Bien que les pertes engendrées par le rebond en béton projeté ne soit pas une thématique nouvelle, les dernières recherches dans le domaine ont permis de souligner et de quantifier l’importance de ce phénomène du point de vue économique et environnemental. De plus, l’industrie a vu se multiplier au cours des dernières décennies des mélanges de béton à haute technicité, tel les Bétons Fibrés Ultra-haute Performance (BFUP) ou les bétons à ultra-haute résistance initiale. Il ressort du constat actuel que l’équipement disponible en béton projeté par voie sèche ne semble plus tout à fait à même de surmonter les problématiques qui lui incombent, à savoir être capable de projeter tout type de béton, tout en limitant les pertes dues au rebond de façon acceptable. Au cours des dernières années, une démarche instaurée au Laboratoire de Béton Projeté de l’Université Laval a mis au jour un certain nombre de mécanismes se produisant dans le jet de béton en fonction de l’équipement employé. Ainsi, grâce à l’expertise acquise au cours des précédents travaux, ce projet de recherche a pu dépasser la simple observation en agissant directement sur l’équipement, la buse, afin de modifier le flux de matériau. Par la conception et la réalisation d’un anneau de mouillage et d’un embout de lance, il a alors été possible d’atteindre une diminution du rebond allant jusqu’à 50% comparativement aux lances courtes actuellement utilisées, tout en produisant un béton plus homogène. Ces résultats exceptionnels s’appuient essentiellement sur l’homogénéisation du profil de vitesses, élément clé dans l’optimisation du jet. L’équipement développé a par ailleurs permis la projection des bétons à haute technicité mentionnés précédemment. Ce projet ouvre la voie à un grand nombre de perspectives de recherches sur l’équipement, et permet de se rapprocher un peu plus d’une modélisation du rebond à l’échelle du jet. / Although losses due to rebound is not a new topic, the latest studies have highlighted and quantified the magnitude of this phenomenon from an economical and an environmental points of view. Moreover, the industry has seen a multiplication over the past decade of high-tech concrete mixes, such as Ultra High-Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) or ultra-high early strength concrete. The current situation is that the equipment available for dry-mix shotcrete seems no longer fully adapted to overcome the issues it has to, namely being able to shoot all types of concrete, while minimizing the losses due to rebound. Over the past few years, an approach introduced at the Shotcrete Laboratory at Laval University has uncovered a number of mechanisms that occur in the shotcrete spray depending on the equipment used. Thus, thanks to the acquired expertise during these previous works, this research project has been able to go beyond simple observation by acting directly on the equipment, the nozzle, in order to modify the material spray characteristics. By designing and producing a water ring and a nozzle tip, it has been possible to achieve rebound reduction of up to 50% compared to short nozzles currently used, while producing a more homogeneous concrete. These exceptional results are essentially based on the velocity profile homogenization, a key element in spray optimization. The equipment developed has also made it possible to shoot the high-tech concretes mentioned above. This project paves the way to a large number of research perspectives on the equipment, and allows to get closer to a full modeling of the rebound at the spray-scale level.

Le retrait du béton ne peut généralement se manifester librement et puisqu’il existe de multiples éléments de restriction dans les ouvrages neufs et réparés, les efforts induits peuvent conduire à la fissuration du béton. Les conséquences de la fissuration due au retrait restreint des ouvrages en béton sont multiples, telles qu’une détérioration précoce par la migration facilitée des agents agressifs et une augmentation des coûts de maintenance. Un moyen de mitiger la fissuration due au retrait gêné est d’utiliser des liants ou agents expansifs afin de fabriquer des bétons à retrait compensé (BRC). De nouvelles méthodes de caractérisation volumétrique des bétons à retrait compensé ont été développées. Une procédure d’essai annulaire inspirée d’une procédure normalisée de retrait restreint (AASHTO T334) a été mise au point. Au lieu d’avoir un anneau restrictif gênant au cœur la contraction d’une éprouvette annulaire en béton, l’anneau restrictif est externe afin de restreindre exclusivement le gonflement des bétons expansifs. Deux méthodes d’essai de retrait libre complémentaires ont de plus été développées. Trois types d’agents expansifs ont été étudiés, à différents dosages: un à base de sulfoaluminate de calcium (type K), un deuxième à base de CaO (type G) et un dernier à base de MgO (appelé type MgO). Certaines formulations ont intégré un adjuvant réducteur de retrait (ARR). Les mélanges de bétons ont été préparés à deux rapports E/L, 0,40 et 0,50. Les résultats obtenus montrent que l’essai annulaire d’expansion gênée permet de bien capturer l’évolution du comportement volumétrique des bétons à retrait compensé en phase d’expansion et de retrait, jusqu’à l’obtention d’un bilan déformationnel nul. À partir des résultats obtenus, il a été observé que le comportement volumétrique des BRC en phase de mûrissement et de séchage est influencé par le dosage et le type d’agent expansif, de même que par le rapport E/L. / Shrinkage of concrete cannot usually occur freely, and because there are multiple sources of restraint in both new and repaired infrastructures, stresses are induced and can eventually lead to cracking. The consequences of concrete cracking due to restrained shrinkage are potentially harmful, notably by facilitating the migration of aggressive agents. One way to mitigate cracking due to restrained shrinkage is the use of expansive binders or components in order to make shrinkage compensating concretes. New methods for characterizing the volumetric behaviour of shrinkage compensating concretes have been developed. A testing method inspired of an existing restrained shrinkage ring test procedure (AASHTO T334) has been developed. Instead of having an inner ring restraining the shrinkage of a concrete annulus, the restrictive ring is external, thus restraining the swelling of the expansive material. Moreover, two complementary free shrinkage testing methods have been developed. Three expansive systems have been studied, at different rates of addition: a calcium sulfoaluminate-based expansive system, a CaO-based expansive system, and a MgO-based expansive system. Some formulations have integrated a shrinkage reducing agent. The mixtures were prepared for two w/cm values, 0.40 and 0.50. The experimental data show that the expansion restraint ring test can capture adequately the volumetric behaviour of ShCC’s in the expansive and shrinkage phases, up to the point of “zero net strain”. From the test results, it could be concluded that the volumetric behaviour of ShCC’s in both the curing and drying phases is influenced by the dosage and type of expansive component, as well as the w/cm value.

Les objectifs visés dans ce travail sont de: i) Concevoir et fabriquer des bétons à très haute résistance, ayant une résistance en compression simple comprise entre 60 et 120 MPa, En effet, on dispose de très peu de données scientifiques sur les caractéristiques des bétons à très haute résistance dans cette plage de résistance. ii) Échantillonner ces différents bétons pour déterminer: 1) leur résistance en compression simple (f’c) à ld, *7d, 28d, 91d et1 an;2) leur module d'élasticité;3) leur résistance en flexion (f’r à 7d, 28d et 91 d. iii) Essayer d'établir des corrélations entre:1) la résistance en compression simple et le module d'élasticité;2) la résistance en compression simple et la résistance en flexion (module de rupture);3) la résistance en compression simple et le coefficient de Poisson. iv) Étudier la microstructure des bétons à très haute résistance. * Id = 1 jour

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Ce mémoire de maîtrise présente les résultats de l’évaluation de l’endommagement d’une série de 35 éprouvettes de béton préalablement testés pour la réaction alcalis-silice (RAS) lors d’essais sur prismes de béton effectués dans le cadre du projet norvégien COIN. Ces prismes, confectionnés avec une variété de granulats réactifs et de matériaux cimentaires, ont été testés dans différentes conditions de laboratoire conformément à plusieurs normes d’essais utilisés en Amérique du Nord et en Europe. Pour évaluer l’endommagement du béton, une méthode pétrographique de quantification de l’endommagement du béton a été utilisée, soit le Damage Rating Index (DRI). Lors de cet essai, un pétrographe comptabilise les indices d’endommagement à l’aide d’un stéréomicroscope (grossissement 15x) sur une plaque de béton polie, afin d’en identifier le nombre DRI. Cet essai est de plus en plus utilisé en Amérique du Nord; cependant, aucune procédure d’essai normalisée n’est encore disponible. Les objectifs de cette étude étaient 1), d’évaluer la répétabilité attribuable au même opérateur, 2), d’évaluer l’applicabilité du DRI à l’analyse spatiale de l’endommagement d’un même spécimen, 3), de valider si la méthode est efficace pour des bétons incorporant des ajouts cimentaires et 4), de confirmer si des indices pétrographiques attribuables à la RAS peuvent être observés