La réaction alcalis-silice (RAS) est une des causes principales de détérioration précoce des bétons utilisés dans la fabrication des infrastructures. La RAS, qualifiée de cancer du béton, est une réaction se produisant entre les hydroxydes alcalins de la solution présente dans les pores de la pâte de ciment hydratée et certaines phases minérales siliceuses des granulats. Cette réaction engendre la formation d'un gel expansif qui absorbe des molécules d'eau et diverses espèces ioniques de la solution interstitielle, créant ainsi une pression entraînant la microfissuration interne du béton, la macrofissuration de surface et ultimement, dans certains cas, une réduction significative de la durée de vie utile de l’élément atteint. Ce type de réaction touche un grand nombre de structures au Québec, au Canada et à travers le monde; un des principaux problèmes lié à ce phénomène est qu’il est très difficile de réparer de façon efficace les structures affectées par ce " cancer ". Les essais normalisés A23.2-27A et 28A de l'Association Canadienne de Normalisation (CSA) (2009); (CSA) (2009) proposent diverses mesures préventives afin d'éviter que ne se développe la RAS dans les nouvelles structures de béton. Ces mesures incluent l'utilisation d'ajouts cimentaires ou l’utilisation d’adjuvant chimique à base de lithium. C’est en fait dès le début des années 50 que deux chercheurs ont démontrés que l'utilisation d’adjuvants chimiques à base de nitrate de lithium (LiNO3) tendait à diminuer efficacement l’expansion associée à cette réaction chimique nuisible (McCoy et Caldwell (1951)). Les mécanismes proposés permettant d’expliquer l’efficacité du lithium afin de contrer la RAS sont multiples. Selon Tremblay et al. (2010), certains ont été investigués davantage et certains sont plus probables que d’autres. Ce mémoire portera sur la présentation des différents indices pétrographiques de détérioration permettant d’expliquer l’efficacité du LiNO3 afin de contrer la RAS. Pour ce faire, des essais de laboratoire effectués sur des éprouvettes de béton ainsi que des barres de mortier contenant diverses concentrations en LiNO3 seront présentés. Les indices de détérioration obtenus, un mécanisme pourra être élaboré.

Cette étude a pour but de compléter et d'améliorer les connaissances reliées à l'expansion du béton générée par la réaction alcalis-silice (RAS). Elle est divisée en deux volets : l'expansion atteinte et l'expansion résiduelle. Dans le cadre du premier volet de recherche, deux essais sont évalués afin de vérifier leur potentiel pour déterminer l'expansion atteinte à ce jour d'un béton affecté de RAS. L'indice d'endommagement interne (DRI) présente d'excellentes relations et permet d'estimer l'expansion du béton de façon assez fiable, et ce, même pour l'expansion due au gel/dégel. La présence ou non d'un entraîneur d'air dans le béton fait grandement varier les résultats. Les essais de chargement cyclique (SDT) n'ont malheureusement pas été effectués et les résultats suivront dans une publication scientifique ultérieure. Dans le cadre du deuxième volet de recherche, l'influence de plusieurs paramètres est évaluée au cours de l'essai d'expansion accélérée. Ces paramètres sont : le rapport eau/ciment du béton, l'état de la surface des éprouvettes (moulée vs. forée), le rapport volumique air/béton dans les contenants, le diamètre des éprouvettes, les mesures de protection contre le lessivage, la durée de mûrissement, ainsi que la nature des alcalis. Le rapport volumique air/béton dans les contenants a une influence majeure sur les résultats d'essais : plus il est élevé, plus le lessivage est important et plus l'expansion est faible. Le diamètre des éprouvettes testées (ou leur surface spécifique, inversement proportionnelle au diamètre), est aussi un paramètre très influent : plus le diamètre est faible, plus le lessivage est important et plus l'expansion est faible. Aucune mesure de protection contre le lessivage ne permet une expansion ultime aussi élevée que celle des éprouvettes non protégées, même si elles réduisent le lessivage. Il semble qu'il y ait un seuil critique de lessivage, aux alentours de 20%, au-delà duquel la courbe d'expansion des éprouvettes plafonne.

