Ce mémoire porte sur les surfaces préparées en béton en vue de travaux de réfection. L’objectif principal vise le développement d’une méthode de caractérisation quantitative des surfaces préparées. Le projet comporte également deux objectifs spécifiques : évaluer l’influence des méthodes de préparation sur l’intégrité des surfaces en béton et vérifier l’existence d’une corrélation entre la rugosité de surface et l’adhérence de réparations en béton. Afin d’atteindre ces objectifs, le projet a été divisé en trois principaux volets où plusieurs essais expérimentaux ont été réalisés, ainsi qu’une modélisation de l’essai d’adhérence. Le premier volet expérimental porte sur l’évaluation de l’intégrité des surfaces préparées. Les essais ont démontré que l’endommagement du béton réduit de manière significative la résistance de la surface préparée. Le second volet présente les résultats qui ont conduit au développement et à la validation d’une nouvelle méthode d’évaluation quantitative des surfaces préparées. La méthode permet de réaliser des essais de caractérisation rapidement (environ 2 heures) sur des surfaces tant horizontales, verticales qu’en surplombs. Le troisième volet expérimental comporte l’étude de la rugosité de surface et de l’adhérence des réparations en béton. Ce dernier volet inclut une partie expérimentale et une partie modélisation. Les résultats montrent que l’endommagement du substrat est beaucoup plus critique que la rugosité de surface. En effet, aucune corrélation entre la rugosité de surface et l’adhérence des réparations en béton n’a été observée à l’échelle d’observation étudiée. Pour terminer, des recommandations sont émises concernant les critères d’acceptation relatifs à la préparation de surface et à l’adhésion en place d’une réparation. / The subject of this master is surface preparation of concrete for repair works. The main objective aims at developing a quantitative characterization method for the prepared surfaces. The project also includes two specific objectives: evaluate the influence of preparation methods on the integrity of concrete surfaces and verify the existence of a correlation between the surface roughness and the bond of the concrete repair. In order to achieve these goals, the project was divided into three parts where several experimental tests were carried out, as well as a modeling of the bond test. The first experimental part evaluates the integrity of the prepared surfaces. The tests revealed that damage in concrete decreases significantly the resistance of the prepared surface. The second part presents the results on the development and validation of a new quantitative evaluation method of prepared surfaces. The method makes it possible to quickly carry out characterization tests (approximately 2 hours) on prepared surfaces (horizontal, vertical or overhanging). The third experimental part deals with the study of the surface roughness and the bond of concrete repairs. This last segment includes an experimental and modeling part. The results show that substrate damage is more critical than surface roughness. In fact, no correlation between surface roughness and bond of concrete repairs was observed on the studied observation scale. Finally, recommendations are given for acceptance criteria relating to the surface preparation and adhesion of the in place repair.

Le but principal du projet était de relier le cambrement et l'ouverture des joints avec les résultats de l’essai de retrait de séchage normalisé ASTM C157. Afin d'atteindre cet objectif, 12 dalles ont été construites à l'aide de 8 différents mélanges de béton. Les variables principales de l'étude étaient le type et la quantité d'armature de même que l'utilisation d'un agent réducteur de retrait (ARR). Différents phénomènes ont fait l’objet d’un suivi élaboré, dont le cambrement, l'ouverture des joints, le fluage et le retrait. Les résultats obtenus ont clairement démontré les avantages reliés à l'utilisation d'un agent réducteur de retrait. L'étude a également prouvé l'efficacité de certaines fibres dans l'atténuation des effets reliés au retrait de séchage. La vaste base de données sur le cambrement et l'ouverture des joints produite au cours de cette recherche sera employée pour valider et calibrer des modèles prédictifs et aidera l'industrie du béton à raffiner les règles de conception pour l'espacement des joints. / The primary goal of this project was to relate curling and joint opening with ASTM C157 drying shrinkage measurements. In order to achieve this objective, 12 slabs were built with 8 different concrete mixtures. The main variables of the study were the type and amount of reinforcement and the use of a shrinkage-reducing admixture (SRA). Different phenomena were monitored, in particular curling, joint movements, creep and shrinkage. The advantages of using a shrinkage-reducing admixture (SRA) in ordinary concrete slabs are clearly demonstrated through the results obtained in this investigation. The study also shows the effectiveness of some fiber reinforcement systems in counteracting the detrimental effects of drying shrinkage. The large database on curling and joint opening produced in this investigation will be used to validate and calibrate predictive models in development, and will help the concrete industry to refine design rules for joint spacing.