à l’échelle du DRI sur des spécimens ayant atteint une expansion près de la limite de 0.040% ou moins. La variabilité attribuable au même opérateur a été déterminée par ANOVA à l’aide d’un logiciel de statistique permettant d’analyser la variance dite «ponctuelle» à l’échelle d’un cm². Les résultats ainsi obtenus démontre que l’expérience de l’opérateur influence grandement la variabilité des résultats de l’essai, alors qu’une certaine expérience est requise pour obtenir une constance raisonable dans la réalisation de l’essai. Cela dit, une certaine variabilité demeure toujours présente, puisqu’un coefficient de variation ponctuel très élevé allant de 61.0 à 120.4% a été obtenu pour un opérateur expérimenté. Cette variabilité est directement reliée à l’endommagement du spécimen, i.e. pour un endommagement plus élevé, une variabilité (relative) plus faible est obtenue. En utilisant la théorie de l’échantillonage, une équation permettant d’évaluer la marge d’erreur (seuil de confiance de 95%) correspondant à l’incertitude intrumentale sur un nombre DRI obtenu par l’opérateur de cette étude sur un certain nombre de cm² a été obtenue. Bien que les coefficients de variation ponctuels obtenus soient très élevés, l’incertitude d’un même opérateur à l’échelle d’une surface suffisamment grande (± 200 cm²) est de ≈11% (dépendant du niveau d’endommagement), ce qui est comparable à l’incertitude liée la répétabilité (intra-laboratoire) mesurée pour plusieurs autres essais fréquemment utilisés tels que l’ASTM C457 (≈16%) ou l’ancienne RILEM AAR-3 (≈16-23%). Trois méthodes d’analyse spatiale de l’endommagement à partir du DRI ont été développées lors de cette étude, soit 1), l’évaluation du profil d’endommagement du béton par l’entremise de groupe de lignes (i.e. peau vs cœur selon l’axe longitudinal de l’éprouvette); 2), l’évaluation du profil d’endommagement du béton par l’entremise de zones d’égale dimension (e.g. 50 cm²) situées d’une extrémité à l’autre de l’éprouvette (sommet vers la base); 3), une carte d’intensité de l’endommagement (DRI damage map) permettant une appréciation qualitative/visuelle de la variabilité de l’endommagement sur la surface entière de l’éprouvette. Les résultats obtenus démontrent que le DRI est assez sensible pour permettre l’analyse spatiale de l’endommagement pour un même spécimen si les variations d’endommagement locales sont présentes sur une surface suffisamment grande, c’est-à-dire ± 50 cm². Cependant, le DRI damage map est considéré comme l’outil le moins fiable. L’analyse spatiale de l’endommagement des prismes de béton suggère que certains mélanges cimentaires ou certaines conditions de laboratoire (e.g. lessivage des alcalis ou enveloppement des éprouvettes dans un tissu préalablement trempé dans une solution alcaline) peuvent générer différents patrons de fissuration à l’intérieur du prisme. L’examen visuel par la méthode du DRI de prismes de béton manufacturés à partir de mélanges cimentaires différents (avec et sans ajouts cimentaires) ayant une expansion similaire a démontré qu’un niveau d’endommagement non négligeable peut parfois être observé dans des bétons incorporant des ajouts cimentaires mais relativement peu affectées par la RAS. Ces valeurs de DRI plus élevées sont entièrement causées par la présence de fines fissures dans le pâte de ciment. Il est suggéré que ces fissures résultent d’un autre mécanisme d’endommagement, tel que le retrait, et/ou que l’augmentation du contraste de couleur entre la pâte de ciment et ces fissures permet à l’opérateur de plus facilement les distinguer. Ce type de fissures a en effet été identifié principalement pour des bétons incorporant du laitier de hauts-fourneaux alors qu’elles ne furent pas observées pour les bétons fabriqués avec des cendres volantes. L’examen pétrographique des prismes ayant subi une expansion entre 0.022 et 0.041% a démontré que plusieurs indices pétrographiques reliés à la RAS peuvent être observés à l’aide d’un stéréomicroscope à l’échelle du DRI (grossissement de 15x), et ce même à ce niveau d’expansion. De plus, certains indices d’endommagement attribuables à la RAS, tels que les fissures ouvertes dans les particules de granulat avec produits de réaction et les fissures dans la pâte de ciment avec produits de réaction,ont pu être observés à quelques reprises sur ces bétons faiblement endommagés. Cela mène à la conclusion que la RAS peut bel et bien être diagnostiquée lors de l’examen visuel d’une plaque de béton polie à l’échelle du DRI, et ce à une expansion aussi faible que 0.022%. / This MSc dissertation provides the results of quantitative damage assessments, using the Damage Rating Index (DRI) method and petrographic examination, of 35 concrete prisms that were manufactured with different