Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Chemnitz.

La consommation de béton devient de plus en plus importante en raison d'une urbanisation accrue nécessitant la réhabilitation et la construction de bâtiments et d'infrastructures. Néanmoins, la production de béton qui doit accompagner le développement urbain entraîne des problèmes environnementaux relatifs à la préservation des ressources naturelles qui ne sont pas inépuisables. Malgré des efforts de recyclage, la plupart des matériaux recyclés sont généralement utilisés pour les travaux routiers ou de remblai. En s'inscrivant dans le Projet National Recybéton (PN), ce travail de thèse a pour objectif d'apprécier la valorisation du recyclage des matériaux issus des bétons déconstruits en les intégrant dans de nouveaux bétons. Deux types de matériaux recyclés sont étudiés, les fines qui sont produites en quantités importantes lors de la phase de concassage du béton d'ouvrage démoli, et les granulats (sable et gravillon) qui sont pour la plus grande part issus des granulats naturels initiaux. Le présent travail a donc pour mission de quantifier des propriétés des matériaux cimentaires aux différents états lors de l'utilisation de : * granulats recyclés dans le squelette granulaire, * fines de sable broyé (SBC) et de fines de dépoussiérage (FBC) en tant qu'additions minérales. La première partie est dédiée à l'étude de l'influence de l'état hydrique des granulats recyclés (sable et gravillon) sur l'évolution de la rhéologie du béton dans le temps, et à l'étude de leur incidence sur la résistance à la compression à 28 jours. Les résultats obtenus dans la limite du contexte expérimental nous permettent de suggérer des recommandations sur l'état hydrique initial des recyclés et sur leur taux d'incorporation dans le mélange de béton. La deuxième partie présente l'évaluation de la faisabilité d'utiliser des sables de bétons concassés et des fines de bétons concassés (récupérées industriellement) comme addition minérale dans les matériaux cimentaires. A partir des résultats obtenus, il est possible d'apprécier dans quelle mesure ces fines sont compatibles avec les matrices cimentaires aux états frais, durcissant et durci. La troisième partie propose une piste pour limiter le problème de la Réaction Alcali-Granulat (RAG) dans le béton de granulats recyclés. La stratégie est basée sur deux volets. La première insiste à vérifier l'applicabilité du fascicule de documentation FD P18-464 lors de l'utilisation de granulats recyclés. Le deuxième examine l'intérêt de l'utilisation des additions minérales pour limiter, voire empêcher la RAG. / The concrete consumption has been becoming more and more important due to the increase of urbanization requiring the rehabilitation and the construction of buildings and infrastructure. Nevertheless, the concrete production that accompanies the urban development leads to many environmental problems related to the preservation of natural resources which are not inexhaustible. Despite of recycling efforts, most of recycled materials are typically used for road works or embankment. By participating in the French National Project Recybéton, this thesis aims to assess the enhancement of recycling materials issued from deconstructed concretes by incorporating them in new concrete design. Two types of recycled materials will be studied, the powder produced in large quantities during the crushing phase of demolished concrete, and the aggregates (sand and gravel) whose the most part issued from the initial natural aggregates. Therefore, research study aims to quantify the properties of cementitious materials in various states by the use of: • recycled aggregates in the granular skeleton, grinded recycled concrete sand and powder of dust removal as supplementary cementing materials. The first part is dedicated to the study of the influence of moisture states of recycled aggregates (sand and gravel) on the concrete's rheology evolution in time and the study of their impact on 28 days compressive strength. The results obtained within the limit of experimental context will allow suggesting recommendations on the initial moisture state of recycled aggregates and their incorporation's rate in the concrete mix. The second part presents the evaluation of the feasibility of using grinded recycled concrete sand and crushed concrete powder (industrially recovered) as supplementary cementing materials. From the results, it will be possible to assess the extent that these fines are compatible with cement matrix in the fresh state, hardening state and hardened state. The third part proposes a way to limit the problem of Alkali-Aggregate Reaction (AAR) in recycled concrete. The strategy is based on two methods. The first insists to verify the applicability of the FD P18-464 documentation when using recycled aggregates. The second examines the interest in the use of mineral additives to limit or even prevent the AAR.