Le présent mémoire est issu d’une collaboration entre le Ministère des Transports du Québec (MTQ) et le Centre de Recherche sur les Infrastructures en Béton (CRIB) de l’Université Laval lors du réaménagement de l’échangeur Dufferin-Montmorency. La démolition de certaines structures dont la vie utile n’était pas à terme a permis de recueillir une grande quantité d’informations sur l’état d’une structure en béton précontraint du réseau autoroutier québécois. Dans le 5ième chapitre, on y regroupe les observations particulières sur les éléments de précontrainte qui sont habituellement inaccessibles pour l’inspection. Dans le 7ième chapitre, on propose une classification des conditions d’exposition des divers éléments structuraux investigués ainsi qu’une technique numérique pour la prédiction du temps nécessaire avant l’initiation de la corrosion. Les 8ième et 9ième chapitres regroupent les discussions sur l’état de cette structure qui a la particularité d’avoir une portion n’ayant jamais été mise en service. / This work has been possible due to collaboration between the Ministère des Transports du Québec and the Centre de Recherche sur les Infrastructures en Béton de Université Laval at the restructuration of Dufferin-Montmorency overpass. The demolition of structures that haven’t reached their total service life time allowed the production of a great quantity of information on a prestressed structure of the Quebecer road network. In chapter 5, observations on prestressed structures have been grouped. This kind of information is, most of time, unavailable on an existing structure due to impossible inspection. In chapter 7, a classification of different exposure conditions of the inspected structural elements is showed as well as a numerical technique for predicting the time before corrosion starts. The last two chapters relate discussions on the actual state of this structure which is particular because one section has never been exposed to traffic.

Le Damage Rating Index est une méthode pétrographique développée pour quantifier l'endommagement du béton, principalement dû à la réaction alcalis-silice. La méthode n'est cependant pas normalisée et sa variabilité est élevée. La méthode du DRI a donc été réévaluée dans le cadre d'études intralaboratoires. Une nouvelle méthode est proposée, basée sur la méthode originale en retirant des indices moins importants pour l'endommagement et en proposant de nouveaux facteurs pour les indices restants, selon de nouvelles définitions établies pour les fissures dans la pâte. Cette nouvelle méthode donne une variabilité acceptable entre opérateurs. De plus, les travaux réalisés ont permis de démontrer que la méthode du DRI s'avère un outil puissant pour la détermination de l'état d'endommagement du béton affecté par la réaction alcalis-granulats et autres phénomènes délétères.

En étendant le réseau sur des acteurs souvent ignorés dans la recherche de l'histoire de l'art, l'auteur étudie le développement de l'architecture en béton armé en France entre 1889 et 1914. Il analyse les acteurs principaux qui, en moins d'un quart de siècle, forment cette nouvelle architecture qui révolutionne radicalement l'industrie du bâtiment et subséquemment toute l'architecture. Conçues par des entrepreneurs-inventeurs dans le contexte d'une architecture industrielle, les premières solutions architecturales en béton armé, s'orientent aux exigences de la fonctionnalité et de l'économie, tant sur le plan que sur la façade. L'emploi du béton armé dans l'architecture urbaine se limite par contre presque exclusivement aux ossatures dissimulées derrière des façades plus traditionnelles. L'auteur démontre que le développement du béton armé est spécifique du lieu et de l'époque et non pas seulement du matériau. / By expanding the network to actors often ignored in research in art history, the author studies the development of reinforced concrete architecture in France between 1889 and 1914. He analyzes the main actors who, within less than a quarter of a century, shape this new architecture and revolutionize radically the building industry and subsequently architecture as a whole. Developed by builder-inventors in the context of an industrial architecture, the first architectural solutions with reinforced concrete are determined by considerations of functionality and economy, as well on the floor plan as on the façade. On the other hand, the use of reinforced concrete in urban architecture is limited almost exclusively to skeletons, hidden behind more traditional façades. The author shows that the development of reinforced concrete is determined by the site and the time period and not only by the material itself.