aggregates and binders as well as being exposed to different testing conditions through the Norwegian COIN project. Visual examination of the test prisms was conducted with a stereomicroscope at a ≈15x magnification along with damage assessment through DRI. The objectives of the study were 1) to appraise the single operator variability of the DRI method, 2) appraise the “sensivity” of the method to apply damage spatial analysis within the same specimen,3) validate whether the method is suited for the damage assessment in concrete incorporating SCMs and 4) confirm whether petrographic features of ASR can be identified at the DRI scale on specimens with an expansion close to the limit of 0.040% or lower. Upon replicate DRI determinations on eight specimens, the single operator variability was determined for each square (cm²) within the test specimens by ANOVA. The results obtained highlighted that the experience of the operator significantly influences the single operator variability and that a certain experience is required before achieving a reasonable consistency. The single operator variability determined at the scale of each square is considerably high with coefficients of variation ranging between 61.0 and 120.4%, depending on the magnitude of the DRI number of the specimen. The latter is directly influenced by the damage level of the specimen, i.e. the more damage -the lower the variability (from a relative point of view). By applying the sampling theory to the single operator variability found in this study, a margin of error related to the instrumental measurement uncertainty was determined. It was found that the instrumental measurement uncertainty of the method (i.e. the repeatability of the measuring instrument) for an experienced operator is equal to ≈11% (depending on the damage degree) when analysing approximately 200 cm². The latter can be compared to other test methods frequently used in laboratories like the former AAR-3 (≈16-23%) or the ASTM C457 (≈16%). Three DRI spatial analysis tools were developed for this study, i.e. 1) the DRI damage mapping, 2) the analysis of grouped lines and 3) the damage profile. In summary, the DRI damage mapping consists in analysing the DRI number of each square separately and classifying them with a color code depending on the damage degree, hence qualitatively/visually identify damage contrast. The analysis of grouped lines consists in separating the specimen in grouped lines of equal distance (laterally) from the prism’s surface and assessing individually their respective DRI values within the specimen. The damage profile consists in separating the prism in zone of equal areas (4 or 9, depending on the prism size) from the top to the bottom and assess their respective DRI number. According to the results obtained in this study, the DRI method is “sensitive” enough for damage spatial analysis if local damage variations are present within an area large enough, i.e. ± 50 cm², although the DRI damage mapping is the less reliable of the above tools. Otherwise, the method’s single-operator precision (i.e. repeatability) is not highenough to provide a relatively good indication of the extent of damage variations at such small scale. Overall, the damage assessed within prisms suggest that some binder types or exposure conditions (e.g. alkali leaching or alkali wrapping) may induce certain internal damage variations. Comparing the damage degree of prisms with equal expansion but different binder types (with and without SCMs) revealed a somewhat higher degree of damage assessed through the DRI method for some SCM-bearing specimens. In this study, the use of fly ash was found to have no effect on DRI number, whereas an increase in DRI number was found for specimens of similar expansion incorporating slag. This damage increment is largely due to an increase of counted cracks in the cement paste, which is believed to be either caused by another damage mechanism (such as shrinkage) or the higher contrast between the whitish cracks and the darker cement paste making them easier to be noticed by the operator. Even for specimens with an expansion between 0.022 to 0.041%, several ASR petrographic features like voids of the cement paste filled/lined with secondary reaction products or reaction rims (depending on the aggregate type) can be noticed when conducting the DRI (with a stereomicroscope at ≈ 15x magnification). Other ASR damage features like opened cracks in the aggregate particles with reaction products or cracks in the cement paste with reaction products were also noticed in those specimens, although rare.This leads to the conclusion that ASR can be diagnosed visually when performing DRI determination on concrete specimens with an expansion as low as 0.022%.