Denna rapport dokumenterar examensarbetet som genomfördes av Josefin Jansson för högskoleingenjörsexamen inom innovationsteknik och design på Karlstads universitet. Examensarbetet gjordes på uppdrag av Säffle kommun där målet var att ta fram en konceptlösning för att minska spridning av mikroplaster i form av granulat från den lokala konstgräsplanen. En av de största spridningskällorna av mikroplast är konstgräsplaner. För att en konstgräsplan ska få önskade spelegenskaper fylls de på med fyllnadsmaterial i form av granulat. Granulatet sprids sedan genom bland annat plogning, arbetsmaskiner och spelare för att till sist hamna i våra hav. Arbetet utgick ifrån produktutvecklingsprocessen med ett iterativt arbetssätt. Projektet har följande ingående faser; Projektplanering, förstudie, idé- och konceptframtagning, konceptval och uppföljning. För att ta fram ett koncept användes idégenereringsmetoderna 6-3-5 och brainstorming. Sedan görs konceptval genom att ställa framtagna koncept mot produktspecifikation samt Pughs matris. Resultatet blev en sluss som spelarna passerar när de lämnar planen. I slussen ges möjlighet att borsta bort de granulat som fastnat på deras kläder och skor. Men efter konceptval av delproblem till slussen ges rekommendationer på hur slussen bör uppdateras. Efter analys rekommenderas konceptet att bara användas tillfälligt. Samt rekommendationer för vidare arbete. / This report summarizes a Bachelor Thesis of Science in Innovation Technology and Design at Karlstad University, conducted by Josefin Jansson. The thesis was commissioned by Säffle Kommun, where the aim was to develop a concept solution that reduces the spread of microplastics from artificial turf. One of the biggest sources of microplastic proliferation is artificial turf. In order for an artificial turf to have the desired playing properties, they are filled with granules. The granulate is then spread through plowing, work machines and players before they end up in our oceans.The work was based on the product development process with an iterative approach. The project is divided into two loops with the following phases; project planning, feasibility study, idea and concept development, concept selection, analysis and evaluation. To develop a concept, methods as 6-3-5 and brainstorming was used. Then concept selection was then made by comparing the concepts with the product specification and Pughs matrix. The result was a station that the players pass through when they leave the field. In the station the players are given the opportunity to brush off the granules that sticks to their clothes and shoes. However, after the concept selection of the subproblems recommendations are given on how the station should be updated. After analysis the concept is recommended to be used only temporary.

Den ökade användningen av plast i samhället har lett till att plast återfinns i naturen. Mikroplaster är plastfragment av storleken 1 µm till 5 mm. Mikroplaster förekommer i haven och kommer från både land- och havsbaserade källor. Nedbrytning av plast i naturen kan ta århundraden till årtusenden och plaster innehåller ofta tillsatskemikalier, vilka kan ha toxiska effekter hos organismer vid intag.  Svenska Miljöinstitutet (IVL) gjorde en kartläggning av källor till och spridning av mikroplaster i Sverige. I denna kartläggning bedömdes konstgräsplaner vara näst största källan till mikroplastspridning i Sverige. Slitage av vägar och däck bedömdes vara största källan. Tredje generationens konstgräsplan fylls med ifyllnadsmaterial som exempelvis kan vara granulat. Granulat är plast eller gummi och är mindre än 5 mm, vilket gör att det klassas som mikroplast.  Mikroplaster sprids från konstgräsplaner av olika anledningar, men hur mycket som avlägsnas via snöröjning är i dagsläget, år 2020, oklart. Syftet med denna studie var att undersöka mikroplastförluster från en konstgräsplan via snöröjning. Med förluster avses i detta projekt granulat som överförs från konstgräsplanen till planens uppsamlingsplats för undanröjd snö. Spridning från idrottsplatsen, med konstgräsplanen och uppsamlingsplatsen, till omgivningen undersöktes inte. Konstgräsplanen Brantbrinks IP som ligger i Botkyrka kommun undersöktes. Brantbrink är en tredje generationens konstgräsplan och är fylld med R-EPDM-granulat, vilket är en typ av gummigranulat. För att kvantifiera mängden mikroplaster som avlägsnas från konstgräsplanen via snöröjning utfördes tre olika mätmetoder, varav en var den huvudsakliga mätningen, den så kallade totalmätningen, och de andra två användes för att verifiera totalmätningen.  Dessutom undersöktes möjliga hanteringsmetoder för granulatet som ligger kvar efter att högarna med undanröjd snö smält. Fyra olika hanteringsmetoder togs fram och en kostnad-nyttoanalys gjordes för var och en av dem, där kostnaden för respektive alternativ ställdes mot vilken livslängd konstgräsplanen tros få av de olika alternativen.  