Academic literature on the topic 'Pâte de ciment hydratées'

L’objectif de ce travail est de comprendre comment l’adhésion entre le ciment et le coffrage est influencée par la morphologie de la surface du coffrage et l’ajout d’un bioadjuvant. L’ancrage mécanique de la pâte cimentaire est en effet lié à la rugosité de surface du coffrage. Une procédure de caractérisation morphologique des surfaces en contact, coffrage et ciment, est développée par microscopie interférométrique. Elle permet de retenir une échelle d’observation pour laquelle les valeurs des paramètres d’états de surface Sa, Sq, Sdr, Vvc et Vvv, sont représentatifs de la morphologie de surface. Trois états de surface de coffrage différents sont obtenus par polissage et sont caractérisés à l’échelle d’observation. Les paramètres de surfaces sont corrélés avec les performances au décoffrage pour ces trois états de surface. L’action d’un bioadjuvant sur les phénomènes d’adhésion tant au niveau des efforts de décoffrage que de la qualité de parement est évaluée pour trois taux d’incorporation de bioadjuvant. Les résultats mettent en évidence qu’un degré de polissage spécifique combiné à l’utilisation d’un taux de bioadjuvant minimum dans la pâte cimentaire permettent d’atteindre des performances au décoffrage équivalentes à celles obtenues avec un agent décoffrant classique.

Le développement récent de quelques matériaux allégés de construction, tel que les bétons légers, capables de jouer un rôle en tant qu’isolant, tout en conservant des niveaux de performances mécaniques suffisants. La qualité de l’isolation à prévoir dépend du climat, de l’exposition des murs et aussi des matériaux employés pour la construction. Le choix d’un matériau utilisé comme isolant dépend naturellement de sa disponibilité et de son coût. Ce travail est une étude des pouzzolanes naturelles en tant que composants de base dans les matériaux de construction. Il est destiné à mettre en relief l’avantage thermique de ces matériaux. Il est économiquement intéressant d’utiliser la pouzzolane en substitution d’une partie du clinker comme ajouts hydrauliquement actives, et dans les compositions de bétons légers sous forme de mélange de granulats de pouzzolane, qui offrent des résistances mécaniques conformes aux normes en vigueur. Une approche théorique est menée de la conductivité thermique apparente des matériaux de construction, en occurrence le béton à base de pouzzolane. Une modélisation thermique, apparente à celle utilisée habituellement pour les matériaux poreux, a été adoptée aux bétons de pouzzolane. Dans cette étude, sont exposés des résultats expérimentaux de mesures de la conductivité thermique apparente du béton de pouzzolane à l’aide d’une approche, qui considère que le béton est composé de deux phases solides, une matrice liante (la pâte du ciment hydratée), et l’ensemble des granulats. On applique une deuxième approche théorique, comparative, où le béton est constitué d’une phase solide et d’une phase fluide (l’air).

Cette thèse de doctorat porte sur la modélisation multi-échelle des propriétés mécaniques des matériaux cimentaires. L'objectif de cette thèse est d'obtenir les propriétés mécaniques des phases de pâte de ciment hydratées à l'échelle nanométrique à l'aide de simulations de Dynamique Moléculaire (DM). Les propriétés mécaniques de la pâte de ciment durcie à l'échelle microscopique ont ensuite été calculées à l'aide d'une méthode d'homogénéisation et de la Méthode Éléments Discrets (MED). En effet, les propriétés obtenues à l’échelle inférieure sont considérées comme les données d’entrée à l’échelle supérieure. À l'échelle nanométrique, le test de traction et le test de cisaillement ont été réalisés avec les principales phases de la pâte de ciment hydratées à l'aide de simulations DM. En conséquence, des propriétés mécaniques à l’échelle nanométrique ont été obtenues. Une autre approche pour obtenir le module de Young et le coefficient de Poisson a été réalisée via l'approximation de Voigt-Reuss-Hill. Avec la méthode d'homogénéisation (i.e., Mori-Tanaka), le module d'Young et le coefficient de Poisson d'une pâte de ciment durcie simplifiée ont été calculés. Enfin, une simulation MED a été réalisée avec un essai de traction d'une pâte de ciment durcie simplifiée en prenant en compte les propriétés mécaniques à l'échelle nanométrique. Cette thèse de doctorat contribue à créer le pont permettant de réaliser la transition de l’échelle moléculaire à l’échelle microscopique continue