Depuis plusieurs années, la perte causée par le rebond en béton projeté fait l'objet de préoccupations environnementales. L'optimisation continue de l'équipement et de la mise en place permet de rendre la technique de projection plus efficiente. Le laboratoire de béton projeté de l'Université Laval enchaine ainsi les projets de recherche afin d'avoir une meilleure compréhension et un contrôle accru du phénomène. Les connaissances acquises dirigent cette recherche vers une caractérisation plus complète de la projection par voie sèche et de son substrat récepteur à l'état frais. Un montage à échelle réduite incluant les avancées récentes de l'équipement a été développé afin d'offrir des avantages technologiques et environnementaux non négligeables. Cette implantation permet de s'affranchir de certains problèmes associés à la méthode traditionnelle à l'échelle 1 :1 et d'évaluer plusieurs mélanges à dosages d'adjuvants variés, et ce, rapidement et sans la production et l'utilisation excessive de matériau. Le béton mis en place de façon gravitaire est généralement caractérisé à l'état frais à l'aide de paramètres rhéologiques. Cependant, les appareils traditionnels de mesures, tel que les rhéomètres, ne peuvent être utilisés en béton projeté par voie sèche à cause la consistance du matériau mis en place. Une méthodologie a alors été proposée afin de pouvoir étudier et de vérifier l'applicabilité des paramètres rhéologiques. La complexité des phénomènes présents lors de la mise en place du béton projeté par voie sèche a cependant montré la difficulté de capturer les effets visés. Cela a permis d'introduire le concept d'historique rhéologique. Le concept d'historique rhéologique présenté permet d'unir plusieurs paramètres théoriques et diverses constatations expérimentales ainsi que de proposer une approche différente de la description du matériau à l'état frais et de sa mise en place. Il identifie deux zones distinctes sur la surface réceptrice par une fréquence énergétique critique. Ces zones sont définies selon l'état du substrat : fluide ou élastoplastique. Ces deux états sont incontournables et se comportent différemment, ce qui nécessite de les caractériser séparément. L'évaluation des propriétés de la couche élastoplastique a ensuite été abordée avec une caractérisation énergétique du matériau. Le concept d'historique rhéologique mène à une évaluation et compréhension plus détaillée du matériau de même qu'à l'optimisation de sa composition et de sa mise en place, qui se matérialisera vraisemblablement à travers une démarche la perspective de modélisation et de prédiction du rebond. / For several years, the loss of material caused by rebound in shotcrete has been the subject of environmental concerns. Continuous optimization of equipment and placement makes the spaying technique more efficient. Université Laval's shotcrete laboratory has been carrying out a number of research projects in order to gain a better understanding and better control over the phenomenon. The knowledge acquired is orienting this research towards a more complete characterization of dry-mix shotcrete and its fresh substrate. A small-scale assembly, including recent technological advances on equipment, has been developed to provide significant technological and environmental benefits. Therefore, this implantation makes it possible to overcome certain problems of the traditional method and evaluate several mix-design with multiple dosages of admixtures quickly and without production and excessive use of material. Cast-in-place concrete is generally characterized in its fresh state using rheological parameters. However, traditional testing devices, such as rheometers, cannot be used with dry-mix shotcrete because of the consistency of the material spayed. Thus, a methodology was proposed in order to study and verify the applicability of rheological parameters. The complexity of the phenomenon present during placement of dry shotcrete, however, has proven this methodology inadequate to successfully capture the sought effects. This permitted to introduce the rheological history concept. The rheological history concept unites several theoretical parameters and experimental observations and offers a different approach for the description of the fresh state material and its placement. It identifies two areas separated by a critical energetic frequency. These areas are defined according to the condition of the substrate: fluid or elastoplastic. These two states are unavoidable and behave differently, which requires characterizing them separately. The evaluation of the elastoplastic layer's properties was approached with an energetic characterization of the material. The rheological history concept leads to a more detailed evaluation and understanding of the material, and the optimization of its composition and placement while bringing closer the perspective of rebound modeling and prediction.

