Proposal of a sustainability indicator for the detection of swelling reactions in concrete
Proposition d'un indicateur de durabilité pour la détection des réactions de gonflement interne dans le béton
Résumé
The aim of the thesis, carried out at the LMDC (Materials and Durability of Construction Laboratory) of Toulouse in collaboration with the IRSN (Institute of Radioprotection and Nuclear Safety) of Marne Valley, is to propose a sustainability indicator allowing to evaluate the state of development of the internal swelling reactions in the concrete of existing structures. This thesis is a part of the extension of the operating life of nuclear reactors from 40 to 60 years. These pathologies can be attributed to two types of chemical reactions: the Internal Sulfate Reaction (ISR) and the Alkali-Aggregate Reaction (AAR). These reactions cause, when they develop, the setting in traction of the concrete leading to the creation of cracks in the structure affected by these pathologies. For several years now, the performance-approach to concrete durability has been developed as a replacement for a prescriptive approach: the performance-approach consists in understanding the durability of concretes by considering not only the data related to the formulation but certain characteristics or properties material known to be of interest for predicting the evolution thereof when exposed to given environmental conditions. However, this approach mainly concerns exogenous pathologies of concrete; there is a real scientific interest to use this approach in the case of endogenous type of degradation such as AAR and ISR, which will make it possible to predict the evolution of these pathologies within the concrete. To answer these problems, the study will focus on the research of the correlations between the evolutions of the different physic-chemical and mechanical parameters according to the state of development of the pathologies. The experimental program has been used to propose sustainability indicators that are sensitive to the presence of internal swelling reaction and to enable their detection at the beginning of their development. Three cases were studied: ISR, AAR and AAR and ISR coupling. A detecting and monitoring method is proposed for each pathology.
L'objectif de la thèse, conduite au LMDC (Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions) de Toulouse en collaboration avec l'IRSN (Institut de Radioprotection et de Sureté Nucléaire) de Fontenay-aux-Roses, est de proposer un indicateur de durabilité permettant d'évaluer l'état de développement des réactions de gonflement interne dans le béton des ouvrages existants. Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la prolongation de la durée d'exploitation des réacteurs nucléaires de 40 à 60 ans. Ces pathologies peuvent être attribuées à deux types de réactions chimiques : la Réaction Sulfatique Interne (RSI) et la Réaction Alcali-Granulats (RAG). Ces réactions provoquent, lorsqu'elles se développent, la mise en traction du béton conduisant à la création de fissures dans les ouvrages atteints par ces pathologies. Depuis plusieurs années, l'approche performantielle de la durabilité des bétons se développe en remplacement d'une approche prescriptive : l'approche performantielle consiste à appréhender la durabilité des bétons en considérant non pas les seules données liées à la formulation mais certaines caractéristiques ou propriétés du matériau dont on sait qu'elles présentent un intérêt pour prévoir l'évolution de celui-ci lorsqu'il est exposé à des conditions environnementales données. Cependant cette approche concerne essentiellement les pathologies exogènes au béton, il y a donc un réel intérêt scientifique à utiliser cette approche dans le cas des dégradations de type endogène comme la RAG et la RSI, afin de prévoir l'évolution de ces pathologies au sein du béton. Pour répondre à ces problématiques, cette étude s'est focalisée sur la recherche des corrélations entre les évolutions des différents paramètres physico-chimiques et mécaniques et l'état de développement des pathologies. Le programme expérimental mis en place a permis la proposition d'indicateurs de durabilité capables de détecter et de suivre les pathologies dans le béton. Trois cas ont été étudiés : la RSI, la RAS et le couplage des deux pathologies. Une méthode de détection et de suivi de ces pathologies est proposée.
Domaines
Matériaux
Origine : Version validée par le jury (STAR)