This PhD thesis focuses on the multi-scale modelling of mechanical properties of cementitious materials. The aim of this PhD thesis is to obtain the mechanical properties of hydrated cement paste phases at nano-scale using Molecular Dynamics (MD) simulations. Mechanical properties of hardened cement paste at micro-scale were then calculated with homogenization scheme and Discrete Element Method (DEM). Indeed, properties obtained at the lower scale are considered as the input data at the upper scale. At nano-scale, tensile test and shear test were performed with main hydrated cement paste phases (i.e., calcium-silicate-hydrates, portlandite and ettringite) via MD simulations. As a result, mechanical properties at nano-scale were obtained. Another approach to obtain Young’s modulus and Poisson ratio was done via Voigt-Reuss-Hill approximation. With homogenization scheme (i.e., Mori-Tanaka scheme), Young’s modulus and Poisson’s ratio of a simplified hardened cement paste were calculated. Finally, DEM simulation was done with tensile test of a simplified hardened cement paste by taking into account the mechanical properties at the nano-scale. This PhD thesis contributes to create the bridge of achieving the transition from the molecular scale to the continuous microscopic scale

Améliorer la durée de vie de la pâte de ciment constitue un enjeu important dans le secteur de construction. Des recherches expérimentales indiquent que le revêtement de surface, agissant comme une barrière physique, est un moyen efficace d'améliorer la durabilité des matériaux en évitant la pénétration de l'eau ou de substances dangereuses. En raison des limites de l'observation expérimentale, il est important d'approfondir les études au niveau atomique pour comprendre le mécanisme à l'origine du comportement hydrophobe de la surface du ciment modifiée avec un traitement de nano-revêtement.Par conséquent, cette thèse adopte une étude à l'échelle nanométrique pour comprendre et contrôler le processus de nano-revêtement afin de concevoir une surface hydrophobe imperméable de silicate de calcium hydraté (CSH) grâce au nano-revêtement par un film d'époxy et de caoutchouc dans un environnement agressif. À cette fin, des simulations de dynamique moléculaire (MD) basées sur une combinaison potentielle d'un champ de force général (CLAYFF) et du champ de force à valence constante (CVFF) ont été utilisées pour représenter les interactions interatomiques entre le CSH et les films époxy ou en caoutchouc. Un modèle réaliste a été utilisé pour représenter la nanostructure CSH.La thèse est consacrée, dans un premier temps, à étudier en profondeur les propriétés de surface hydratée de la pâte CSH afin de bien comprendre la nature hydrophile de la surface (001) de CSH. Ensuite, une étude approfondie a été réalisée sur l'interaction interfaciale et les propriétés d'adhésion entre le nano-revêtement de résines époxy et la surface CSH. Pour cela, nous utilisons l'éther diglycidylique du bisphénol A (DGEBA) comme monomère époxy et la m-phénylènediamine (MPD) comme durcisseur. Par la suite, une analyse approfondie du processus de nano-revêtement de caoutchouc hydrophobe sur une surface CSH est explorée. Quatre types de caoutchouc sont utilisés, comme le TPI (1,4-trans-Polyisoprène), le CPI (1,4-cis-Polyisoprène), le TPB (1,4-trans-Polybutadiène) et le CPB (1,4-cis-Polyisoprène). Polybutadiène). Enfin, le présent travail s'intéresse à l'analyse du processus de détérioration de l'interface entre les films de époxy/caoutchouc et la surface de CSH dans un environnement agressif, comme l'eau salée (4% en poids de NaCl).Les résultats obtenus indiquent que l'énergie de surface des CSH recouverts de films d'époxy et de caoutchouc est considérablement réduite et sa valeur est de 33.7 mJ/m2 à 48.4 mJ/m2. Ceci réduit considérablement le caractère hydrophile de la surface du CSH. L'angle de contact moyen entre la nano-gouttelette d'eau et la surface CSH recouverte de caoutchouc se situe entre 92.85° et 98.11°. L'adhésion interfaciale calculée entre les revêtements organiques (époxy et caoutchouc) et le CSH est comprise entre 49.42 mJ/m2 et 102.81 mJ/m2. De plus, les résultats montrent que la m-phénylènediamine (MPD) améliorerait considérablement l'efficacité