Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1998. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2000. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2000. / Titre de l'écran-titre (visionné le 28 août 2006). Publié aussi en version papier.

Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2002. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèses (M.Sc.A.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1997. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2000. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Ce projet porte sur l'étude d'un béton autoplaçant (BAP), qui fait partie des bétons à haute performance. Actuellement, le béton autoplaçant est très demandé dans le marché industriel suite à sa haute fluidité et principalement à sa grande déformabilité qui lui permet de se mettre en place sans aucune vibration sous l'effet de la pesanteur. Ceci a l'avantage de diminuer la main d'oeuvre ainsi que la nuisance sonore causée par la vibration comme dans le cas des bétons conventionnels. Sa bonne capacité de remplissage lui permet de se placer même dans une structure fortement ferraillée. Par contre, le coût unitaire d'un BAP est plus élevé que celui d'un béton conventionnel. Pour palier à cet inconvénient, on peut jouer sur l'optimisation et l'efficacité des composants du BAP, notamment le liant hydraulique, les ajouts cimentaires et les adjuvants chimiques (il s'agit généralement de dérivés cellulosiques, de polysaccharides ou d'amidon modifié). Ces produits, comme les fines, ont pour rôle d'empêcher le ressuage et de limiter les risques de ségrégation en rendant la pâte plus visqueuse. Mon sujet de recherche a consisté beaucoup plus en l'étude d'une comparaison du comportement et de la performance d'un BAP préparé avec différents couples d'agents viscosants-superplastifiants. Mon béton a été formulé de telle sorte que son écoulement rhéologique soit amélioré par l'utilisation de deux superplastifiants: un polynaphtalène et un polycarboxylate combinés à cinq agents viscosants. Les agents viscosants consistent en deux polysaccharides biopolymères à base de bio-gomme ayant pour caractéristiques d'être plus pseudo-plastiques, un polysaccharide anionique, un amidon modifié et le cinquième agent est un polymère dérivé cellulosique de type HPMC. Ces cinq agents viscosants joueront un rôle important dans l'ouvrabilité des BAP en lui conférant deux conditions satisfaisantes en regard de l'industrie du béton à savoir une densité maximale à l'état durci et une bonne maniabilité à l'état frais. Ces deux conditions vont faire de lui un béton très durable grâce à sa densité maximale tout en lui procurant une bonne résistance à court et long terme, ce béton sera aussi très fluide de telle sorte qu'il pourra être utilisé pour réhabiliter ou construire des ouvrages très complexes ou à accès très difficile pour la mise en place du béton. Cet objectif va s'étendre aussi à l'évaluation des effets que vont exercer ces agents viscosants sur le comportement du béton autoplaçant du point de vue maniabilité et propriétés mécaniques. Également, d'autres ajouts cimentaires ont été incorporés dans le béton à savoir le filler calcaire. et le laitier des hauts fourneaux. Ces derniers auront aussi une influence significative sur les propriétés rhéologiques du BAP telles que la stabilité et la résistance à la compression. En effet la garantie de la performance passe souvent par la possibilité de modifier légèrement certains paramètres de composition tels que les dosages en eau ou/et en adjuvant pour tenir compte de changements incontournables tels que l'ambiance climatique. Enfin, mon projet est la continuation d'autres travaux de recherche déjà entrepris dans le mime domaine, dans le béton deux types de fillers calcaires et d'autres ajouts cimentaires tels que (cendre volante, fumée de silice, laitiers de haut-fourneau).

