Etude de la formation de la glace au sein de la texture poreuse des matériaux à base de liant hydraulique

Les travaux concernent la problématique de la gestion des déchets radioactifs, et visent à contribuer à une meilleure prédiction de la tenue au gel des bétons. Les conditions de formation de la glace au sein de la texture poreuse des pâtes de ciment et des bétons ont été étudiées selon la technique d'analyse calorimétrique différentielle et un modèle thermodynamique. Il est montré que les basses températures de formation de la glace au sein des pores ne sont dues qu'en partie à la surfusion de la solution interstitielle induite par les restrictions de taille des cristaux, la présence d'éléments chimiques dissous, et les pressions de confinement. En revanche, en considérant la théorie de la germination et le degré de division de la texture poreuse, trois mécanismes de formation de la glace peuvent être définis, au voisinage de -10, -25 et -40ʿC. Ces résultats permettent d'expliquer les différences de comportement au gel entre les matériaux à base de ciment CPA-CEMI et ceux à base de ciment CLC-CEMV, ainsi que, probablement, entre certains BHP, et laissent envisager l'application de la calorimétrie différentielle comme un outil de test de la tenue au gel des bétons. Par ailleurs, cette étude met en évidence un retrait irréversible des pâtes de ciment et des bétons induit par les cycles de gel /dégel sans apport d'eau, et, sur la base de mesures de diffusion de neutrons aux petits angles, la présence d'une texture poreuse de type surface fractale au sein des pâtes de ciment à hautes performances.This work concerns the nuclear waste management problematics, and aims at contributing to a better prediction of concrete freeze / thaw behaviour. Ice formation in the porosity of cement pastes and concrete was studied using differential scanning calorimetry and a thermodynamic model. It is shown that ice formation low temperatures in the pores can't be explained considering only interstitial solution undercooling induced by crystal size restrictions, dissolved chemical elements, and containment pressures. On the other hand, taking into account the nucleation theory and the porosity division degree, three ice formation mechanisms can be defined, near -10, -25 et -40ʿC. These results allow to explain freeze / thaw behaviour differences between blended and portland cement based materials, as well as, probably, between some high performance concrete, and allow to consider using differential scanning calorimetry as a tool for testing concrete freeze / thaw behaviour. In addition, this study highlights an irreversible shrinkage for cement pastes and concrete induced by freeze / thaw cycles without provision of water, and, on the basis of small angle neutrons scattering measures, the presence of a fractal surface type porosity in high performance cement pastes.TOULOUSE-INSA (315552106) / SudocSudocFranceF