du nano-revêtement époxy. Concernant le nano-revêtement de caoutchouc, on constate que le processus de revêtement avec du TPI (1,4-trans-Polyisoprène) et du CPB (1,4-cis-Polybutadiène) améliorera efficacement l'imperméabilité de la pâte CSH. Dans des conditions agressives, le nano-revêtement partiel par l'époxy se détache de manière plus déformée dans une solution à 4 % en poids de NaCl en raison des ions chlore qui sont responsables de l'attaque de la surface CSH. Un nano-revêtement de caoutchouc continu et bien réparti est capable de rendre le CSH imperméable dans des environnements difficiles, ouvrant la voie à un avenir prometteur pour les matériaux cimentaires durables.La thèse de doctorat conclut la faisabilité et la fiabilité du nano-revêtement par un film en caoutchouc pour prévenir la détérioration interfaciale des surfaces CSH dans un environnement agressif et pour améliorer l'imperméabilité de la surface CSH nano-revêtue pour des matériaux cimentaires plus durables
Improving the life-time of cement paste is a significant challenge in construction sector. Surface treatment approaches, such as surface coating, surface pore sealing, and surface impregnation, have been playing a significant role to improve the durability of cement-based structures especially in preventing surface deterioration and damage. Experimental investigations indicate that surface coating, acting as a physical barrier, is an effective way for enhancing the durability of materials by avoiding the penetration either of water or hazards substances. Due to the experimental observation limitations, there is an urgency need to deeper delve the atomic level to understand the mechanism behind the success hydrophobic behavior of cement surface modified with a nano-coating treatment.Therefore, this dissertation adopts a nano-scale level study to understand and control the nano-coating process to engineer an impermeable hydrophobic Calcium-Silicate-Hydrate (CSH) surface through nano-coating of epoxy and rubber films under aggressive environment. To this end, Molecular Dynamics (MD) simulations based on a combination potential of a general force field (CLAYFF) and the consistent-valence force field (CVFF) have been employed to represent the interatomic interactions between CSH and epoxy or rubber films. A developed realistic model has been used to represent the CSH nanostructure.The thesis is dedicated, first, to study deeply the hydrated surface properties of CSH paste in order to thoroughly understand the hydrophilic nature of the (001) CSH surface. Then, a fully investigation has been performed on the interfacial interaction and adhesion properties between epoxy resins nano-coating and CSH surface. For that, we use diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) as epoxy monomer and m-phenylenediamine (MPD) as hardener. Thereafter, an in-depth analysis of a hydrophobic rubber nano-coating process onto CSH surface is explored. Four types of rubber are employed, as TPI (1,4-trans-Polyisoprene), CPI (1,4-cis-Polyisoprene), TPB (1,4-trans-Polybutadiene), and CPB (1,4-cis-Polybutadiene). Finally, the present work is devoted to analyze the interfacial deterioration process between epoxy/rubber nano-coating of CSH surfaces under aggressive environment, like a salty water (4 wt.% of NaCl).Results obtained indicate that epoxy and rubber coated CSH surface energy are drastically dropped to the range of 33.7 mJ/m2- 48.4 mJ/m2, which extremely reduces the hydrophilicity of the CSH surface. The averaged contact angle between water-nanodroplet and rubber coated CSH surface is found in range of 92.85° and 98.11°. The calculated interfacial adhesion between organic-coatings (epoxy and rubber) and CSH is in range of 49.42 mJ/m2 to 102.81 mJ/m2. Additionally, m-phenylenediamine (MPD) would highly improve the epoxy nano-coating efficiency. Regarding rubber nano-coating, it is found that coating process with TPI (1,4-trans-Polyisoprene) and CPB (1,4-cis-Polybutadiene) than CPI (1,4-cis-Polyisoprene) and TPB (1,4-trans-Polybutadiene) will enhance efficiently the impermeability of CSH paste. Under aggressive conditions, non-fully epoxy nano-coating is detached more distorted in 4 wt.% of NaCl solution due to the chlorine ions, which are responsible to attack the CSH surface. A continuous well-distributed rubber nano-coating is capable to make CSH impermeable under harsh environment leading to a promising future for sustainable cementitious materials.The doctoral thesis concludes the feasibility and reliability of nano-coating by rubber film to prevent the interfacial deterioration of CSH surfaces in aggressive environment and to improve the impermeability of nano-coated CSH surfaces for more durable cementitious materials