L’impact écologique de la construction des infrastructures est l’une des préoccupations qui occupent le plus les recherches dans le domaine. Des recherches récentes ont montré l’importance des pertes engendrées par le rebond en béton projeté et ont remis cette thématique à l’avant de la scène. C’est dans cette dynamique que le Laboratoire de béton projeté du CRIB de l’Université Laval s’est inscrit en menant de plus en plus de projets afin de mieux comprendre et diminuer ces pertes. Le présent projet s’intéresse particulièrement à la compréhension du phénomène du rebond à l’échelle du jet afin de faciliter et promouvoir les développements sur l’effet de l’équipement et des matériaux choisis sur le rebond. Ce projet est composé de deux parties distinctes, l’une se concentrant sur la mise en place d’un modèle du rebond à l’échelle du jet et l’autre développant un programme d’automatisation de l’acquisition de la distribution des vitesses dans le jet. D’abord, afin de faciliter l’obtention des données expérimentales nécessaires à l’étude à l’échelle du jet, un programme informatique a été développé. Ce programme est basé sur une méthode de calcul du flux optique développé par Blanck & Anadam (1996). À partir de deux images successives, la vitesse des particules est déterminée. En améliorant la qualité des images recueillies et en traitant un grand nombre d’image, une estimation de la distribution des vitesses peut être faite. Les résultats les plus encourageants ont été obtenus lors de projections où la qualité des images capturées a été optimisée. Par ailleurs, un modèle du rebond à l’échelle du jet a été développé en se basant sur des travaux antérieurs en béton projeté. Armelin (1998) a développé un modèle du rebond pour une seule particule basée sur un modèle élastoplastique du substrat et à partir de l’énergie cinétique de la particule incidente. Ensuite, Ginouse (2014) a développé des essais permettant de caractériser cette énergie à l’échelle du jet. En combinant les résultats de ces deux études, nous sommes parvenus initialement à créer un nouveau modèle du rebond à l’échelle du jet dont les résultats sont corrélés avec les résultats expérimentaux, mais dans lequel les valeurs de rebond sont fortement surestimées. Cependant, en introduisant un nouveau concept lié aux variations des propriétés rhéologiques du substrat suite à la vibration amenée par les particules incidentes qui le frappent, une meilleure prédiction du rebond a été atteinte. En conclusion, ce projet a rempli sa mission d’explorer et d’ouvrir la voie à l’automatisation de la mesure de la distribution de vitesses dans le jet, ainsi que de poser les bases et développer un modèle du rebond à l’échelle du jet en tenant compte des variations de propriétés rhéologiques dans les différentes zones du substrat. / The environmental impact of civil engineering construction is one of the main concerns found in most research efforts in the field. Recent research has shown the importance of the amount of waste generated by rebound in the shotcrete process and has emphasized this aspect in this field. The project was undertook at Laval University’s Shotcrete Laboratory and is part of an effort to better understand rebound mechanisms that generate this waste. It investigates the rebound at the spray-scale to help understand how equipment and material choises affect this phenomenon. This project is divided in two distinct portions: a rebound model at the spray scale and the implementation of a program to automate the calculation of the particle velocity distributions in the spray. First, in order to help generate the experimental data required to study rebound at the sprayscale, a computer program has been developed. This program is based on an optical flow method developed by Black & Anadam (1996). From two successive images, particle velocities are calculated. Working with a large number of images and enhancing their quality allowed to approximate the velocity distribution in the spray. The most promising results were obtained during analysis when the image quality was best optimized. A rebound model at the spray-scale was then developed by combining the results of previous research projects in shotcrete. Armelin (1998) was the first to develope a particle-scale rebound model based on an elastoplastic representation of the substrate and on the incident kinetic energy of the particle. Ginouze in 2014 then developed different testing methods that allowed a complete characterization of the shotcrete spray. By combining the results of these studies, a new spray-scale rebound model was created and the results were correlated the experimental results. Rebound values however were strongly overestimated. By introducing an innovative new concept representing the variations of rheological properties of the substrate due to the vibration caused by the incident particles, a better estimation of rebound was achieved. In conclusion, the project fulfilled its exploring mission and opened the way to automated velocity distribution measurement in the spray. Moreover, solid bases of a rebound spray-scale model were established by taking into account the rheological properties variations in the different substrate areas.