När Brantbrink snöröjdes lades den undanröjda snön i högar på en uppsamlingsplats i anslutning till planen. När dessa snöhögar smält låg granulatet som följt med den undanröjda snön kvar. Metoden för totalmätningen var att fylla hinkar med detta granulat och väga det för att erhålla totala massan granulat som spridits från Brantbrinks IP via snöröjning denna säsong.  Mätningen visade att det denna säsong transporterades ca 257 kg granulat från Brantbrinks IP till uppsamlingsplatsen via snöröjning. Den mest kostnadseffektiva hanteringsmetoden för granulat som avlägsnats via snöröjning är, utifrån kostnad-nyttoanalysen som i gjordes, att kommunens driftspersonal återför granulatet till konstgräsplanen för vidare användning.  Slutsatser som kan dras utifrån projektet är att totalmätningen var den mest tillförlitliga mätmetoden, medan övriga mätmetoder inte var exakta nog. En betydande mängd granulat transporteras bort via snöröjning och höjden på granulatet i en tredje generationens konstgräsplan minskar troligen i stor utsträckning till följd av att granulatet kompakteras. Att återföra granulat utan rengöring, vilket var den mest kostnadseffektiva metoden, är inte alltid möjligt då granulatet kan vara för smutsigt och därför behöver tvättas innan återföring. För framtida studier kan mätmetoderna för att bestämma mängden granulat som avlägsnas från konstgräsplaner utvecklas. även miljöaspekten kan i framtida studier vägas in i kostnad-nyttoanalysen vilket kan påverka beslutfattande om hanteringsmetoder för spritt granulat. Dessutom kan mängden mikroplaster som sprids till omgivningen till följd av snöröjning undersökas.

Det finns ungefär 1255 utomhusplaner gjorda av konstgräs i Sverige och den årliga ökningen uppskattas till 100 planer. Konstgräsplaner ger många fördelar för sportutövning och anläggningen av dessa har därför ökat kraftigt sedan sekelskiftet. Framförallt möjliggör konstgräsplaner en längre spelsäsong och fler speltimmar. För att konstgräsplanerna ska få egenskaper som liknar naturgräs, dressas konstgräset med fyllnadsmaterial. Fyllnadsmaterialet tillverkas vanligen av Styrenbutadiengummi(SBR), Etylen-Propylen-Dien-gummi (EPDM) eller Termoplastisk estalomer (TPE) men kan även tillverkas av organiska material som t.ex. kork eller kokos. Eftersom fyllnadsmaterialen ofta består av plastpolymerer har en del miljörisker kopplade till användandet av dem uppmärksammats. Tillverkningsstorleken på fyllnadsmaterialet är mellan 2–3 mm och fyllnadsmaterialet klassas som primära mikroplaster. Svenska miljöinstitutet utförde 2016 en kartläggning av spridningskällor till mikroplaster ut till haven som visade att konstgräsplaner var den näst största spridningskällan till mikroplaster på land. Det baserades på den rekommenderade årliga påfyllningsmängden av fyllnadsmaterial för en fullstor plan. Studien visade inte hur mycket som sedan hamnar i hav, sjöar och vattendrag eftersom det skulle kräva en mer omfattande kartläggning av spridningsvägar. Tidigare studier har visat att en viss mängd fyllnadsmaterial hamnar i dagvattenbrunnarna som placeras runt planerna för att förhindra vattenansamling på plan. För att förhindra fortsatt spridning via dagvattenbrunnar ut till hav, sjöar och vattendrag efterfrågades reningsmetoder för dagvattnet från konstgräsplaner. Målet med studien är att identifiera lämpliga reningsmetoder för dagvatten innehållande mikroplaster från konstgräsplaner. För att ta reda på vilka metoder som används idag och hur de fungerar i praktiken, kontaktades fyra tillverkare av granulat-fällor och -filter och de kommuner som hittills installerat eller planerar att installera någon av reningsmetoderna. Av studien framgår att utvecklingen av reningsmetoderna är i ett tidigt stadium där effektiviteten inte testats för någon av metoderna. För att avgöra vad som är en lämplig reningsmetod krävs vidare studier på hur vattenflödena varierar mellan olika utformningar av konstgräsplaner och kringliggande ytor. Mängden mikroplast som påträffats i dagvattenbrunnar är baserad på okulär besiktning och beskrivs mestadels som "liten". Det skulle krävas vägning av mikroplaster vid varje enskild anläggning för att svara exakt på vilken mängd mikroplaster som kan förekomma i dagvattenbrunnar. Mängden kan variera mellan anläggningarna beroende på underhållsrutiner och om uppsamlingsytor för snö och fyllnadsmaterial finns. Storleken på mikroplaster som påträffats bedöms vara av tillverkningsstorlek på fyllnadsmaterial vilket kan vara mellan 2-3mm. Mikroplaster kan dock bli så små som 1 μm och svåra att se med blotta ögat. En kornstorleksfördelningskurva