Ce travail est consacré à l'influence de la température sur l'hydratation du ciment Portland entre 5 et 45°C. Les effets de la température sur l'évolution de la résistance à la compression ont été corrélés au degré d'hydratation et à la microstructure des hydrates. On montre que l'origine des effets de la température est liée à l'hydratation du silicate tricalcique du ciment (C3S). L'hydratation initiale de C3S est d’autant plus rapide que la température est élevée mais elle est plus ralentie dès que l'hydratation est limitée par la diffusion de l’eau et des ions à travers la couche d’hydrates (C-S-H) formée autour des grains au jeune âge. Dans ces conditions, la barrière est plus dense; ceci a comme conséquence une évolution plus lente de l’hydratation à long terme. La température change également la densité et la répartition de C-S-H aussi donnant une plus grande porosité de matériau à température plus élevée. Ces phénomènes sont responsables de la résistance finale inférieure
This work is dedicated to the study of the influence of curing temperature on hydration of Portland cement in the range 5–45°C. The effects of the temperature on the evolution of compressive strength have been correlated separately with the evolution of the hydration degree and the microstructure of the hydrates. We show that the origin of the temperature effects is related to the hydration of tricalcium silicate of cement (C3S). The initial hydration of C3S is more rapid as the temperature is high but it is more decelerated as soon as the hydration is limited by the diffusion of water and the ions through the layer of hydrates (C-S-H) formed around the grains during the early period. Under these conditions, the barrier is denser, consequently, the evolution of the long-term hydration is slower. The temperature alters the density and repartition of C-S-H as well, giving a more porous material. These phenomena are responsible for the lower final resistance at higher temperature

Les mousses de ciment présentent d'intéressantes propriétés : une faible densité, une faible consommation de matière première et une bonne résistance thermique. Certaines propriétés finales de la mousse dépendent de sa morphologie. Pour mieux comprendre cette dépendance, on veut créer des échantillons de mousse de ciment avec une structure bien contrôlée. On crée des échantillons de mousses de ciment composés de bulles de même taille, en choisissant la quantité d'air, de ciment, d'eau et de tensioactif. Pour ce faire, on mélange d'une part une mousse aqueuse de morphologie contrôlée, stabilisée par des tensioactifs, et d'autre part une pâte de ciment. Le but de cette thèse est d'étudier comment conserver cette structure jusqu'à la prise du ciment. Tout d'abord, nous étudions d'interaction entre tensioactifs et pâte de ciment. Certains tensioactifs ne sont pas compatibles avec la solution alcaline présente dans la pâte de ciment et ne permettent pas de produire une mousse dans ces conditions. Parmi les tensioactifs compatibles avec la solution interstitielle de ciment, certains s'adsorbent sur les grains de ciment. Cette adsorption change les interactions entre grains de ciment et par conséquent, la contrainte seuil de la pâte. A faible concentration en tensioactif, la monocouche de molécules adsorbée rend les grains de ciment hydrophobes, ce qui produit une attraction hydrophobe entre grains et une augmentation de la contrainte seuil de la pâte. A forte concentration en tensioactif, les micelles adsorbées engendrent une répulsion stérique entre les grains de ciment et une chute de la contrainte seuil. Dans un deuxième temps, nous étudions l'effet des bulles d'air sur la contrainte seuil d'une pâte de ciment aérée, lorsque celle-ci contient moins de 40% d'air. Les mesures sont normalisées par la contrainte seuil de la pâte interstitielle afin d'être comparées à la littérature. Lorsque le tensioactif utilisé s'adorbe peu sur les grains de ciment, les résultats sont semblables à ceux de la littérature