Ce travail de recherche s’inscrit dans une volonté de développer des suspensions concentrées à application Génie Civil (chapes anhydrites, bétons cirés). Dans ce contexte industriel, l’étude est focalisée sur l’effet de l’introduction d’adjuvants de type polycarboxylate (PCP) sur les propriétés d’écoulement de suspensions formulées avec une anhydrite fortement réactive. Les travaux expérimentaux sont initiés par le développement de protocoles de caractérisation rhéologique étalonné sur un fluide modèle à seuil. Ceci permet d’évaluer l’effet de la taille de l’entrefer, de la rugosité des plateaux, du précisaillement ainsi que du type et de la durée de sollicitation. Nous avons alors défini un protocole unique, exploitable pour identifier la courbe d’écoulement des suspensions concentrées étudiées.. Les propriétés viscoélastiques des suspensions, évaluées aux faibles déformations, sont également caractérisées sous sollicitations oscillantes. Afin d’affiner la connaissance des structures moléculaires des différents adjuvants sélectionnés pour cette étude, des caractérisations physico-chimiques sont réalisées. Elles permettent de distinguer plusieurs paramètres caractéristiques des adjuvants : masse molaire, indice de polymolécularité et sensibilité à la température en fonction d’un milieu alcalin ou neutre. Des mesures d’adsorptions ont également été réalisées sur deux adjuvants. Nous montrons ainsi que le phénomène d’adsorption semble conditionné par les propriétés du milieu, notamment par la présence de chaux. L’étude rhéologique paramétrique montre que des modifications sensibles de la réponse peuvent apparaître en fonction de l’adjuvant utilisé et de la concentration de la suspension. Les évolutions des indicateurs de consistance et de contrainte seuil de mise en écoulement en fonction de la fraction volumique solide et du dosage en adjuvant sont identifiées. Les résultats sont interprétés en ajustant un modèle de type Krieger-Dougherty. L’évolution du paramètre puissance de ce modèle peut être interprétée comme une modification de la forme et de la rugosité du grain couvert par des molécules de PCP adsorbées. Les paramètres moléculaires conditionnant le plus la rhéologie des suspensions concentrées étudiées sont la masse molaire et l’indice de polymolécularité. L’interprétation des résultats est moins tranchée vis-à-vis du seuil de mise en écoulement que vis-à-vis de la consistance. Dès lors, nous avons mis en évidence la relation seuil-consistance. Sur le plan pratique, se restreindre à l’estimation du seuil de mise en écoulement des suspensions devient pertinent. À cette fin, un modèle analytique permettant d’estimer la contrainte seuil de mise en écoulement à partir d’un test d’écoulement libre sur une surface plane est proposé. L’objectif est d’apporter une amélioration aux modèles existants lorsque l’écoulement est à la frontière entre régime d’affaissement et régime d’étalement. L’analyse, qui peut être généralisée à l’étude de tous types de fluides complexes à seuil, conduit à une meilleure évaluation de la contrainte seuil. En croisant l’information de tests d’étalement et de vidange au cône de Marsh, nous montrons ainsi qu’une rhéométrie rustique est tout à fait pertinente pour un usage industriel. La notion d’enrobage de grain est proposée pour modéliser, à l’échelle microscopique, le rôle de l’adjuvant sur l’interaction entre particules. L’ordre de grandeur de la distance interparticulaire estalors estimé entre 1 et 5 nm en exploitant des données de rhéométrie oscillante. Cette approche phénoménologique permet de mettre en évidence l’effet de la fraction volumique solide sur la distance interparticulaire. Finalement, l’étude de la rhéologie des suspensions concentrées est étendue à la transition liquide solide liée aux réactions d’hydratation. Le suivi de l’effort normal exercé sur une géométrie en contact avec la suspension peut s’interpréter comme un indicateur alternatif de prise. / This work has been initiated to improve the development of mineral suspension used for building construction. In this industrial field, the rheological evolution needs to be controlled from the mixing to the setting up. The study is herein focused on the influence of polycarboxylates superplasticizers as additives on the rheological properties of suspensions made with a reactive anhydrite. Firstly, we develop some protocols of rheological characterization which have been calibrated using a model yield stress fluid. Then, we evaluated the effect of several experimental parameters: the sample gap, the roughness of the plates, pre-shearing