de contrôler le rapport E/C effectif puisqu’il existe la cinétique d’hydratation du ciment et la cinétique d’absorption du sable recyclé (SR). En addition, l’incorporation du SR génère une baisse de résistance mécanique et les propriétés de durabilité du mortier. Cette baisse est liée à la porosité du sable recyclé, aux propriétés de la nouvelle pâte de ciment et aux propriétés mécaniques de la zone d’interface (ITZ). La thèse proposée par le laboratoire FM2D / MaST (IFSTTAR) est intitulée ‘Effet du traitement du sable recyclé sur les propriétés d’un mortier’. Cette thèse porte sur l’étude du comportement du mortier à base de sable recyclé traité et non-traité. Dans le but de résoudre cette problématique, nous proposons 2 approches :-Identifier un degré de saturation optimal du SR pour obtenir un rapport E/C effectif constant.-Améliorer la microstructure du SR par des produits chimiques avant son incorporation dans le mortier. Un procédé de traitement du SR est développé au laboratoire. Les traitements chimiques proposés consistent à diminuer le coefficient d’absorption d’eau du SR en premier lieu. Les propriétés à l’état frais et à l’état durci (résistance en compression, propriétés de durabilité vis-à-vis la corrosion d’armature et retrait) des mortiers à base de SR traité ont été étudiées.Les résultats obtenus durant ce travail de recherche indique un succès du traitement chimique du sable recyclé. Le WAC du SR diminue après traitement et les propriétés du mortier à l’état frais et à l’état durci sont améliorées. Ainsi, les propriétés de durabilité du mortier à base de SR traité sont meilleurs que celles du mortier à base de SR non-traité et dans quelques cas meilleurs que le mortier ordinaire (à base de SN)
The sustainability of primary resources is subjected to continuous threat via the construction industry. In fact, the amount of construction and demolition waste (CDW) produced and dumped into landfills is increasing each year. This situation forced the concrete industry to generate effective solutions such as implementing CDW as recycled concrete aggregates (RCA) to produce new types of concrete. Furthermore, a recent life cycle assessment study proved that the concrete made of RCA presents the best environmental behavior. CDW is currently used in the road and sidewalks construction and maintenance, however it needs more time and further investigations before using it completely as RCA in new concrete for building construction field because of their poor porosity properties. The recycling of the totality of the RCA in order to be used as new materials to produce new recycled concrete opens nowadays new environmental, economic and technological perspectives. Many scientific obstacles need to be studied in order to solve these perspectives. The re-use of the CDW as RCA will allow the limitation of the extraction of the raw materials and preserving the natural aggregates fields. In this thesis, we will be studying the fraction 1-4 mm of the RCA called recycled sand (RS). The water absorption of the RS influences the fresh and the hardened properties of mortar. Therefore, it is hard to maintain a constant W/C ratio since there is two phenomena during the fabrication of mortar: the absorption kinetic of the RS and the hydration reaction of the cement. In addition, the use of the RS leads to a decrease in the compressive strength and the durability properties of mortar. This decrease is controlled by three parameters: the porosity of the RS, the properties of the new cement paste and the properties of the interfacial transition zone (ITZ).The thesis proposed by the laboratory FM2D / MaST (IFSTTAR) is entitled ‘Effect of the treatment of the recycled sand on the properties of mortar’. This research subject is a comparison study between the behavior of treated recycled sand mortar and non-treated recycled sand mortar. In order to solve the problem of the use of recycled sand new mortar, we suggest two approaches:-Determining an optimal saturation state of the recycled sand in order to obtain a constant effectif W/C ratio.-Enhancing the microstructure of the RS using chemical products before using it in formulating new mortar. The treatment process proposed in this research consists of testing different chemical products with different concentrations using different application methods and different application times. The aim behind the chemical treatments proposed is, firstly, to decrease the value of the water absorption coefficient of the RS. The fresh and the hardened properties (compressive strength, durability properties, shrinkage) of mortar made with the treated RS (100% volume substitution) will be studied and compared to the properties of mortar made of non-treated RS and finally with the normalized mortar.The results obtained during this research indicate a success of the chemical treatment. The WAC of the RS decreased and the fresh and hardened properties of the mortar as well as it durability properties were enhanced compared to the mortar made of non-treated RS