kan visa på vilken mängd som sprids av mikroplasternas olika storlekar. Vidare studier rekommenderas att ta fram en kornstorlekskurva för att kunna anpassa reningsmetoderna därefter. Den ringa storleken gör det orimligt att kräva en reningsgrad på 100%, eftersom det skulle medföra såpass små maskor att vattnet inte kan ta sig igenom. Därför bör riktvärden för mikroplaster i dagvatten upprättas. För att ta fram riktvärden och genomföra studier för att utveckla reningsmetoderna, krävs ett bättre samarbete mellan institution och näringsliv. För att en reningsmetod ska kunna anses som lämplig med avseende på mikroplaster bör den förhindra spridning av den procentuellt större delen viktmässigt. Innan detta är fastställt går det inte att svara på huruvida befintliga reningsmetoder är lämpliga eller inte. / The number of artificial turfs in Sweden has increased significantly since the year 2000. Today there are about 1255 outdoor pitches made from artificial turf and the annual increase is estimated at 100 pitches. Artificial turfs provide many benefits for sporting activities such as longer game seasons and more playing hours. To gain characteristics as close to natural turfs as possible, infill is used on top of the artificial grass. The infill is usually made out of styrene-butadien rubber (SBR), ethylene-propylene-diene-monomer-rubber (EPDM) or thermoplastic estalomer (TPE). However, there is also organic alternativs made from cork or coconut. Since the filling materials mostly consist of plastic polymers, some environmental concerns have been raised in the connection of the use of infill. The manufacturing size of infill is between 2-3 mm and is thereby classified as primary microplastics. The Swedish Environment Institute performed a study to map the sources of microplastic emissions to the marine environment. The study concluded that artificial turfs was the second largest land-based source of microplastic emission. The conclusion was based on the suggested annual amount for refill of infill for a full-size pitch. The amount of microplastics ending up in the sea, lakes and streams was not answered in the study, as it would require a more extensive mapping of routes. Former studies have shown that a certain amount of infill ends up in the stormwater wells which is placed around the turfs to prevent water collection. In order to prevent continued spreading via stormwater wells out to marine environments, treatment methods for stormwater runoff from artificial turfs has been requested.The objective of this study is to identify suitable methods for treatment of stormwater containing microplastics from artificial turfs. To find out what methods are used today, four manufacturers of granulate traps and filters were contacted. The municipalities that have installed or planned to install any of the stormwater treatment methods was also contacted to get an understanding of how these methods works in practice. From the study it is apparent that the development of treatment methods mentioned is in an early stage where efficiency is not tested for any of the methods. In order to determine what a suitable stormwater treatment method is in this case, further studies on how water flows vary between different pitch designs and surrounding surfaces are required. In this study the amount of microplastics found in the stormwater wells is solely based on ocular inspection and often described as "small" by the interviewees. To determine the exact amount of microplastics that can occur in stormwater wells, it would be necessary to weigh the microplastics found in the wells on every single plant. Because of differences in maintenance routines and depending on the existence of available surfaces for storage of snow and infill, the amount of microplastics found in the wells varies. The size of microplastics found was estimated to be of manufacturing size (2-3 mm). However, microplastics can become very small, down to 1 μm and hard to see with the naked eye. Further studies are recommended to set up a grain size distribution curve which can be used to manufacture the mesh in a reasonable size. The small sizes of microplastics makes it unreasonable to expect a purification degree f 100%, the mesh size would make it impossible for water to flow through. This calls for establishing guidance values for microplastics in stormwater. In order to establish guidance values and carry out necessary studies to develope the existing methods, a better cooperation between institution and trade and industry is needed. A method can be considered to be suitable for microplastics if the largest percentage part by weight of microplastics is caught. The suitability of the current methods cannot be judged until this is determined.