as well as the testing time. We finally used a unique protocol to identify the flow curves of the mineral suspensions. In addition, dynamic rheometry was used to study the viscoelastic properties of the suspensions at low strain with two rheometers equipped with different geometries. We assessed the physico-chemical characterization of thevarious additives selected for this study In order to provide the knowledge on their molecular shape. We distinguished several parameters such as: molecular weight and the thermorheologicalbehavior in alkaline or neutral conditions. Moreover, we performed adsorption measurements on tow additives. We showed that the adsorption phenomenon is mainly governed by a weak amount of calcium hydroxide within the suspensions. We observed significant differences on the rheological responses according to the solid volume fraction and the superplasticizers used into the mineral suspension. We identified the evolution of the consistency and the yield stress, derivedwith the Herschel-Bulkley model, against the solid volume fraction and the quantity of the additive. Then, we adjust a Krieger-Dougherty type model on the results. It was shown that the power parameter of this model may be linked to the roughness of the particles covered by the adsorbed layer of superplasticizers. The parameters affecting the rheology were the molecular weight and the polymolecularity index of the polycarboxylates. Nevertheless, these results are more obvious with the evolution of the consistency than the yield stress. As the relation between consistency and yield stress was highlighted, it could be possible to only measure the yield stress of the suspensions. This is here performed from the release of finite volume of material onto a horizontal surface. We experimentally observed that following its yield stress, the material may show a typical shape at the flow stoppage, between slump and spread. Based on these observations, we propose a new analytical model to evaluate the yield stress of the suspensions. Results showed the relevance of the proposed model, in comparison to previous models. The model developed here may be used for different sample sizes and for a wide range of yield stress fluids. The relationship between viscosity and yield stress of the mineral suspensions is discussed by evaluating the viscosity from Marsh cone tests. We finally showed that a hand-made rheometry is relevant for an industrial application. In order to improve the understanding of the adsorbed layer around the particles, a phenomenological approach at a microscopic scale is proposed. From oscillatory measurements, the interparticle distance within the suspensions is evaluated and ranges from 1 to 5 nm. This henomenological approach allowed us to highlight the influence or the solid volume fraction on the interparticle distance. Finally, we investigated from rheological measurements the liquid-solid transition of the suspensions caused by the hydratation reactions. Static and dynamic measurements were also performed to follow the structural evolution at rest of the suspensions versus time. A characteristic evolution of the normal force during the setting time of the suspensions is shown.

Ce travail de recherche s'inscrit dans une volonté de développer des suspensions concentrées à application Génie Civil (chapes anhydrites, bétons cirés). Dans ce contexte industriel, l'étude est focalisée sur l'effet de l'introduction d'adjuvants de type polycarboxylate (PCP) sur les propriétés d'écoulement de suspensions formulées avec une anhydrite fortement réactive. Les travaux expérimentaux sont initiés par le développement de protocoles de caractérisation rhéologique étalonné sur un fluide modèle à seuil. Ceci permet d'évaluer l'effet de la taille de l'entrefer, de la rugosité des plateaux, du précisaillement ainsi que du type et de la durée de sollicitation. Nous avons alors défini un protocole unique, exploitable pour identifier la courbe d'écoulement des suspensions concentrées étudiées.. Les propriétés viscoélastiques des suspensions, évaluées aux faibles déformations, sont également caractérisées sous sollicitations oscillantes. Afin d'affiner la connaissance des structures moléculaires des différents adjuvants sélectionnés pour cette étude, des caractérisations physico-chimiques sont réalisées. Elles permettent de distinguer plusieurs paramètres caractéristiques des adjuvants : masse molaire, indice de polymolécularité et sensibilité à la température en fonction d'un milieu alcalin ou neutre. Des mesures d'adsorptions ont également été