Les sables issus de la déconstruction du béton (GBR), ontune porosité importante du fait de la présence du mortier résiduel issu du béton primaire. Ceci est un frein à leur recyclage dans le béton, comme cela serait souhaitable dans le cadre d’une économie circulaire de la filière. La carbonatation naturelle par voie aérienne des GBR est connue pour améliorer leurs performances. Par contre elle est très lente et les contraintes de stockage associées ne sont pas acceptables industriellement. Par ailleurs, des bactéries calcifiantes sont utilisées depuis quelques années pour améliorer des sols ou des pierres de monuments. Dans ce contexte, l’objet de cette thèse consiste à développer un procédé de calcification accéléré par dépôt de bactéries à la surface des GBR. La thèse est divisée en 2 phases :- Sélection et adaptation à un pH de 12 de souches bactériennes alcalino-résistantes au cours desquelles leur croissance et leur rendement en CaCO3 ont été évaluées in vitro,en fonction du milieu environnant (pH, présence d’urée, concentration en calcium…) ;- Mise en contact suivant différents procédés avec du sable de béton recyclé (GBR) et des disques de mortier lisses L’efficacité du traitement était évaluée par la diminution de la porosité du matériau A l’issue de ce travail, une souche bactérienne ayant un rendement calcique satisfaisant au contact de GBR a été identifiée. Toutefois la diminution de porosité des GBR traités avec cette bactérie reste limitée. Les observations effectuées montrent que cela est lié à un dépôt hétérogène des produits calciques à la surface des GBR. Des pistes d’amélioration du procédé sont proposées en conclusion du travail
Sands produced from demolition wastes (RCA) have a significant porosity due to the residual mortar resulting from the primary concrete. This is a brake on their recycling in concrete, as would be desirable to develop the circular economy of the sector. The natural carbonation byair of RCA is known to improve their performance. On the other hand, it is very slow and the associated storage constraints are not industrially acceptable. In addition,calcifying bacteria have been used for years to improve soils or monumental stones. In this context, the object of this thesis is to develop a method of accelerated calcification by deposition of bacteria on the surface of RCA This thesis is divided in 2 phases:- Selection and adaptation to pH12 of alkalophilic bacteria with the study of their growth and theirCaCO3 production yield, in vitro, in different environments (pH, urea or not, calcium concentration…) - RCA and mortar disk treatment with different processes whose efficiency is evaluated by a diminution of the material porosity. At the end of this work, a bacterial strain with a satisfying calcific production in contact with RCA was identified. However, the porosity reduction of the treated RCA porosity remains limited. The observations made show that this is linked to a heterogeneous deposit of calciumproduct on the surface of RCA. To conclude this work,several areas to be explored are proposed to improve the process

L’amélioration des techniques de caractérisation des granulats de béton recyclé (GBR) et une meilleure compréhension des propriétés des bétons fabriqués avec ces derniers permettraient de promouvoir l’utilisation des GBR. Ce travail vise à étudier l’influence de l’état de saturation des sables recyclés (SR) sur le comportement à l’état frais et durcissant des mortiers.La première partie de ce travail consiste à étudier l’absorption d’eau d’un SR par différentes méthodes. Les résultats montrent que l’absorption d’eau du SR est plus importante que celle du sable naturel (SN). Cependant, la valeur d’absorption d’eau du SR dépend étroitement de la méthode employée et du mode de pré-saturation. La deuxième partie est dédiée à l’influence de l’état de saturation sur la maniabilité des mortiers. Les résultats montrent que l’état de saturation initial, le mode de pré-saturation et le temps de pré-saturation influencent significativement la maniabilité des mortiers. L’influence de l’état de saturation du SR sur le comportement à l’état durci est ensuite étudiée à partir de deux mortiers contenant du SR à l’état sec et sursaturé. La microstructure est examinée au microscope électronique à balayage (MEB) associée à l’analyse d’images et également par essai d’indentation sous MEB. La résistance des mortiers contenant du SR est moins importante que celle des mortiers contenant du SN. L’état de saturation initial du SR influence peu la résistance en compression, la méso-porosité totale de la nouvelle zone d’interface (ITZ) et la dureté de la matrice cimentaire. En revanche, l’état de saturation du SR influence significativement la distribution de la méso-porosité dans la nouvelle ITZ