La réparation des structures en béton est en plein essor. Utilisées majoritairement pour pallier à des défaillances d'ordre esthétique et fonctionnel, les réparations peuvent compenser des dysfonctions structurales. Cependant, les connaissances sur la participation des réparations au comportement structural des ouvrages sont majoritairement empiriques. L'objectif principal de ce projet est de donner une base scientifique fiable permettant de choisir des matériaux et des techniques de réparation pour des éléments structuraux chargés axialement comme les colonnes. Plus spécifiquement, le projet est approché selon une utilisation combinée de la modélisation et de l'expérimentation. Le but est ainsi d'évaluer la distribution de la charge à l'intérieur de la colonne (substrat + réparation) en faisant varier les conditions aux limites (préchargement, géométrie de la réparation) pour analyser l'influence des propriétés de base des matériaux de réparation (rigidité) sur la répartition des contraintes. Ainsi, dans la première phase du projet, une analyse numérique a été réalisée pour examiner l'influence des principaux paramètres (taille de la réparation, type de béton, épaisseur de la réparation) et pour guider le plan expérimental. Dans la seconde phase du projet, 36 colonnes ont été fabriquées en laboratoire et réparées par la suite avec cinq différents matériaux de réparation choisis principalement pour leur rigidité. Une fois instrumentées, les colonnes ont été testées sur une presse asservie hydrauliquement. L'analyse qui s'ensuit révèle une concordance des résultats numériques et expérimentaux. Les conclusions principales de l'étude montrent que le type de transfert de charge vers la réparation influence le comportement mécanique du système réparé. En effet, la rigidité de la réparation semble être un paramètre influent pour les réparations en contact uniquement par l'adhérence avec le support. Pour ce type de réparation, les réparations rigides et épaisses sont défavorables sur le comportement mécanique du système global. Mots clés : Béton, capacité structurale, colonne, compression, MEF, propriétés mécaniques, réparation

Le béton projeté est un procédé versatile de mise-en-place particulièrement adapté aux besoins de l’industrie moderne de la construction. Quand le béton projeté est spécifié pour des travaux de construction ou de réparation, le matériau doit souvent rencontrer les exigences en termes de résistance en compression, d’absorption après ébullition ou de pénétrabilité aux ions chlorures. Quoique relativement rapides et peu coûteux, ces essais ne permettent pas d’évaluer la durée de vie du matériau, ni de tenir compte des conditions d’exposition environnementales. Cette situation est problématique pour les fournisseurs et utilisateurs de béton projeté qui œuvrent à améliorer la qualité des mélanges. Il existe peu d’information traitant de l’influence du mélange initial et des paramètres de projection sur la durabilité du béton projeté. Ce projet de recherche vise à continuer l’étude des propriétés de transport du béton projeté afin de modéliser la réponse du matériau aux espèces ioniques en milieu agressif. / Shotcrete is a versatile placement process particularly well adapted to the needs of the modern construction industry. When shotcrete is specified for construction or repair work, the material must oftentimes meet a required compressive strength, boiled water absorption or chloride ion penetrability. Although relatively swift and cost-efficient, these tests do not provide an exact assessment of the potential service life provided by the mixture and do not consider the environmental exposure conditions affecting the concrete. This brings sizeable challenges to shotcrete mixture designers attempting to improve the quality of their mixtures. There is currently little information on the influence of the initial mixture design and the shooting parameters on shotcrete durability. This research project aims to continue the study of the transport properties of shotcrete to model the ingress of ionic species into the material in an aggressive environment.

La gestion des interventions sur les ouvrages en béton, publics et privés, n’est pas toujours optimale. Ceci est dû à l’absence d’un protocole complet capable de guider de manière homogène les ingénieurs dans leurs choix relatifs à la priorité ainsi qu’aux types de travaux à effectuer sur leurs ouvrages. Ce manque d’assistance décisionnelle se traduit par des interventions qui ne sont pas toujours optimales en termes de coûts et de durabilité. Ce mémoire présente la méthodologie développée en collaboration avec les ingénieurs d’Hydro-Québec dans le but d’uniformiser, rationaliser et intégrer dans un outil de gestion les différentes étapes requises pour réussir des interventions optimales et de qualité. Trois activités sont essentielles afin de systématiser l’approche de réfection ou d’entretien sur les ouvrages en béton: le diagnostic des dégradations, l’évaluation de la pertinence des interventions et le choix des méthodes et produits de réfection appropriés. Après avoir fait une revue de documentation exhaustive afin de bien cerner le problème, les chapitres de ce mémoire décrivent successivement les approches retenues pour chaque activité en vue d’orienter efficacement les ingénieurs dans la gestion de leurs infrastructures. Plus précisément, un outil informatique a été développé de manière à incorporer les méthodes qui résultent de ce projet de recherche. Un logiciel de ce genre est essentiel, puisqu’en plus de simplifier l’utilisation à grande échelle des divers outils d’évaluation développés, il permet d’uniformiser les méthodologies de travail à l’intérieur d’une organisation de grande taille comme Hydro-Québec. / Hydro-Québec is amongst Canada’s largest hydroelectric companies. It is responsible for maintaining an acceptable level of performance of many concrete dams. In order to do so efficiently, from cost and durability standpoints, the different stages of the condition survey required in the evaluation of the structure must be homogeneized and integrated in a tool capable of assisting the engineer in his choices. These stages are the diagnosis of the causes of concrete distresses, the evaluation of the need of repair or maintenance actions and the selection of the appropriate materials and repair procedures. This document describes the methodologies developed and later incorporated in a computer program, which is able to guide the engineer in a systematic and rational way.