obtenus sur des fluides à seuil modèles. En revanche, lorsque le tensioactif utilisé a une grande affinité avec les grains de ciment, la contrainte seuil normalisée est bien au-dessus des prédictions. Notre hypothèse pour expliquer ce résultat est une modification des propriétés de surface des bulles à cause de l'adsorption des grains de ciment rendus partiellement hydrophobes par le tensioactif. Ensuite, nous nous focalisons sur la stabilité des mousses de ciment avant la prise, pour une fraction d'air de 83%. On s'intéresse tout d'abord à trois séries de mesures, en gardant pour chacune le rapport eau-sur-ciment et la taille des bulles constante. Pour chacune des trois séries, seule la contrainte seuil de la pâte de ciment est changée par l'addition de superplastifiant ou d'une grande quantité de tensioactif anionique. On obtient alors un résultat inattendu : la meilleure stabilité est observée pour des tailles de bulles relativement faibles. La comparaison avec les mesures des propriétés rhéologiques de la mousse fait penser que la bonne stabilité aux faibles contraintes seuil est due à la réorganisation des grains de ciment en un réseau granulaire plus dense. Pour aller plus loin sur l'étude de la stabilité des mousses, nous avons ensuite fait varier la taille des bulles, la rapport eau-sur-ciment et la quantité de tensioactif. Nous avons pu définir un critère de stabilité pour l'ensemble de ces mousses qui dépend de la contrainte seuil interstitielle de la pâte de ciment confinée par les bulles et de la taille des bulles. Pour finir, nous mesurons la résistance en compression de mousses de ciment et leur vitesse d'imbibition afin de corréler ces propriétés à leur structure
Cement foams advantages compared to normal concrete is their low density, low material need and thermal insulation properties. To better understand how the morphology of the cement foam affects its properties, we create solid cement foam with well controlled structure. This involves two steps: the creation of the fresh cement foam with chosen structure, and the stability of this structure up to cement hardening. Our cement foam fabrication protocol allows us to obtain fresh cement foams samples with very well controlled parameters. For each sample, all the bubbles have the same size, and we can select the content of air, water, cement and surfactant. This technique consists in mixing a well-controlled precursor aqueous foam stabilized by surfactant, with a cement paste prepared separately. First, we study the interaction of surfactants and cement paste. Some surfactants cannot stabilize foam in cement paste highly alkaline solution. Some others, mainly anionic surfactants, adsorb on cement grains surface, which modifies interactions between cement grains and consequently the yield stress of the cement paste. At low surfactant concentration, cement grain surface becomes hydrophobic and yield stress increases due to hydrophobic attraction between cement grains. At high surfactant concentration, adsorbed micelles create a steric repulsion between cement grains and make yield stress of cement paste drop. In a second chapter, we study the effect of bubbles on the yield stress of aerated cement paste. To compare the results with the literature, the measured yield stress is normalized by the yield stress of the suspending cement paste, i.e. taking into account the effect of surfactant. For a surfactant with low affinity to cement grains surface, results are consistent with literature, whereas reduced yield stress is much higher than expected when surfactant strongly adsorb on cement grain surface. This effect is attributed to the change of the bubble surface properties due to the adsorption of hydrophobic cement grains at the air-liquid interface. Then, we focus on cement foam stability, at air content 83%. We first study three series of experiments at given water-to-cement ratio and bubble size. For each series, the yield stress of the cement paste is changed by addition of superplasticizer or high amount of anionic surfactant. Unexpectedly, the best foam stability is obtained for relatively low yield stress. Rheological measurements on the fresh cement foams allowed us to understand this improved stability as a consequence of the reorganization of cement grains into denser packing. In a second part on stability, we study the influence of bubble size, water-to-cement ratio and surfactant content. A stability criterion is defined from the bubble size and the interstitial cement paste yield stress. Eventually, we observe that cement foam structure affects water imbibition velocity and mechanical resistance to compression of hardened cement foams