This project was undertaken to determine the effect of various type of lightweight coarse aggregates (LWCA) on engineering properties, durability, autogenous, drying and restrained shrinkage of SCC made with and with or without lightweight sand (LWS) used for internal curing. Given the mix design of SCC (high volume of paste), high degree of autogenous shrinkage can increase risk of early-age cracking of SCC subjected to restrained shrinkage. Shrinkcage of repair materials can be restrained by existing concrete and reinforcement. The risk of cracking of SCC can be high given the high elastic modulus of the concrete and its lower degree of stress relaxation at early age. With the process of hydration, SCC with low W/B ratio can have high degree of autogenous shrinkage. Lightweight coarse aggregate (LWCA) are water-saturated materials that provide a dispersed source of water within the mass of the concrete located very close to the cement particles. Better cement hydration can be obtained with lower development of self-desiccation. Given the morphology of the aggregate surface, the presence of water in the porous structure of the aggregate, and the compatibility of elastic modulus of LWCA and that of the cement paste, lightweight aggregate can reduce the risk of microcracking at the interfacial transition zone that can be present initially in conventional concrete as well as microcracking that can develop during service life due to repetitive structural loading, cycles of wetting and drying and freezing and thawing. The project was divided into three parts : evaluation of frost durability of SCC made with various types of LWCA ; evaluation of effect of type and dosage of LWCA on SCC performance ; and evaluation of effect of a shrinkage reducing admixture (SRA) and an expansive agent (EA) on lightweight SCC. All lightweight SCC exhibited excellent frost durability and mixtures made with 20% LWS replacement had greater resistance to de-icing salt scaling than those without LWS. Incorporation of LWCA between 25% and 50% led to decrease in modulus of elasticity and compressive strength. The use of LWCA led to an increase in total creep function. The use of LWS and LWCA resulted in significant decrease in total and autogenous shrinkage. The use of LWCA led to a decrease in total shrinkage between 25% and 75%, depending of the use of LWS, the type and rate of replacement of LWCA. Thus, SCC made with LWS and LWCA exhibited longer elapsed time before cracking compared to similar concrete prepared without any LWS and LWCA. The estimated time to cracking ranged from 4 days for the reference concrete without LWA to 42 days for the mixture prepared with 50% LWCA and 20% LWS.

Le laitier EAF inox et le laitier AOD sont les deux principaux laitiers issus de l'élaboration des aciers inoxydables. Aujourd'hui ces laitiers ne sont valorisés qu'en construction routière. Cette utilisation ne permet pas d'assurer une valorisation complète et pérenne de ces laitiers dont une large part reste stockée. Compte tenu des propriétés physiques des laitiers EAF inox et AOD solidifié par stabilisation, leur utilisation comme granulats dans le béton peut être intéressante. L'objectif de cette thèse est d'étudier la faisabilité de cette voie de valorisation. Ces travaux sont réalisés en deux parties.Premièrement les propriétés physico-chimiques et mécaniques des granulats de laitiers EAF inox et AOD stabilisé sont déterminées. La composition minéralogique complète de ces granulats de laitiers issus de l'élaboration d'aciers inoxydables est aussi analysée afin de rechercher la présence éventuelle de minéraux instables et incompatibles à leur utilisation dans le béton. Compte tenue de la fluorescence sous rayons ultra-violet (UV) des laitiers, une nouvelle approche qui associe les UV et les analyses minéralogiques courantes (DRX, MEB, EDS) est développée dans cette étude. Cette étape de caractérisation des granulats des laitiers étudiés fait de ce mémoire de thèse le premier rapport sur la caractérisation physique, chimique et minéralogique des granulats de laitier AOD stabilisé. La deuxième étape de cette étude consiste à réaliser des bétons en substituant, dans des proportions variées, des granulats naturels silico-calcaires d'un béton de référence par des granulats de laitiers EAF inox et