Improved techniques of characterization of recycled concrete aggregate (RCA) and a better understanding of the properties of concrete based on RCA would promote their use. The aim of this work is to study the influence of the state of saturation of RCA, especially of recycled sand, on the fresh and hardened behavior of mortars. The first part of this work is dedicated to the study of water absorption of recycled sand (RS) by different methods. The results show that the water absorption of RS is greater than that of natural sand (NS). However, the water absorption value of the RS is closely related to the used method and the pre-saturation mode. The second part is dedicated to the influence of the saturation state of aggregates on the workability of mortars. The results show that the initial saturation state, the pre-saturation mode and the pre-saturation time significantly influence the workability of the mortars. The influence of the saturation state of recycled aggregates on the hardened behavior of mortar is then studied with two mortars based on recycled dry or over-saturated sand. The microstructure is explored by scanning electron microscopy (SEM) followed by image analysis and by indentation test under the SEM. The compressive strength of mortars containing RS is lower than that of mortars made with NS. Moreover, the initial saturation state of RS does not influence significantly the compressive strength of mortars, the mean porosity of the new interfacial transition zone (ITZ) and the micro-hardness of the cement matrix. However, the saturation state influences significantly the distribution of meso-porosity in the new ITZ

La réutilisation et la valorisation de débris de démolition sont un enjeu très important pour l’industrie de la construction, particulièrement au Canada où un grand nombre d’infrastructures arrivent à la fin de leur cycle de vie. Bien que les débris de démolition soient déjà utilisés dans la construction de sous fondations de routes, ceux-ci sont très peu utilisés dans la confection de nouveaux bétons. Ce projet de recherche vise à évaluer le potentiel d’utilisation d’un matériau recyclé à base de débris de démolition dans la confection de nouveaux bétons de résistance moyenne destinés à la construction résidentielle. Le matériau recyclé utilisé dans le cadre de cette étude est un matériau de classe MR-2, composé en majorité de résidus de béton concassé. Cette étude consiste en l’analyse des propriétés des granulats de béton recyclés ainsi que leur impact sur les propriétés des bétons dans lesquels ils sont utilisés en remplacement des granulats naturels. En plus des essais classiques tels que l’analyse granulométrique, la mesure de la masse volumique, de l’absorption et l’essai Los Angeles, la caractérisation des granulats recyclés à permis de mesurer la teneur en mortier résiduel ainsi que la vitesse d’absorption. Les résultats de cette phase ont permis d’adapter la méthode de préparation des bétons confectionnés lors de l’étude paramétrique sur béton. En effet, lors de la confection des bétons, une période de pré-saturation des granulats a été ajoutée au protocole de malaxage afin de minimiser l’impact de la grande porosité des granulats recyclés sur les propriétés à l’état frais du béton. Dans le cadre de l’étude paramétrique, des formulations de béton ayant des rapports eau/liant (E/L) de 0,55 et 0,65 ont été préparées à des taux de remplacement des granulats naturel par des granulats recyclés variables. La résistance à la compression, la résistance à la traction, la résistance à la flexion et le module d’élasticité ainsi que les propriétés de durabilité, notamment, la perméabilité aux ions chlores, le retrait de séchage, la résistance au gel-dégel et la perméabilité à l’eau ont été évaluées pour les mélanges de bétons confectionnés. Les travaux de cette phase ont permis de quantifier l’impact des différents taux de remplacement sur les propriétés des bétons. Bien que le remplacement du granulat naturel par un granulat recyclé ait généralement un impact négatif sur certaines propriétés du béton, il est possible de minimiser ou même d’éliminer celui-ci en optimisant le taux de remplacement. En effet, cette étude a démontré qu’un taux de remplacement de 20% ou même de 35% dans certains cas ne cause pas ou très peu d’impacts négatifs sur les propriétés du béton.