Dans cette thèse, les travaux présentés s'appuient sur une démarche expérimentale utilisant, outre les mesures destructives habituellement mises en œuvre pour la caractérisation des matériaux cimentaires, les techniques non destructives exploitant la propagation des ondes ultrasonores à des fréquences comprises entre 50 kHz et 600 kHz. L'objectif est d'étudier les corrélations entre les propriétés hydrauliques et mécaniques de la pâte de ciment et les paramètres linéaires des ondes ultrasonores (vitesse et atténuation). L'étude concerne plus particulièrement les relations entre la porosité et la vitesse ultrasonore des différents types d'onde (ondes de volume et onde de Rayleigh). Les matériaux étudiés sont des pâtes de ciment à porosité variable, confectionnées avec différents rapports E/C et avec différents dosages en entraineur d'air. Afin de prendre en compte l'effet de la teneur en eau, les mesures sont effectuées à différents états de saturation : état saturée, 70% de saturation, 30% de saturation et l'état sec. Les données recueillies permettent la constitution d'une base des données expérimentale regroupant les caractéristiques physiques, mécaniques et ultrasonores de la pâte de ciment. Dans la dernière partie de cette thèse, les relations entre les vitesses ultrasonores et la porosité basées sur deux approches macroscopique et microscopique sont présentées et confrontées aux mesures

La popularité des schémas d'homogénéisation classiques, basés sur la solution d'Eshelby du problème de l'inhomogénéité, tient à leur robustesse (des contrastes infinis entre les raideurs des différentes phases sont permis) et leur adaptabilité (les problèmes linéaires aussi bien que non-linéaires peuvent être abordés), la complexité des calculs mis en jeu restant limitée. Le fait qu'ils ne prennent en compte de façon quantitative qu'une quantité restreinte d'informations morphologiques constitue leur principale faiblesse. Ainsi, des problèmes tels que l'influence de la distribution de taille des pores ou l'orientation locale d'inclusions anisotropes leur sont inaccessibles. A l'heure actuelle, seuls de longs calculs complets (par éléments finis/de frontière) permettent d'aborder ces questions. L'objet de ce travail est de mettre au point de nouvelles méthodes d'homogénéisation, de mise en oeuvre plus légère que les éléments finis/de frontière, tout en rendant compte de plus de détails de la microstructure que les techniques basées sur la solution d'Eshelby. Le principe variationnel de Hashin et Shtrikman fournit le cadre mathématique rigoureux dans lequel sont développées deux méthodes. La méthode des inclusions polarisées, tout d'abord, dont le but est le calcul de milieux hétérogènes constitués d'inclusions, plongées dans une matrice homogène. Pour un calcul complet d'une microstructure donnée, il est connu que les méthodes numériques d'homogénéisation par transformée de Fourier rapide (FFT) sont de sérieux compétiteurs des méthodes d'éléments finis/de frontière. Le principe de Hashin et Shtrikman permet de jeter un éclairage nouveau sur ces techniques, et un schéma numérique original d'homogénéisation par FFT est proposé dans un second temps ; il s'avère plus rapide et plus robuste que les schémas existants. L'industrie du ciment pourrait certainement tirer parti de tels schémas d'homogénéisation avancés, puisqu'il est connu que les propriétés macroscopiques des pâtes de ciment dépendent fortement des détails les plus fins (à l'échelle sub-micronique) du réseau poreux (dans la phase C-S-H). Une partie de ce travail est consacrée à la caractérisation de ce réseau à l'aide de deux techniques expérimentales : la diffusion des rayons X aux petits angles, et la microscopie X. L'accent a été placé sur l'interprétation quantitative de ces expériences, en vue d'améliorer les prédictions des estimations des propriétés mécaniques macroscopiques. Une connexion est établie entre ces deux approches. Cette tentative, encore perfectible, montre que les modèles classiques du C-S-H ne peuvent rendre compte de ces données expérimentales.

