Le béton projeté est une méthode de mise en place rapide, économique et polyvalente qui offre de multiples avantages par rapport au béton conventionnel dans divers types de constructions nouvelles et dans les réparations. Un des grands avantages du béton projeté est de permettre une mise en place sur des surfaces fortement irrégulières en utilisant peu on même aucun coffrage. Cependant, ces mêmes caractéristiques rendant le béton projeté avantageux et polyvalent peuvent le rendre vulnérable à la fissuration due au retrait restreint. Cette vulnérabilité vient de la restriction élevée inhérente à de nombreuses applications (projection adhérente sur substrat rigide). En effet, le béton développera des contraintes internes s’il ne peut manifester ses changements volumétriques librement, ce qui peut conduire à de la fissuration lorsque ces contraintes atteignent la résistance en traction du matériau. La fissuration des réparations due au retrait restreint est sans aucun doute un des plus grands défis auxquels l’industrie des réparations en béton fait face aujourd’hui. La fissuration peut raccourcir les années de service d’une structure en béton (corrosion accélérée, délamination, etc.) et engendre souvent des coûts des maintenances supplémentaires importants. Il existe peu d’informations fiables dans la littérature sur les paramètres qui influencent la fissuration due au retrait restreint des bétons projetés ainsi que sur leur comportement à long terme en service. Ce manque d’informations à propos de l’influence des différentes composantes du mélange et de la mise en place des bétons projetés rend difficile, voire impossible, la prédiction du comportement à long terme des bétons projetés face aux problèmes de fissuration. De plus, l’ensemble des paramètres individuels affectant la fissuration due au retrait restreint est très difficile à identifier. Pour cette raison, il est devenu impératif de caractériser le comportement volumétrique des bétons projetés au moyen d’essais de retrait restreint. Dans cette thèse, l’évolution de différentes propriétés à l’état frais et durci telles que la consistance de projection, le rebond, la résistance à la compression, la résistance à la traction par fendage, le module élastique, le retrait libre et le retrait restreint est étudiée. Ce projet se concentre particulièrement sur les mélanges et leur composition, la méthode de mise en place et le potentiel de fissuration due au retrait restreint. Le potentiel de fissuration sera évalué au moyen d’une procédure d’essai annulaire qui a récemment été adaptée et amélioré pour les bétons projetés. À partir des données expérimentales générées, une analyse approfondie du développement des contraintes et de la résistance à la fissuration des bétons projetée sera conduite. / Shotcrete is a fast, cost-saving, sustainable and versatile concrete placement method that offers numerous advantages over conventional concrete in a variety of new construction and repair works. One of the major benefits of the shotcrete process is that it can be sprayed over irregular surfaces and can cover large surfaces with little or no formwork. Howbeit, these same versatile features also often make shotcrete vulnerable to restrained shrinkage cracking. Cracking occurs mainly because of the highly restrained conditions that are inherent in many shotcrete applications (spraying on a rigid substrate). If shrinkage is restrained, internal tensile stresses are progressively induced in the element which can lead to cracking when the stresses eventually exceed the tensile strength of the material. Cracking of repair materials is unarguably one of the major challenges facing the repair industry worldwide today. Cracking can shorten the service life of concrete structures (accelerated corrosion, delamination, etc.) and often requires significant additional costly maintenance. Yet, reliable material data on parameters that influence the longterm service life and cracking in-place shotcrete is scarce. This lack of information on the influence of mixture composition as well as the placement process makes it difficult, if not impossible, to predict the long-term cracking behaviour of shotcrete. Furthermore, key mixture parameters that lead to cracking have been very difficult to identify. For this reason, it has become imperative for material characterization to be made on the basis of a restrained shrinkage test. In this thesis, different fresh and hardened shotcrete properties such as spraying consistency, rebound, compressive strength, splitting tensile strength, elastic modulus, free shrinkage, and restrained shrinkage deformation are investigated. The project focuses particularly on mix designs and compositions, placement process and the potential for cracking due to restrained shrinkage. The shrinkage ring test method which has been recently adapted and improved for shotcrete will be used to evaluate the cracking potential. Based on the experimental data that will be generated, an in-depth analysis of stress development and cracking resistance of shotcrete will be conducted.