Ce travail se situe dans le cadre du projet ANR VBD ECOREB qui œuvre avec le projet national PN RECYBETON à la levée des verrous technologiques propres à l’utilisation des granulats recyclés en vue de la formulation des bétons de structure.Pour cette étude six bétons de granulats recyclés correspondant à deux classes de résistance C25/30 et C35/40 et à une classe de consistance S4 sont élaborés. Ces formulations, définies dans le cadre du PN RECYBETON, sont conçues à partir de deux formulations de référence en substituant partiellement ou complètement les granulats naturels par des matériaux issus du recyclage des bétons. Un programme expérimental a été réalisé pour déterminer les propriétés du béton à l’état frais et à l’état durci. Les résultats des essais mécaniques montrent que pour la même classe de résistance à la compression, l’incorporation des granulats recyclés dans le béton induit une diminution de la résistance à la traction et du module d'élasticité .aussi bien qu’une augmentation de la déformation au pic et de la déformation ultime. Sous compression cyclique du type charge-décharge, l’endommagement au pic de contrainte augmente lorsque le taux de substitution est important alors que la vitesse d’endommagement devient plus faible. La campagne d’essais du fluage menée sur des poutres chargées en flexion trois points indique que la cinétique du fluage est influencée par la présence des granulats recyclés et elle est d’autant plus accélérée que le taux de remplacement est important.Les résultats expérimentaux de cette étude ainsi qu’un nombre important des résultats rapportés dans les références bibliographiques ont permis d’évaluer la validité des relations analytiques développées pour prédire les propriétés mécaniques du béton des granulats naturels en vue de leur utilisation pour le béton des granulats recyclés. On montre que ces expressions nécessitent la connaissance de la résistance moyenne à la compression, fcm aussi bien qu’un coefficient qui tient compte de l’effet des granulats recyclés. La comparaison entre les courbes contrainte-déformation obtenues dans le cadre de cette thèse et certains modèles montre, qu’avec les modifications proposées, ils décrivent d’une manière satisfaisante le comportement jusqu’à la rupture
This work is part of the ANR VBD ECOREB which aims with the project PN RECYBETON to remove the technological locks for the use of recycled aggregates for the formulation of structural concretes.For this study, six concretes of recycled aggregates corresponding to two classes of compressive strength C25 / 30 and C35 / 40 and S4 class of workability are developed. These mixtures, defined in the framework of the PN RECYBETON, are derived from two reference formulations by substituting partially or completely the natural aggregates with materials resulting from the recycling of concretes. An experimental program was carried out to determine the properties of concrete in fresh state and hardened state. The results of mechanical tests show that for the same class of compressive strength, the incorporation of recycled aggregates into the concrete induces a decrease in the tensile strength and the elastic modulus as well as an increase in the peak and ultimate strains. Under loading-unloading compression, the damage at the peak stress increases when the substitution rate is high while the damage rate becomes lower The creep tests carried out on beams loaded under three-point bending indicate that creep kinetics are influenced by the presence of recycled aggregates and is accelerated as the replacement rate is important.The experimental results of the present study together with an extensive number of results reported in the literature have allowed evaluating the current relationships used for predicting mechanical properties of recycled concrete aggregates (RAC). The validity of many analytical expressions of the stress-strain relationship has been also studied and the effect of replacement ratio was taken into account. It was pointed out that design codes relationships dedicated to assess the mechanical properties and the stress-strain compressive curve of natural aggregates concretes (NAC) are not adequate to predict the behavior of recycled aggregates concrete (RAC). It is established that these properties are related to fcm and to a parameter, which takes into account the effect of the recycled aggregates. The comparison between the stress-strain curves obtained in this thesis and some models shows that, with the proposed modifications, these models satisfactorily describe the behavior up to failure