Pour ajuster la rhéologie des matériaux cimentaires et modifier leurs principales propriétés d'écoulement, l'utilisation des polymères organiques est nécessaire. L'objectif de cette thèse est de définir un cadre général physique permettant de caractériser qualitativement les conséquences de l'introduction d'un ou plusieurs polymères dans une pâte de ciment. De façon à s'affranchir des spécificités chimiques de chaque molécule, nous prenons le parti d'adopter une approche physique générale dans laquelle un polymère est défini par sa localisation (en solution ou à la surface d'un grain) et par sa taille caractéristique (en solution ou à la surface d'un grain). Nous sélectionnons des polymères couvrant la gamme de molécules disponibles lors de la formulation d'un matériau cimentaire : super-plastifiants, agents de viscosité, retardateurs de prise, floculants. Dans un premier temps, nous étudions le comportement des polymères dans le fluide interstitiel d'une pâte de ciment. Nous mesurons leurs rayons hydrodynamiques en solution et leur influence sur la viscosité du fluide interstitiel d'une pâte de ciment. Nous montrons qu'au premier ordre, la conformation, en régime dilué, de la majorité des polymères étudiés ici et tirés de la littérature, peut être décrite par la même courbe maitresse en fonction de la masse molaire. Nous identifions la fraction volumique des polymères en solution comme le paramètre principal qui est à même de capturer la physique dominante et commune à la majorité des polymères étudiés ici et régissant leur comportement macroscopique en solution. Nous étudions ensuite le comportement des polymères dans une pâte de ciment. Nous mesurons leur adsorption à la surface des particules de ciment et nous analysons les résultats obtenus dans deux régimes asymptotiques de la littérature: le régime d'adsorption à faible taux de couverture de surface et le régime d'adsorption à la saturation qui nous donnent respectivement des informations sur l'affinité intrinsèque du trio polymère/surface/solvant et sur la conformation des polymères adsorbés à la saturation. Nous discutons alors les valeurs d'affinité et d'adsorption à la saturation mesurées à la lueur des paramètres et des structures moléculaires de nos polymères. Dans une troisième partie, nous rappelons les origines physiques microscopiques du comportement rhéologique d'une pâte de ciment. Nous identifions, dans le cas où les polymères n'introduisent pas de nouvelles forces dans le système deux paramètres principaux, la distance inter-particulaire et la viscosité du fluide interstitiel, qui peuvent être ajustés par l'ajout de polymères et entrainer des changements majeurs dans la rhéologie d'une pâte de ciment standard. Dans une dernière partie, nous étudions la compétition d'adsorption entre polymères à la surface des particules de ciment. Nous proposons tout d'abord un protocole expérimental basé sur des mesures de diffraction dynamique de la lumière nous permettant de distinguer les adsorptions respectives de deux polymères sur une même surface. Nous illustrons ensuite la compétition d'adsorption et l'utilisation potentielle qui peut être faite de cette technique en étudiant successivement les compétitions d'adsorption entre un super-plastifiant et trois autres espèces adsorbantes : des ions sulfates, un retardateur de prise et un agent de viscosité. Nous montrons que, selon le taux de couverture de surface, cette compétition peut être plus au moins marquée et ses conséquences rhéologiques plus au moins drastiques. L'approche physique proposée ici consistant à ignorer autant que possible les spécificités chimiques des macromolécules étudiées atteint, à plusieurs occasions, ses limites. Lorsque c'est le cas, nous regroupons à la fin des parties concernées les discussions et analyses des situations où l'introduction d'un polymère dévie de la réponse générique au premier ordre obtenue pour l‘ensemble des autres macromolécules étudiées
To fulfil the rheological requirements of cementitious materials, mix designer engineers use various polymers. Theses admixtures either stay in the suspending fluid modifying its viscosity or adsorb at the surface of cement particles modifying their surface properties and their interactions. In this work, we propose a general physical frame allowing for the description of the consequences of the addition of one or various polymers on the rheology of cement paste. We identify two main parameters affecting the rheology of cement paste, which can be modified by chemical admixtures. These parameters are the inter-particle distance and the viscosity of the suspending fluid. Our solution viscosity and hydrodynamic radii measurements in synthetic cement pore solution suggest that the volume fraction of polymers is the main parameter enhancing the viscosity of the suspending fluid. By means of rheological and adsorption measurements, we study the effects of polymers on the inter-particle distance and the rheological behavior of the suspension. Finally, we study the competitive adsorption between polymers at the surface of cement particles. We propose a technique based on dynamic light scattering measurements allowing for the measurement of the respective adsorption of two polymers at the surface of cement particles. We then study the competitive adsorption between a super-plasticizer and sulfate ions, retarder or viscosity enhancing admixtures