Le retrait de séchage du béton est une des problématiques importantes dans le domaine des réparations de béton, puisque souvent à l’origine d’une diminution de la durabilité de l’intervention. Un béton à retrait compensé (BRC) est sujet aux mêmes processus de retrait de séchage que les bétons de ciment Portland. La différence se fait lors de la période de mûrissement. Lors des premiers jours de l’hydratation d’un BRC, un agent expansif incorporé au ciment cause l’expansion de la pâte avec une amplitude permettant de compenser le retrait de dessiccation du béton. Ce projet de maitrise présente l’étude de la robustesse de plusieurs formulations de BRC, dans le but d’isoler certains paramètres qui influencent le comportement des BRC. Deux types d’agent expansif ont été étudiés, l’un à base de sulfoaluminate de calcium (type K), l’autre à base d’oxyde de calcium (type G). L’analyse de la robustesse se divise en deux parties : la première concerne l’influence des variations de formulations (rapport E/L, types et dosages d’agent expansif, sources du ciment portland utilisées avec l’agent expansif), la deuxième est vouée à l’influence des conditions d’exposition, à savoir la température de cure (5 °C, 23 °C et 38 °C) et la disponibilité en eau lors du mûrissement (soumis à 50 % d’humidité relative, et immergé dans l’eau saturée de chaux). Ensuite, l’adhérence de plusieurs formulations de BRC à des substrats de béton humide et sec a été étudiée. Finalement, la durabilité de certaines formulations de BRC face aux cycles de gel-dégel, à l’attaque des sels fondants et à la pénétration des ions chlores a été caractérisée. Cette étude montre que lorsque certaines conditions sont réunies, le béton reste dans un état de compression ce permettant de réduire le risque de fissuration. Une faible température de cure ne permet pas le développement optimal de l’expansion, ce qui nuit à la compensation du retrait de séchage. Il en est de même en absence de mûrissement humide. Les résultats de l’adhérence des formulations de BRC à un substrat ont globalement été satisfaisants, cependant deux formulations, mises en place sur un substrat « humide », n’ont pas adhéré au substrat. Les essais de durabilité montrent une résistance acceptable à l’écaillage et aux cycles de gel-dégel des BRC. Toutefois, une perméabilité élevée aux ions chlores a été mesurée sur la plupart des formulations de BRC. / Drying shrinkage is one of the least desirable properties of repair concrete, because in restrained conditions, it may lead to shrinkage cracking and thus adversely affecting durability. Shrinkage compensating concrete (ShCC) is prone to the same drying shrinkage as Portland cement concrete. During the first days of ShCC’s hydration, the expansive agent, added to the cement, induce an expansion what balances approximately the subsequent normal drying shrinkage. This project outlines the study of the robustness of several ShCC mixtures design, in order to delineate some parameters influencing the behavior of ShCC. Two kinds of expansive agent is used, one based on calcium sulfoaluminate (type K) and the other based on calcium oxide (type G). The assessment of the robustness is divided in two parts : the first one aims to evaluate the influence of mixture design parameters (w/b ratio, cement composition, kind and ratio of expansive agent), the second one aspires to study the influence of curing conditions (water availability, temperature) on the expansive behavior. Then, the bond between ShCC repairs and concrete substrates were investigated. Being aware of the influence of the water availability on the expansion, each ShCC mixture design was added on a “dry” and a “wet” substrate. Finally, the freezing and thawing resistance, the scaling resistance, and the ability to resist chloride ion penetration were performed to assess the durability of ShCC mixture design. This study shows that certain ShCC mixture design can reduce the risk of cracking by maintaining the concrete in a compressive state. A low curing temperature prevents the expansion and harms the shrinkage compensation. The absence of curing results to the same observation. The results of bonding strength were generally acceptable. However, in the case of two mixtures design cast on a « wet » substrate, the ShCC layer deboned. The durability tests show a generally good resistance to freezing and thawing cycle and to scaling, but a high permeability to chloride ions.

Le béton est le deuxième matériau le plus utilisé par l'homme après l'eau. Il est donc essentiel de toujours progresser dans l'utilisation de ce matériau afin de faciliter au maximum son utilisation et ses performances tout en minimisant son impact environnemental et son coût. L'objectif principal de ce mémoire est d'étudier le potentiel d'un nouveau type de béton fluide, l'ouvrabilité à la frontière entre le béton autoplaçant (BAP) et le béton conventionnel vibré (BCV) : le béton semi-autoplaçant (SAP). L'utilisation du béton SAP permettra de bénéficier de tous les avantages du BAP (réduction du coût global de construction, amélioration de cadences de travail et de la durée de vie des structures) en éliminant les difficultés rencontrées (coût des matériaux, difficultés techniques).Le projet de recherche se décline en plusieurs sous-objectifs : [1] Déterminer l'énergie nécessaire à la consolidation du béton SAP