AOD stabilisé. Les propriétés physiques et mécaniques de ces bétons à matrice ordinaires et à hautes performances sont évaluées. Une étude de durabilité de ces bétons est aussi effectuée à travers le suivi des propriétés mécaniques des bétons sur 365 jours, l'analyse d'indicateurs de durabilité et la réalisation d'essais de gonflement. Enfin des observations MEB sont faites sont faites les échantillons de béton âgés de 365 jours pour observer et analyser le réseau de fissures à l'interface granulat – matrice cimentaire. Les résultats montrent des propriétés adaptées à une utilisation structurelle, avec une légère amélioration des caractéristiques mécaniques et des propriétés de durabilité acceptables pour les bétons de granulats de laitiers EAF inox et AOD stabilisé. / Electric Arc Furnace (EAF) slag and Argon Oxygen Decarburization (AOD) slag are the two principal slags resulted from stainless steel manufacture. Unlike blast furnace slag, a significant part of these steel slags is not valued and has to be treated as waste. Stainless steel slags are nowadays only used as aggregates in road construction and their future valorisation in concrete for building could be interesting. To our knowledge, that possibility has not yet been studied in the literature. The objective of this work is to study the possibility of using slags from stainless steel process as aggregates in concrete. Moreover, this is the first report on mineral composition and physical properties of stabilized AOD slags from stainless steel process.In this study, physicochemical and mechanical properties of EAF slag and stabilised AOD slag aggregates are firstly determined. Mineralogical composition of these stainless steel slag aggregates is also analysed to verify if they contain mineral phases likely to show expansion reactions. An original method using short and long UV lights was developed for studying the mineralogical composition of slag. Secondly, the natural aggregates of reference concretes are substituted, in different proportions, by stainless steel slag aggregates and several physical and mechanical properties are measured on concrete samples. The evolution of concrete mechanical properties has been followed over the time up to 365 days. Similarly, durability tests and swelling tests are made on concrete samples to assess the impact of EAF and AOD slag aggregates. SEM observations of crack network at the paste-aggregate interface and in concrete samples were carried out. The results show adequate structural properties, with a slight improvement of the mechanical properties for concretes made of stainless steel slag aggregates. The durability and expansion characteristics of these concretes are sufficient for construction use.

Les granulats, seconde matière première consommée en France, sont élaborés à partir de roche, ressource non renouvelable. La prise de conscience de l'importance de la protection de l'environnement et des impacts associés à l'élaboration de produits manufacturés, favorise le développement de méthodes destinées à mieux approcher les impacts de leur production. Dans ce contexte, ce travail concerne l'évaluation environnementale d'exploitations industrielles en carrière. Il s'appuie sur une collecte de données de sites utiles à cette évaluation suivie de la réalisation d'un modèle d'évaluation globale des consommations d'énergie, rejets atmosphériques et émissions sonores générées lors de l'élaboration de granulats. Ce modèle, basé sur des indicateurs, est conçu pour être paramètrable selon la nature pétrographique du site (roche meuble ou massive). La mise au point d'un outils d'évaluation, nommé CADUR (CArrière DURable) permet i) d'obtenir des données environnementales relative à la production de granulats naturels ; ii) de mettre en évidence que le paramètre prépondérant de l'évaluation en carrière est la configuration elle-même de l'exploitation considérée ; iii) de suivre, pour l'exploitant, l'évolution de ces performances, d'en comprendre les raisons et de quantifier l'effet d'éventuelles modifications. Vis-àvis des données de sites collectées, les résultats fournis pour CADUR offrenet une relative bonne précision. Ils montrent des écarts, avec les données réelles, inférieurs à 10% pour les consommations énergétiques et à 5% concernant les niveaux sonores.