Le volume de pâte, comme le contenu en ciment, a été un paramètre peu étudié en termes de performance du béton. En réalité, la plupart des recherches se sont concentrées sur la qualité de la pâte et non sa quantité. il existe cependant un intérêt permanent dans la diminution du volume de pâte dans le béton, du fait de motivations environnementales et économiques. Certaines des normes actuellement en vigueur définissent des teneurs minimales en pâte ou en ciment, pour des rapports E/C donnés, mais les dernières avancées en matière d'adjuvants et de meilleures modélisations de l'empilement des granulats permettent aujourd'hui de réduire la teneur en ciment (volume de pâte) sous les dites limites. La collecte et l'interprétation de données bibliographiques a permis d'identifier les effets du volume de pâte sur certaines des principales caractéristiques du béton. La présente recherche a mis en évidence expérimentalement certaines des tendances identifiées lors de l'analyse préliminaire de données et a permis d'en comprendre certaines autres, jusqu'alors peu claires. C'est ainsi qu'on a montré qu'une diminution du volume de pâte, à qualité constante, augmente la résistance à la compression, à l'abrasion, le module élastique, et diminue la maniabilité, le ressuage, le retrait, la porosité, l'absorption capillaire et la pénétration des ions chlorures. Dans les domaines étudiés, le volume de pâte n'a pas montré d'effet sur la prise, la résistance à la flexion et l'avancement du front de carbonatation. L'utilisation d'adjuvants de dernière génération (polycarboxylate), ainsi qu'une optimisation granulométrique progressive, en utilisant le modèle MEC, a permis d'obtenir des bétons avec des volumes de pâte et des teneurs en ciment inférieurs aux limites imposées par les normes, avec de meilleurs maniabilité, comportement mécanique et durabilité que les bétons usuels.

Le volume de pâte, comme le contenu en ciment, a été un paramètre peu étudié en termes de performance du béton. En réalité, la plupart des recherches se sont concentrées sur la qualité de la pâte et non sa quantité. Il existe cependant un intérêt permanent dans la diminution du volume de pâte dans le béton, du fait de motivations environnementales et économiques. Certaines des normes actuellement en vigueur définissent des teneurs minimales en pâte ou en ciment, pour des rapports E/C donnés, mais les dernières avancées en matière d'adjuvants et de meilleures modélisations de l'empilement des granulats permettent aujourd'hui de réduire la teneur en ciment (volume de pâte) sous les dites limites. La collecte et l'interprétation de données bibliographiques a permis d'identifier les effets du volume de pâte sur certaines des principales caractéristiques du béton. La présente recherche a mis en évidence expérimentalement certaines des tendances identifiées lors de l'analyse préliminaire de données et a permis d'en comprendre certaines autres, jusqu'alors peu claires. C'est ainsi qu'on a montré qu'une diminution du volume de pâte, à qualité constante, augmente la résistance à la compression, à l'abrasion, le module élastique, et diminue la maniabilité, le ressuage, le retrait, la porosité, l'absorption capillaire et la pénétration des ions chlorures. Dans les domaines étudiés, le volume de pâte n'a pas montré d'effet sur la prise, la résistance à la flexion et l'avancement du front de carbonatation. L'utilisation d'adjuvants de dernière génération (polycarboxylate), ainsi qu'une optimisation granulométrique progressive, en utilisant le modèle MEC, a permis d'obtenir des bétons avec des volumes de pâte et des teneurs en ciment inférieurs aux limites imposées par les normes, avec de meilleurs maniabilité, comportement mécanique et durabilité que les bétons usuels
The paste volume or the cement content is a parameter still not well studied regarding the performance of concrete. Actually the majority of the investigations were focused on the quality of the paste and not its quantity. However there is a permanently growing interest to reduce the paste volume in concrete, for environmental and economical reasons. Nowadays some standards define a minimum paste or cement content for certain W/C ratios, but improvements in admixtures and better grading models allow reducing of the cement content/paste volume below these limits. The collection and processing of the bibliography data allowed identifying the effects of the paste volume on some of the principal concrete properties. This research proofed through experiments some of the identified tendencies in the data analysis and it helped to comprehend other still unclear tendencies. When the paste volume is reduced, while maintaining its quality, compressive strength, abrasion, and elastic module grow and workability, bleeding, shrinkage, porosity, capillary absorption and penetration of the chloride ion are reduced. In the evaluated ranges, the reduction of the paste volume did not show effects on the concrete setting times, flexural strength and the progression of carbonation. The use of admixtures of the last generation (polycarboxilate) and an optimal granulate progression using the MEC model, allowed to produce concretes with paste volumes and cement contents below the limits defined by the codes. They have a better workability, mechanic behavior and durability than the conventional concretes