L'objectif de cette thèse est de montrer que des fines de granulats réactifs peuvent être employées comme remède contre les effets de la réaction alcali silice (RAS). Pour vérifier cette idée plusieurs types d'éprouvettes de mortiers et bétons ont été réalisés à partir de cinq granulats réactifs, une quartzite, un silico-calcaire, une opale, un alluvionnaire et du verre. Les éprouvettes ont été conservées au réacteur à 60°C et 100% HR ou alternativement autoclavées à 127°C. Les éprouvettes de mortiers conservées au réacteur ont permis de vérifier le bien fondé de l'idée ; les mortiers à l'autoclave ont permis d'étudier l'influence du taux et de la finesse des fines. Enfin les résultats ont été confirmés sur éprouvettes de bétons conservées au réacteur, au moins sur le plan qualitatif. Des essais mécaniques sur éprouvettes et des études physico-chimiques sur matériau ont été réalisés dans l'objectif de corréler le gonflement provoqué par la RAS avec des grandeurs micro ou macroscopiques. De plus une simulation numérique, basée sur le paquetage CEMHYD 3D, a été menée dans le but d'expliquer le phénomène de réduction du gonflement de RAS par l'utilisation de fines réactives. Les conclusions sont que :Sauf cas particulier l'ajout de fines de granulats réactifs a permis de diminuer voire de supprimer l'expansion due à la réaction alcali-silice. Sans que l'effet filler ne puisse être invoqué, cet ajout de fines entraîne systématiquement une augmentation de la résistance mécanique. Des observations microscopiques poussées sur des éprouvettes confectionnées avec des fines réactives ne permettent pas de révéler du gel de réaction alcali silice en même temps que le gonflement se voit réduit. Au contraire les éprouvettes dénuées de fines révèlent une contamination assez généralisée des interfaces pâte﷓granulat par le gel gonflant. La diminution de gonflement est imputée à la consommation des alcalins par le C-S-H pouzzolanique provenant de la consommation de la chaux par les fines
The objective of this thesis was to show that reactive aggregate fines can be used to counteract the effects of alkali silica reaction (ASR). Several mortars and concretes were made with five reactive aggregates : a quartzite, a siliceous limestone, an opal, an alluvial aggregate and a glass. The test-bar were conserved at 60°C and 100% RH or alternatively in an autoclave at 127°C. The test-bar on mortars allowed us to confirm that reactive aggregate fines reduce expansion ; the mortars in the autoclave permit to study the influence of the quantity and the fineness of fines. Finally the results were confirmed on concrete stored at 60°C, at least on a qualitative level. Mechanical tests and physicochemical studies were made with the objective to correlate the swelling caused by the ASR with microstructure. Finally, a numerical simulation, based on the software CEMHYD 3d, was made with the objective of explaining the phenomenon of reduction of the swelling by the use of reactive fines. The main conclusions are :On four out of five, reactive aggregate fines reduced or canceled the expansion due to ASR ;these fines addition raised systematically the strength of concrete ;microscopic observations made on test-bar with reactive fines did not reveal gel of ASR. On the contrary the test-bar without fines revealed a generalized contamination by inflating gel of the interfaces between paste and aggregates. The reduction in swelling is due to the lowering of alkaline concentration in the pore

L’intérêt pour le recyclage du béton est né d’une volonté d’inscrire le secteur du BTP dans une logique de développement durable. Les granulats de bétons recyclés (GBR) sont constitués de granulats naturels et de pâte de ciment adhérente durcie. La porosité élevée des GBR est à l’origine d’une modification de l’eau efficace du béton au détriment de ses performances aux états frais et durci. Un protocole expérimental basé sur des mesures d’étalement de mortier est proposé pour suivre quantitativement le transfert d’eau entre des sables de GBR et une pâte de ciment fraîche. Ce protocole est testé sur des sables de pâte de ciment (SPC) de rapport eau/ciment (E/C) égal à 0,3, 0,5 et 0,7. Les résultats montrent que le degré de saturation des SPC atteint un maximum avant 6 minutes d’immersion dans une pâte de filler puis reste quasi-constant. Le degré de saturation augmente avec le rapport E/C des SPC mais reste inférieur à 1. De plus, les cinétiques de transfert d’eau vers la porosité des SPC initialement secs immergés dans une pâte de filler ou de ciment sont similaires. Le protocole établi repose sur l’hypothèse d’une corrélation entre le rayon d’étalement et la quantité d’eau efficace du mortier. Afin d’étudier cette corrélation, d’une part, sous l’approximation de lubrification, les seuils d’écoulement des mortiers sont calculés à partir du rayon d’étalement. D’autre part, ces seuils sont calculés avec une approche bi-phasique des mortiers assimilés à des suspensions non colloïdales dans des fluides à seuil. La cohérence entre les deux approches est examinée