Ce travail de thèse présente la modélisation des phénomènes interfaciaux des Silicates de Calcium Hydratés (C-S-H) en présence de diverses solutions salines. Les C-S-H sont synthétisés en laboratoire sous la forme de suspensions en solution. La caractérisation du solide par diffraction des rayons X et par résonnance magnétique nucléaire permet de valider le processus de synthèse. L'étude de particules colloïdales en solution, tels les C-S-H, requiert la caractérisation globale de l'interface, c'est-à-dire la surface du solide, la région interfaciale et la solution. Le modèle numérique développé dans le cadre de travail de recherche prend en compte les spécificités physiques de ces trois régions. La modélisation des intéractions ioniques s'articule expérimentalement sur les mesures de potentiel zêta et de rétention ionique. Le modèle considère les phénomènes de double couche et de complexation de surface pour interpréter les données de potentiel zêta. Une telle interprétation permet également de déterminer quantitativement la fixation des ions par les C-S-H, due à l'adsorption spécifique et à l'attraction électrostatique. La modélisation des interactions de surface est couplée chimiquement à un modèle de solubilité. Ce couplage physico-chimique fait intervenir la notion d'activité ionique. Le coefficient d'activité des ions en solution est calculé par la méthode MSA (Mean Spherical Approximation) qui est applicable à de fortes concentrations ioniques. Les C-S-H sont étudiés en présence de NaCl, Na2SO4, NaOH et CaCl2. Les résultats du modèle mettent en évidence la dépendance de la charge de surface en fonction de la composition de la solution, ainsi que la corrélation implicite entre les interactions interfaciales et la rétention ionique. Cette corrélation est vérifiée par l'application du modèle à des pâtes de C3S hydraté. L'un des objectifs majeurs de la thèse est l'étude du comportement des ions chlore. L'étude démontre leur très faible interactivité envers les C-S-H, ce qui constitue une information importante, car, dans le cas d'une pâte de ciment hydraté, les C-S-H sont généralement considérés comme étant les principaux responsables de la rétention du chlore. Par le développement d'un module d'interactions physiques, ce travail de recherche contribue significativement à l'étude du transport ionique dans les matériaux cimentaires.

Ce travail porte sur le comportement structural des réparations minces en béton soumises aux chargements mécaniques monotones et cycliques. L'objectif est l'étude des mécanismes susceptibles d'engendrer l'apparition et la propagation de fissuration au niveau de l'interface. L'étude s'intéresse particulièrement à l'influence du mode de sollicitation sur la fissuration interfaciale et à la durabilité des éléments composites La méthodologie repose sur trois étapes expérimentales. La première concerne le comportement structural d'une vaste gamme de configurations d'éléments composites en considérant une méthode unique de préparation de surface. La seconde met l'accent sur le rôle de cette préparation sur les mécanismes de décollement. La dernière aborde la sensibilité du comportement des structures composites en présence de défaut de collage. Les résultats montrent que lorsque le plan interfacial est suffisamment rugueux ([alpha]rugo [supérieur ou égal à] 10 [degré]), il n'y a pas de décollement quel que que soit le type de sollicitation. Globalement, les résultats obtenus démontrent que les réparations minces adhérentes en béton se comportent très bien lors des chargements monotones et cycliques et que dans des conditions de mise en oeuvre adéquates et avec des matériaux de qualité, elles constituent une alternative de réhabilitation viable et pertinente dans plusieurs situations.