Le béton fibré à ultra-haute performance (BFUP) est doté d'une durabilité exceptionnelle. Les essais de migration accélérée qui sont couramment appliqués pour mesurer la diffusion du chlore dans le béton s’appliquent difficilement aux composites à base de ciment à cause de leur très faible perméabilité, voire ne s’appliquent pas du tout lorsque ces composites contiennent des fibres métalliques. Afin d'évaluer sa durabilité dans les structures, il y a aujourd'hui un besoin critique d'évaluer avec précision le niveau de perméabilité afin que les entreprises prennent confiance à utiliser ce matériau en émergence sur le marché. Des profils de chlore et des coefficients de diffusion de chlore relativement faible Dcl ont été mesurés pour les BFUP avec des fibres organiques et métalliques. Cependant, certains échantillons avec fibres métalliques ont montré une présence de corrosion et des fissures avant la fin de l'essai de migration accélérée. / Ultra-high-performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) is exceptionally durable. Accelerated migration tests are commonly applied to measure the chloride diffusion. This test is applied with difficulty to cementitious composites because their very low permeability, or not at all when these composites such as UHPCs contain metallic fibers. In order to improve its durability in the structural application, there is now a critical need to accurately assess the level of permeability, so that companies gain confidence in using this emerging material on the market. Chloride profiles and relatively low chloride diffusion coefficients Dcl were found for the UHPFRC with organic and metallic fibers. However, some samples with metallic fibers showed corrosion and cracking before the end of the accelerated migration test.

Le béton projeté par voie humide est une méthode de mise en place très populaire dans la construction de tunnels et le soutènement de parois dans les mines. L'utilisation d’un adjuvant accélérateur de prise offre des avantages significatifs en gain de productivité et pour la sécurité des travailleurs pendant la réalisation du travail. Cependant, l’effet de ces adjuvants, et particulièrement leur dosage, sur la durée de vie du béton projeté est mal compris et souvent négligé. Le dosage de l’adjuvant en chantier est souvent élevé, ce qui a pour conséquence de faire augmenter les coûts de production et réduire la qualité du béton. Cette recherche a pour objectif d’étudier l'influence de l'utilisation des accélérateurs de prise sur la durabilité du béton comme matériau, en considérant les particularités du béton projeté et en profitant des avancées faites en matière de prédiction de la durée de vie des bétons conventionnels. L’effet d’un adjuvant accélérateur de prise (à différents dosages) à base de sulfate d’aluminium (A/$) sera étudié. Les résultats permettront d’améliorer la qualité des applications de béton projeté dans l'industrie de la construction et les devis qui, chaque jour, sont plus exigeants et requièrent des performances de plus en plus élevées. Les données générées à partir des différents essais réalisés sont très intéressantes, car elles démontrent la complexité d’une telle étude à cause des changements non proportionnels des caractéristiques du béton avec différents dosages d’accélérateur de prise. De plus, les données générées illustrent bien l'influence de l’adjuvant accélérateur de prise sur la qualité du béton. / Wet-mix shotcrete is a widely used placement method in tunnelling and ground support. The use of a set accelerating admixture provides significant advantages in terms of productivity gains and worker safety during work progress. However, knowledge about adverse effects linked the use of set accelerator admixture (and particularly its dosage) is very limited. Indeed, dosage control is sometimes overlooked on the job site or the accelerator may be misguidedly overdosed, with the consequence of increasing costs and reducing the quality of the in-place shotcrete. The goal of this research is to study and better understand the effects of the use of set accelarating admixture on the durability of concrete as a material, starting with the particularities of shotcrete and taking advantage of the latest tools in modelling service life of conventional concretes. An alkali-free set accelerating admixture (at different dosages) based on aluminium-sulphate salts (A/$) will be investigated. The results will help improve the quality of shotcrete applications in the construction industry, and specifications which are increasingly demanding and require everimproving performances. The data generated from the several tests performed is very interesting, because it shows the intricacies of such an investigation due to the non-linear changes of concrete using different set accelerator dosages. It also demonstrates clearly the effects of using high dosages of set accelerating admixtures on the quality of shotcrete.