The increased interest in concrete recycling results from a willingness to reconcile the construction industry with sustainability. Recycled concrete aggregates (RCA) consist of a mix of natural aggregates and attached cement. The high porosity of RCA modifies the effective water content of a recycled concrete at the expense of its fresh and hardened performances. A testing method based on spread measurements is suggested to follow quantitatively water transfers between RCA sand and a fresh cement paste. This protocol is tested on cement paste sands (CPS) having 0.3, 0.5 and 0.7 water/cement ratios (W/C). Results show that the saturation degree of CPS embedded in a filler paste reaches a maximum no later than 6 minutes then remains quasiconstant. The saturation degree increases with the W/C of CPS ratios but remains less than 1. Moreover, similar water transfer kinetics are found whether initially dry CPS are immersed in a filler or a cement paste. The established protocol assumes a correlation between spread and effective water content of a mortar. In order to study this correlation, on the one hand, under the lubrication approximation, the yield stress of mortars is calculated from their spread radius. On the other hand, yield stress of mortars is calculated using a biphasic modelling of mortars viewed as non-colloidal suspensions in a yield stress fluid. Consistency between the two approaches is examined

Ce travail consiste à mettre en place une méthode simple pour la formulation d’un BAP contenant des fillers calcaires et sans agent de viscosité. La démarche adoptée repose sur une approche double : expérimentale et théorique (optimisation du squelette granulaire). Les dosages en eau et en superplastifiant ont été déterminés en réalisant des essais empiriques sur la pâte en utilisant le mini cône et le cône de Marsh. L’influence de la finesse des fillers calcaires sur les caractéristiques rhéologiques et sur les propriétés mécaniques des BAP a été appréhendée. Trois fillers calcaires ont été introduits dans la composition des BAP notés "MFS", "LFE" et "MFO". Ils se différencient par leur surface de Blaine "SB". On montre qu’en augmentant la finesse des fillers calcaires la demande en superplastifiant de la pâte ainsi que sa compacité augmentent alors que sa fluidité diminue. Les fillers calcaires utilisés dans le cadre de ce travail jouent le rôle d’un agent de viscosité. La durabilité des BAP vis-à-vis de la diffusion de gaz (CO2) et des liquides est améliorée par l’introduction dans la composition des fillers calcaires avec une surface de Blaine élevée. Une nette augmentation de la résistance à la compression est, également, observée particulièrement au jeune âge. La relation établie entre le module d’élasticité et la contrainte à la compression des BAP est indépendante de la finesse des fillers et est très proche de celle préconisée par l’ACI 318-89. Cependant, une question reste souvent posée : en résistance mécanique, le béton autoplaçant contenant des fibres végétales est-il aussi résistant que le béton autoplaçant témoin? Un des objectifs de ce travail de recherche a été de donner une réponse claire à cette question. Un programme expérimental a été conduit afin d’étudier l’influence de l’introduction de fibres végétales courtes issues du recyclage de papier sur les propriétés du BAP. Quatre types de fibres végétales ont été testées, notées FbA, FbB, FbC, FbD. Elles se différencient par leurs caractéristiques géométriques et par le taux de cellulose qu’elles contiennent. L’introduction des fibres végétales courtes dans le BAP témoin formulé avec un dosage en liant constant conduit à une augmentation significative de la demande en eau et en superplastifiant de la pâte, une diminution de la masse volumique du béton, une augmentation de la perméabilité qui sera à l’origine d’une baisse de sa durabilité et une diminution des résistances mécaniques
The research presented in this thesis develops a simple method for the formulation of self-compacting reference concrete containing limestone fillers and no added viscosity agent. The approach is dual: both experimental and theoretical (granular optimization) were conducted. The water and superplasticizer were determined through mini cone and Marsh cone tests conducted on the SCC paste. Effects of limestone filler fineness on rheological and mechanical properties of the SCC have been noteworthy. Three calcareous fillers have been introduced into the SCC paste, respectively noted "MFS", "LFE" and "MFO". The fillers had different Blaine Specific areas ‘SB’. The results demonstrated that increasing the calcareous fillers’ fineness amplified the demand for superplasticizer as well as increased its compactness and fluidity. Furthermore, it has been shown that the fillers with high ‘SB’ improved SCC durability relative to gas (CO2) and liquid diffusion; the concrete compressive strength was improved mainly at early curing ages. Also, the relationship between the elastic modulus and the SCC compressive strengths was independent of the fineness of the fillers and was very close to that recommended by ACI318-89. Is vegetable-fiber reinforced SCC mechanical strength as resistant as unreinforced SCC ? The main objective of this research was to answer this question. An experimental program was designed to study the influence of the introduction of short vegetable fibers issued from paper pulp recycling on the SCC’s properties. Four types of vegetable fibers have been studied, noted FBA, FBB, FBC and FBD. They differ in their geometric characteristics and their cellulose concentrations. The introduction of the short vegetal fibers in the formulated reference SCC with constant binder dosages led to a significant increase in the paste’s demand for water and superplasticizer, a decrease in concrete density, and an augmentation in permeability which reduced its mechanical strength and durability