Un traitement conventionnel suivi d'un affinage par nanofiltration (NF) permet de produire une eau potable de qualité exceptionnelle à partir d'une eau de surface, et ce tout en minimisant le colmatage des membranes de NF et en favorisant l'approche multibarrières. L'objectif principal de la présente étude est d'évaluer l'effet des conditions d'opération de la NF sur la productivité de ce traitement d'affinage. Des essais pilotes ont été réalisés entre octobre 2003 et mai 2004 à l'usine de production d'eau potable de l'ancienne ville de Sainte-Foy qui traite l'eau du fleuve Saint-Laurent. Les résultats montrent comment évolue la qualité de l'eau nanofiltrée et la résistance hydraulique additionnelle associée au colmatage des membranes, et ce en fonction des conditions d'opération de la NF, de la qualité de l'eau produite par le traitement conventionnel et de la compressibilité du dépôt colmatant. De plus, les dépôts qui se forment dans les canaux d'écoulement tangentiel des modules spiralés sont quantifiés indirectement par le suivi des pertes de charge.

Les travaux de recherche effectués au cours de cette thèse ont mené au développement d'un modèle numérique permettant de décrire le déplacement simultané de plusieurs ions dans le réseau poreux de matériaux cimentaires. L'algorithme sépare le transport des ions des réactions chimiques selon une approche SNIA (Sequential Non Iterative Approach). Dans la partie consacrée au transport, le déplacement des ions dans un milieu non saturé est basé sur la résolution de l'équation de Nernst-Planck étendue tenant compte de la diffusion, du couplage électrique entre les ions et de l'activité chimique. Un terme d'advection est ajouté à cette équation afin de considérer le transport des ions sous l'effet du mouvement du fluide dans le réseau poreux en présence de gradients de teneur en eau. Ces équations de transport sont discrétisés dans l'espace par la méthode des éléments finis. Elles sont résolues pou: sept espèces ioniques de manière couplée en utilisant la méthode de Newton-Raphson. Un module d'équilibre chimique corrige ensuite les profils de concentration obtenus à l'étape de transport. Dans ce module chimique, les phases solides considérées sont la portlandite, les C-S-H, les monosulfoaluminates, l'ettringite, le gypse et les chloroaluminates. Certaines de ces phases solides sont soient dissoutes, soient précipitées afin de retrouver l'équilibre entre la pâte de ciment hydraté et la solution dans les pores du matériau. L'effet de la dissolution ou de la précipitation de ces phases solides sur les propriétés de transport du matériau est également considéré, en fonction des variations de porosité. Le modèle donne comme résultats les profils de concentrations en solution et la teneur en tout point du matériau de chacune des phases solides. Les applications présentées à la fin du mémoire montrent l'utilisation du modèle pour des cas d'attaque aux sulfates. Une méthode permettant de déterminer le coefficient de diffusion des ions dans les matériaux cimentaires suite à une analyse des résultats de l'essai de migration a également été développée dans le cadre de ces travaux de recherche.

Les précipitomètres tendent à sous-estimer les précipitations solides en présence de vent. Ces pertes sont typiquement évaluées en faisant le rapport des observations d'un précipitomètre sur celles d'un appareil plus précis, le Double-Fence Intercomparison Reference (DFIR). Pour des événements de faible précipitation, de petites erreurs dans les observations du DFIR peuvent induire des erreurs importantes dans le rapport de captage des mesures du précipitomètre sur les observations du DFIR. Pour cette raison, les événements de précipitation de moins de 3 mm sont généralement rejetés avant de réaliser une analyse de régression. Nous avons démontré qu'il était possible de déterminer une courbe de correction utilisant toutes les observations par la méthode des moindres carrés pondérés et par la méthode de maximum de vraisemblance (avec estimations locale et globale). L'utilisation de modèles de simulation de la couverture de neige a montré que les résultats utilisant les données corrigées sont nettement meilleurs. / Automatic precipitation gauges tend to underestimate solid precipitation in the presence of wind. These losses are typically evaluated by submitting the ratio of the gauge observations on those of a more accurate apparatus, the Double-Fence Intercomparison Reference (DFIR). For small precipitation events, small errors in the DFIR observations can induce important errors in the catch ratio of gauge measurements to the DFIR observations. For this reason, events of less than 3 mm are generally rejected before performing a regression analysis. In this report, we showed that it was possible to determine a correction curve using all the observations by the method of weighted least squares and by the method of maximum likelihood (using local and global estimations). The use of snow cover simulation models showed that the results using the corrected data are definitely better.