Le béton est un matériau de construction omniprésent dans les ouvrages de génie civil en raison de sa facilité de mise en oeuvre et son faible coût économique. Suite à des incendies de tunnels ou de bâtiments, les structures en béton peuvent présenter d'importantes dégradations. Afin de pouvoir concevoir des ouvrages plus sûrs il s'avère nécessaire de comprendre les phénomènes physiques à l'origine des désordres dans les structures en béton portées à température élevée. Les travaux de recherche de cette thèse permettent de compléter les connaissances déjà acquises sur le comportement du béton à température élevée en mettant l'accent sur le comportement des granulats, de l'interaction pâte/granulats et béton/roche. Ce travail de recherche basé sur une approche expérimentale analyse l'influence de différentes natures de granulats sur le comportement thermo-hydro-mécanique du béton soumis à une température élevée. Cette étude est construite en trois parties : l'étude du comportement des granulats soumis à température élevée, l'étude du comportement du béton avec les granulats testés précédemment et enfin l'étude d'un échantillon bicouche simulant la relation béton/roche dans un tunnel en incendie. Dans la première partie, trois granulats (calcaire concassé, silico-calcaire semi-concassé de Seine et siliceux roulé) subissent des cycles de chauffage/refroidissement à une vitesse de 1°C/min à 150°C, 300°C, 450°C, 550°C, 600°C et 750°C. Pour une même nature de granulat siliceux, le silex présente une instabilité thermique se traduisant par un éclatement à partir de 300°C alors que le quartzite présente une bonne résistance thermique. La cristallinité et la microstructure du quartz jouent un rôle important dans leur stabilité thermique. La teneur en eau initiale présente aussi une importance sur le comportement thermique du silex. Le granulat calcaire présente aussi une instabilité à cause des phénomènes de décarbonatation/hydratation mais seulement pour le cycle de chauffage/refroidissement à 750°C. Les évolutions physico-chimiques, minéralogiques et microstructurales de ces granulats soumis à une température élevée sont ensuite analysées pour bien comprendre le processus d'instabilité. L'évolution des endommagements du silex est décrite par une série d'observations de la fissuration de l'échelle macroscopique à nanoscopique. La deuxième partie de l'étude expérimentale est consacrée aux bétons réalisés avec les trois granulats analysés précédemment. Pour chaque type de granulat, deux rapports E/C de 0.6 et 0.3 pour les bétons sont étudiés. Ces bétons subissent les mêmes cycles de chauffage/refroidissement que les granulats. Nous déterminons l'évolution de la fissuration, des propriétés thermiques, physiques et mécaniques des bétons en fonction des températures subies. Le comportement mécanique résiduel du béton varie selon la nature des granulats et l'influence du granulat dépend aussi de la compacité de la pâte cimentaire. La partie relative à la simulation d'un incendie dans un tunnel avec un bicouche roche/béton fabriqué au laboratoire permet d'analyser le comportement du béton et de la roche en s'intéressant aux transferts de chaleur dans les 2 matériaux au cours de l'exposition à une température élevée. Mots clés : béton, granulat siliceux et calcaire, microstructure, propriétés mécaniques, propriétés thermiques, haute température.

L'emploi des granulats classés " potentiellement réactifs " vis-à-vis de la réaction alcali-silice implique de prendre des précautions très contraignantes pour les producteurs comme pour les maîtres d'ouvrages suivant les recommandations actuelles. D'où la nécessité de trouver des voies de valorisation plus judicieuses. La piste suivie dans cette thèse est la mise au point des formulations de béton présentant un risque faible d'expansion avec des granulats calcaires siliceux dits " potentiellement réactifs " mais qui peuvent présenter un effet pessimum. Les travaux réalisés ont d'abord permis de quantifier la réactivité de granulats calcaires siliceux mais aussi silex grâce à des études en milieu modèle. En couplant ces résultats avec ceux des mesures d'expansion linéiques, il apparaît que les bétons confectionnés avec un sable et des gravillons suffisamment " riches " en silice libre réactive (supérieure à 5%) gonflent moins que ceux dont seul le sable ou les gravillons sont réactifs, mettant ainsi en évidence l'apparition d'un effet pessimum. En revanche, dans le cas des matériaux " pauvres " en silice réactive (inférieure à 5%) la réduction de l'expansion ne s'observe plus. Il a été montré que, grâce à un processus de neutralisation non délétère pour le béton, les phases siliceuses réactives sont capables de fixer des alcalins sans être dégradées, au travers des silanols initiaux, jusqu'à un certain seuil. Au-delà, l'altération des phases siliceuses s'opère et entraine le gonflement des bétons. L'augmentation de la température de cure de 38 à 60°C a permis l'observation d'une diminution de 30 à 50% de l'expansion et l'apparition d'un effet pessimum pour les bétons à base de granulats " pauvres " en silice réactive pour les formulations présentant un sable et des gravillons réactifs par rapport à ceux dont seul le sable ou les gravillons sont réactifs. Ce changement s'expliquerait par une compétition entre un mécanisme non délétère de neutralisation des alcalins (favorisé à 60°C) et le processus de dégradation de la silice consécutive à une forte concentration locale des alcalins (favorisé à 38°C). La compétition entre ces deux mécanismes est due à un écart de diffusion des alcalins à l'intérieur du réseau siliceux. Les résultats de cette étude contribuent à l'amélioration des connaissances des mécanismes réactionnelles mis en jeu et à l'ouverture de futurs développements permettant de pouvoir envisager des formulations qui respecterons le seuil en alcalins dans les granulats calcaires siliceux et donc d'obtenir des bétons durables.