L'agglomération des fines entraîne une augmentation importante de la demande en eau des mélanges cimentaires et constitue un frein à la valorisation des sous-produits contenant des proportions élevées de fines. Une modélisation discrète de la microstructure des agglomérats de fines particules est développée. Le modèle intègre les forces de contact avec prise en compte du frottement et du roulement, les forces physico-chimiques et les forces hydrodynamiques calculées avec l'approximation de drainage libre. Le processus d'agglomération, de fragmentation et de restructuration sous cisaillement d'agglomérats fractals de fines particules minérales est étudié en vue de quantifier l'eau immobilisée dans les flocs. Un agglomérat initial isolé et lâche est soumis à un taux de cisaillement constant. Lorsque les forces hydrodynamiques sont prépondérantes par rapport aux forces de cohésion, l'agglomérat mère se fragmente en agglomérats secondaires jusqu'à atteindre un état stationnaire, où le nombre, la taille et la structure des flocs peuvent être considérés comme constants. L'influence du gradient de vitesse, du contexte physico-chimique, de la taille et de la polydispersité des particules sur les caractéristiques microstructurales des flocs à l'équilibre est étudiée. Il est montré que le comportement d'une suspension diluée monodisperse peut être décrit par un unique nombre adimensionnel faisant intervenir la force de cohésion maximale, la taille des particules et le gradient de vitesse
The agglomeration of fines leads to a significant increase in water demand of cement mixtures and hinders the valorization of by-products containing high fines proportions. A discrete modeling of the microstructure of fine particles agglomerates is developed. The model takes into account contact forces, physico-chemical, and hydrodynamic forces computed with the free draining approximation. The agglomeration, fragmentation and restructuring process of fractal agglomerates of fine mineral particles under shear is studied to quantify the entrapped water in the flocs. A loose initial agglomerate isolated is submitted to a constant shear rate. When the hydrodynamic forces predominate over the adhesive forces, the parent agglomerate is broken up into secondary agglomerates until reaching a steady state, where the number, size and structure of flocs can be considered constant. The influence of the velocity gradient, the physico-chemical context, particles size and their polydispersity on the microstructural characteristics of flocs at steady state is studied. It is shown that the behavior of a monodisperse dilute suspensions can be described by a dimensionless single number involving maximum cohesion force, particle size and velocity gradient

L'objectif de ce travail est d'apporter une contribution à la compréhension des principaux mécanismes d'action des additions minérales incorporées dans les bétons. L'utilisation de ces matériaux, couplés aux superplastifiants, a permis d'améliorer de façon significative la formulation des bétons ainsi que leurs propriétés mécaniques et de durabilité. Toutefois, afin d'en tirer le meilleur parti, il est nécessaire de connaître les caractéristiques de ces additions minérales et leur action sur les propriétés des bétons. La première partie de la thèse approfondit deux aspects de la caractérisation des fines (quantification de la phase amorphe par diffraction des rayons X et granularité des fines par granulométrie laser) dans le but d'augmenter la confiance dans les résultats obtenus. La deuxième partie met en évidence les effets de l'introduction de fines minérales sur le comportement rhéologique des pâtes de ciment puis élabore les premiers éléments permettant d'en comprendre les principaux mécanismes d'action. L'analyse des résultats montre que : - les modifications des grandeurs rhéologiques (seuil de cisaillement et viscosité apparente) dépendent fortement des propriétés physico-chimiques des fines utilisées (surface spécifique, granularité, composition), particulièrement celles modifiant la compacité et les interactions entre les particules solides ; - le comportement rhéologique des pâtes n'est pas fondamentalement modifié par l'incorporation de fines minérales ainsi que par l'utilisation de la vibration, qui n'ont qu'une fonction d'amplification ou de réduction de phénomènes tel que le rhéoépaississement ; le superplastifiant présente toutefois un rôle primordial, puisque sa teneur croissante dans les mélanges entraîne le passage progressif d'un comportement rhéofluidifiant à un comportement rhéoépaississant.