La fissuration du béton à jeune âge est encore aujourd'hui un problème répandu dans les différents ouvrages et les moyens de s'en affranchir sont parfois difficiles à identifier. Un béton à faible E/C par exemple, aura une grande résistance mécanique, mais présentera cependant un retrait plus rapide. En condition de mouvement restreint, ce qui est le plus fréquent, les contraintes induites par ce retrait peuvent rapidement atteindre un niveau critique et conséquemment, générer de la fissuration. Le béton projeté n'échappe pas à cette réalité; son contenu généralement riche en ciment combiné à une mise en place unique peuvent le rendre encore plus vulnérable à la fissuration. Ce mémoire se consacre donc à l'étude du comportement déformationnel du béton projeté et à l'amélioration de sa résistance vis-à-vis de la fissuration causée par le retrait restreint. Afin de bien cerner l'impact des différentes composantes et caractéristiques du béton, l'étude expérimentale a été divisée en trois parties. La première repose sur l'étude du béton à son état le plus simple, soit des mélanges ne comportant que des granulats, du ciment et de l'eau. La seconde partie traite des bétons avec ajouts cimentaires (fumée de silice et cendre volante) tandis que la dernière phase porte sur l'effet des adjuvants réducteurs de retrait et des polymères. Les résultats obtenus permettent de bien illustrer l'effet des différents paramètres sur la sensibilité à la fissuration. / Early age concrete cracking is still today a widespread problem in various structures and the means to overcome it completely are sometimes difficult to identify. A low W/C concrete, for example, will have high mechanical strength, but will nevertheless undergo faster shrinkage. In restricted conditions, which is mostly the case on site, the stresses induced by this shrinkage can quickly reach a critical level and consequently generate cracking. Shotcrete is no exception to this reality; its generally high cement content combined with a unique placement method can make it even more vulnerable to cracking. This thesis is therefore devoted to the study of the deformational behavior of shotcrete and to the improvement of its resistance to cracking caused by restricted shrinkage. To clearly identify the impact of the different components and characteristics of the concrete, the experimental study was divided into three parts. The first is based on the study of concrete in its simplest state, i.e., mixtures comprising only aggregates, cement and water. The second part deals with concretes with cementitious additions (silica fume and fly ash) while the last phase deals with the effect of shrinkage-reducing admixtures and polymers. The results obtained make it possible to clearly illustrate the effect of the various parameters on the sensitivity to cracking.

Ce mémoire est consacré à l’étude du comportement des bétons projetés en condition de mouvement libre et restreint. Il traite de la problématique de fissuration des bétons de réparation et globalement, s’attaque à la durée de vie des ouvrages en béton. Les bétons de réparation développent d’importantes contraintes de traction internes lorsqu’ils sont soumis à des sollicitations hydriques de séchage. Si aucune attention n’y est portée, cet accroissement de contraintes internes peut mener à la fissuration de l’élément. C’est pour évaluer le potentiel de fissuration des bétons projetés que ce projet propose une adaptation de la méthode d’essai de l’anneau de retrait restreint AASHTO PP34-99. En premier lieu, le mémoire aborde l’état des connaissances actuelles nécessaires à la compréhension de cette étude. Il est question des principaux phénomènes à l’origine des changements volumétriques et de la méthode d’essai utilisée. Ensuite, une étude d’adaptation et de validation de l’essai est présentée, suivie de l’évaluation de plusieurs leviers influant sur le bilan des déformations des bétons projetés. Finalement, par des simulations de réparation en laboratoire, on tente de confirmer le rôle essentiel de certains paramètres de conception des mélanges. / This project was carried out at Laval University and aim to measure volume changes in shotcrete. Premature repair work deterioration has become a major focus in the last two decades. This study was undertaken to ensure an improvement in the shotcrete repair work in order to avoid the most common concrete pathology, cracking. The performance of a repaired concrete structure, and thus its service life, depends on the quality of the composite (the repair material) and the existing substrate. When subjected to drying, the restrained composite undergoes significant internal stress increase that couldin many casesleads to the development of tensile cracks. This study validates the use of the restrained ring test AASHTO PP34-99 to evaluate the sensitivity to cracking of shotcrete repair materials. The document is divided into several sections. In the first place, an introduction of the volume changes in concrete brings the basic language and knowledge necessary to understand this study. Secondly, there is a discussion on the proposed modified method (and its validation) used to produce reliable test results. Following this, many concrete mixtures are tested in order to evaluate the major factors affecting crack sensitivity of shotcrete materials where half of them are tested in a so-called real repair work.