réalisées sur deux adjuvants. Nous montrons ainsi que le phénomène d'adsorption semble conditionné par les propriétés du milieu, notamment par la présence de chaux. L'étude rhéologique paramétrique montre que des modifications sensibles de la réponse peuvent apparaître en fonction de l'adjuvant utilisé et de la concentration de la suspension. Les évolutions des indicateurs de consistance et de contrainte seuil de mise en écoulement en fonction de la fraction volumique solide et du dosage en adjuvant sont identifiées. Les résultats sont interprétés en ajustant un modèle de type Krieger-Dougherty. L'évolution du paramètre puissance de ce modèle peut être interprétée comme une modification de la forme et de la rugosité du grain couvert par des molécules de PCP adsorbées. Les paramètres moléculaires conditionnant le plus la rhéologie des suspensions concentrées étudiées sont la masse molaire et l'indice de polymolécularité. L'interprétation des résultats est moins tranchée vis-à-vis du seuil de mise en écoulement que vis-à-vis de la consistance. Dès lors, nous avons mis en évidence la relation seuil-consistance. Sur le plan pratique, se restreindre à l'estimation du seuil de mise en écoulement des suspensions devient pertinent. À cette fin, un modèle analytique permettant d'estimer la contrainte seuil de mise en écoulement à partir d'un test d'écoulement libre sur une surface plane est proposé. L'objectif est d'apporter une amélioration aux modèles existants lorsque l'écoulement est à la frontière entre régime d'affaissement et régime d'étalement. L'analyse, qui peut être généralisée à l'étude de tous types de fluides complexes à seuil, conduit à une meilleure évaluation de la contrainte seuil. En croisant l'information de tests d'étalement et de vidange au cône de Marsh, nous montrons ainsi qu'une rhéométrie rustique est tout à fait pertinente pour un usage industriel. La notion d'enrobage de grain est proposée pour modéliser, à l'échelle microscopique, le rôle de l'adjuvant sur l'interaction entre particules. L'ordre de grandeur de la distance interparticulaire estalors estimé entre 1 et 5 nm en exploitant des données de rhéométrie oscillante. Cette approche phénoménologique permet de mettre en évidence l'effet de la fraction volumique solide sur la distance interparticulaire. Finalement, l'étude de la rhéologie des suspensions concentrées est étendue à la transition liquide solide liée aux réactions d'hydratation. Le suivi de l'effort normal exercé sur une géométrie en contact avec la suspension peut s'interpréter comme un indicateur alternatif de prise.

Cette étude vise une meilleure compréhension du mode d'action des agents viscosants utilisés dans le béton afin d'améliorer sa stabilité face à la sédimentation et au ressuage. Ces produits sont utilisés dans les bétons autoplaçants, dans les ouvrages coulés sous l'eau et dans les coulis d'injection. lls servent à maintenir l'homogénéité que ce soit lors de la mise en place (stabilité dynamique), ou une fois que le béton est placé (stabilité statique). Cette étude s'est portée sur la stabilité statique et les adjuvants chimiques utilisés pour l'assurer. Ces adjuvants sont généralement des polymères naturels ou semi-synthétiques de très grande taille parmi lesquels on retrouve des gommes, des celluloses modifiés et des amidons modifiés. Ils servent principalement à augmenter la viscosité de la solution. Cette augmentation de la viscosité ralentit la sédimentation de façon à ce qu'il n'y ait pas de ressua ge visible jusqu'à la prise du béton. Certains des adjuvants, notamment les gommes, agissent par adsorption sur les particules et par pontage des particules créant une structure tridimensionnelle. Cette structure permet de ralentir la sédimentation et augmente le seuil de cisaillement de la pâte et des bétons. D'autres, comme les polyéthylène glycols, s'adsorbent peu ou pas et agissent seulement par la croissance de viscosité et possiblement par l'enchevêtrement de chaînes de polymère. ll a été observé que les agents viscosants ne stabilisent pas les suspensions inertes mais ralentissent seulement la sédimentation. La stabilisation apparaît dans les systèmes réactifs, comme le ciment, lorsqu'une structure forte se développe et s'oppose à toute migration des particules. Un autre aspect qui a été mis en évidence est l'incompatibilité qui peut survenir entre des adjuvants tels les superplastifiants et les agents viscosants. Cette incompatibilité a été observée dans le passé mais jamais expliquée auparavant. Dans cette étude deux types d'incompatibilité ont été démontrés et expliqués.