Ce travail concerne les possibilites d'allegement des pates d'argile-ciment. Cet allegement peut etre accompli par des moyens chimiques, physiques ou bio-physiques. Trois techniques sont utilisees a cet effet: la premiere emploie la reaction entre l'aluminium pulverulent et la chaux liberee lors de l'hydratation du ciment. La deuxieme est basee sur la combinaison de composants de densites differentes. La troisieme s'appuie sur la creation de cellules gazeuses par l'intermediaire d'une reaction entre un reactif bio-chimique et l'oxygene de l'air. Dans chacun des cas, a ete effectuee, l'etude de l'influence des differents parametres de reactions sur les proprietes physico-mecaniques et thermiques des materiaux obtenus. Une modelisation permet de representer les caracteristiques des composites elabores en proposant des lois en fonction de la densite. L'interet de ces materiaux a ete mis en evidence par une generalisation des techniques d'allegement mises au point, a des poudres de compositions granulometriques et de natures mineralogiques differentes. De meme, une ouverture vers une industrialisation possible a necessite une etude d'echantillons de dimensions normalisees et d'elements constructifs en vraie grandeur. Pour ce dernier cas, nous nous sommes attaches essentiellement a leur comportement mecanique et thermique

Constitués de plusieurs composants (granulats naturels et pâte de ciment adhérente), les GBR ne sont à l’heure actuelle pas utilisés largement dans la formulation de nouveaux bétons. Les propriétés médiocres des GBR compliquent considérablement la détermination de la quantité d’eau efficace dans le béton frais. Tout d’abord, une étude bibliographique va mettre en évidence la grande dispersion des résultats des essais de caractérisation des GBR et des propriétés des bétons recyclés à l’état frais et durci. Ensuite, une étude vise à analyser l’hétérogénéité des GBR et des granulats de béton concassé (GBC) par rapport à différents paramètres : aux impuretés granulaires, à la densité et à la teneur en pâte de ciment, au malaxage du béton parent, et au niveau de la capacité d’absorption d’eau des GBC en fonction de leur état de pré-humidification. Enfin, une dernière partie est destinée à améliorer la maîtrise de l’eau efficace réelle dans la fabrication du béton recyclé. La cinétique d’absorption des GBC dans une pâte de ciment est tout d’abord étudiée. Ensuite, l’évolution de l’eau efficace durant le malaxage de bétons à base de GBC est investiguée au moyen d’une méthode originale basée sur le suivi des courbes de puissance du malaxeur. Finalement, l’effet d’un malaxage sous vide relatif sur les propriétés des bétons à base de granulats naturels et des bétons à base de GBC est étudié
Composed of several components (natural aggregates and adherent cement paste), RCA are not widely recommended in new concrete formulations. Their poor properties considerably complicate the determination of the effective water in fresh concrete. In a first part, a bibliographic study will highlight the wide dispersion of the results of characterization tests of RCA and the properties of fresh and hardened recycled concrete. In a second part, the heterogeneity of RCA and crushed concrete aggregates (CCA) is studied according to different parameters: granular impurities, density, cement paste content, mixing of parent concrete, and water absorption capacity according to their pre-humidification. The third part consists of three experimental studies that intend to improve effective water control in the manufacture of recycled concrete. The absorption kinetics of CCA in a cement paste is first studied. Then, the evolution of effective water in fresh concrete during mixing is studied using an original method based on the power evolution of the mixer. Finally, the effect of vacuum mixing on the properties of ordinary and recycled concretes is investigated