Impact de la rhéologie des matériaux cimentaires sur l’aspect des parements et les procédés de mise en place

Abstract

El presente proyecto está basado en primer lugar en estudios experimentales que nos ha permitido determinar la influencia de la variación de la cantidad de agua de formulación que genera sobre la reología de materiales cementosos (estado fresco) y del color (aspecto) y de la rugosidad (estado endurecido). Se ha utilizado un espectroscopio para medir el color y un microscopio electrónico para la rugosidad de las superficies. Al estado fresco, se ha utilizado un reómetro giratorio para determinar las propiedades reológicas. Nuestros resultados, muestran que el aumento de la relación A/C genera el aclaramiento de las superficies y una disminución de la rugosidad de la superficie de los materiales cementosos. Así mismo, reduce considerablemente el umbral de cizallamiento y la viscosidad al estado fresco. Los modelos matemáticos utilizados fueron los modelos clásicos (Bingham, Herschel Bulkley y Casson) y modificados por Papanastisou. A partir de la regresión numérica, observamos que la ley de Herschel Bulkley y todos los demás modelos modificados son adecuados para describir el comportamiento de las pastas de cemento. Para morteros, Bingham, Herschel Bulkley y todos los modelos modificados son adecuados para morteros fluidos.

Au travers de ma thèse j'ai travaillé sur l'influence de la composition des matériaux cimentaires sur l'aspect final de la surface une fois durcie, et notamment en analysant le rapport E/C. Les essais ont tous été effectués sur de ciment CEM I. Pour la partie expérimentale, nous avons fabriqué des pâtes de ciment et des mortiers avec différents rapports E/C dans des moules métalliques de 4x4x16 cm³. Nous avons utilisé un spectre colorimètre pour mesurer l'intensité de la lumière réfléchie en termes de luminance et un microscope numérique pour mesurer la rugosité des surfaces en termes de surface développée. A partir de nos résultats, nous avons observé que l'augmentation du rapport E/C engendre l'éclaircissement des surfaces et une diminution de la rugosité de la surface des matériaux cimentaires. Nous avons également effectué des essais rhéologiques sur des pâtes et des mortiers frais. Pour les pâtes, un rhéomètre rotatif de l'IRC (Institut de Recherche en Constructibilité) -ESTP Paris a été utilisé, tandis que pour les mortiers, le rhéomètre de CERIB (à Épernon) a été privilégié. Par nos résultats, nous avons observé que l'augmentation de l'eau dans la composition des matériaux cimentaires engendre considérablement la diminution du seuil de cisaillement et de la viscosité. Les modèles mathématiques pour décrire l'écoulement de matériaux cimentaires utilisés étaient les modèles classiques (Bingham, Herschel Bulkley et Casson) et modifiés par Papanastasiou. A partir de la régression numérique, nous avons observé que la loi de Herschel Bulkley et tous les autres modèles modifiés sont bien adaptés pour décrire le comportement des pâtes de ciment. Pour les mortiers, les modèles Bingham, Herschel Bulkley et tous les modèles modifiés sont bien adaptés pour les mortiers fluides. Enfin, la loi de Bingham-Papanastasiou a été choisie pour modéliser l'écoulement des pâtes de ciment via COMSOL multiphysics. Les résultats numériques sont comparés avec ceux d’expérimentation.