et vérifier sa stabilité sous vibration. [2] Déterminer les méthodes adaptées pour la réalisation de l'essai d'étalement et pour la confection de cylindres de béton SAP et déterminer quels sont les essais les plus adaptés à la caractérisation de la capacité du béton à passer à travers des obstacles (utilisation du J-ring et de la L-Box). [3] Évaluer l'effet des paramètres de formulation (le rapport eau-poudres (E/P), le rapport sable-granulats (S/G) et le pourcentage de remplacement en filler calcaire) et optimiser la formulation d'un béton SAP destiné à la construction de bâtiments et commerciales (35 MPa à 28 jours sans air entraîné). Cette étude montre que le béton SAP requiert jusqu'à 70 % d'énergie de vibration en moins qu'un BCV. Cette énergie dépend principalement du seuil de cisaillement (de l'étalement) du mélange. Il est donc moins coûteux à mettre en place que le BCV. La méthode optimale pour la réalisation des essais d'étalement et la confection de cylindres d'essais est un remplissage du moule en une couche et 10 pilonnages. Pour évaluer la maniabilité d'un béton SAP, on recommandera d'utiliser la L-Box équipée d'une ou deux barres en fonction de l'application destinée au béton.Le premier essai à faire consiste à mesurer le temps d'écoulement du béton pour atteindre l'extrémité de la L-Box (Tbutée).Le deuxième essai consiste à utiliser un vibrateur externe pour vibrer le mélange à l'intérieur du compartiment vertical de L-Box par paliers de 5 s. L'indice correspondant au temps nécessaire à l'obtention d'une capacité de remplissage de la L-box de 80% est appelé"t[indice inférieur 80%]". Lorsque cet indice est inférieur à 5 s, cela signifie que la capacité de remplissage est excellente, un indice entre 5 et 10 s correspond à une capacité de remplissage bonne et un indice supérieur à 10 s, il y a risque de blocage ou une très mauvaise capacité de passage. L'analyse statistique de mélange a été menée selon un plan d'expériences en faisant varier le rapport (E/P), le rapport (S/G) et le remplacement en filler calcaire. Les équations permettant de formuler un mélange selon un cahier des charges sont présentées.

Cette thèse a pour objectif de valoriser par une caractérisation multi-échelle, les bétons à base de chanvre, de lin et de colza, dont les cultures sont plutôt bien développées au niveau régional et national. De par leur composition, ces matériaux, à base de granulats végétaux associés à une matrice minérale, possèdent une forte sensibilité à l’humidité tout en conservant des performances thermiques intéressantes.Leurs propriétés sont en effet fortement liées à une porosité importante, qui leur confère une grande capacité à adsorber et restituer la vapeur d’eau contenue dans l’ambiance environnante ; cette spécificité vient s’interconnecter avec les échanges de chaleur d’une paroi ou d’un bâtiment. Il est donc indispensable de faire une analyse couplée des phénomènes de transferts thermiques et hygriques, non seulement pour déterminer les besoins en chauffage ou renouvellement d’air d’un local, mais aussi pour appréhender le confort des occupants et la durabilité de la construction.En s’appuyant sur de nombreux essais expérimentaux, les principales caractéristiques des matériaux mis en œuvre sont tout d’abord précisées. Est ensuite analysé plus particulièrement le comportement d’une paroi à l’échelle réelle, placée dans des conditions stationnaires ou variables d’humidité et/ou de température. Les propriétés des matériaux implémentées dans un modèle de simulation numérique (SPARK) permettent par ailleurs, et après validation expérimentale, une approche prédictive du comportement hygrothermique d’une paroi ou de l’enveloppe d’un bâtiment. A travers un modèle simplifié pour un local monozone, l’influence de l’inertie hygrique des matériaux sur le taux d’humidité relative de l’ambiance intérieure est mise en évidence / This thesis aims to enhance the use of bio-based materials such as concretes composed with hemp, flax or straw rapes, whose cultures are quite well developed at regional and national level. Due to their composition, these materials, plant-based aggregates associated with an inorganic matrix, have a high moisture sensitivity while retaining advantageous thermal performance.Their properties are indeed strongly associated with a high porosity, which gives them a great capacity to adsorb and release the water vapor contained in the surrounding atmosphere; this specificity comes interconnect with heat exchange of a wall or building. It is therefore essential to analyze the phenomena of coupled thermal and hygric transfers not only to determine the need for heating or for air exchanges, but also to apprehend occupant comfort and durability of construction.Built on many experimental trials, the main characteristics of the used materials are first specified. Then is specifically analyzed the behavior of a scaled wall, placed under stationary or variable conditions of humidity and / or temperature. Moreover, the properties of the materials provide, after implementation in a simulation model (SPARK) and experimental validation, a predictive approach of the hygrothermal behavior of a wall or a building envelope. Through a simplified model for a single zone room, is highlighted the influence of the hygric inertia of the materials on the relative humidity of the indoor atmosphere