Fissuration des mortiers - CSTB

Prise en compte du couplage hydratation-séchage pour la modélisation du retrait de
dessiccation
1 Introduction
Dans ce chapitre, nous nous appuyons sur la campagne expérimentale menée sur le mortier
CEReM2 dans le chapitre 4. Dans cette étude, nous avons montré que le couplage entre hydratation
et séchage au jeune âge, pouvait sévèrement perturber le retrait de dessiccation et ainsi diminuer
les risques de fissuration d’une couche mince de mortier sur son support. Le but de cette
modélisation est d’arriver à représenter le retrait d’une éprouvette soumis à la dessiccation à diverses
échéances de maturité. Le modèle que nous avons développé s’appuie, dans sa structure
principale, sur les travaux réalisés par Haouas (Haouas 2007 [73]). Cependant, afin de mieux
tenir compte du couplage entre hydratation et séchage, un nouveau modèle d’hydroactivation a
été développé. Ce dernier prend en compte l’épuisement de l’eau par les deux processus, ainsi
que l’arrêt de l’hydratation lorsque la teneur en eau descend au dessous d’une valeur limite
(correspondant à une humidité relative interne calculable grâce à l’isotherme). D’autre part, une
nouvelle représentation plus physique de la distribution de la taille des pores a été implantée.
Celle-ci nous permet par exemple, de calculer les isothermes d’adsorption de vapeur d’eau en
fonction de l’avancement de la réaction d’hydratation. Ainsi, la connaissance de cet indicateur
permet de définir des conditions de séchage plus réalistes et directement dépendantes de l’hydratation
et donc de la porosité en peau de l’éprouvette. En effet, il est désormais possible dans
le modèle, d’imposer une condition aux limites en humidité relative extérieure, qui est directement
reliée à la teneur en eau sur la surface du mortier exposé à la dessiccation. Le modèle
complet a été implémenté dans un code de calcul aux éléments finis : CAST3M, développé au
CEA.
2 Modélisation de l’hydratation
2.1 Analyse de l’existant
2.1.1 L’approche microscopique
L’hydratation des matériaux cimentaires est, comme nous l’avons décrit au premier chapitre,
un processus chimique complexe. Plusieurs modèles décrivent, à l’échelle microscopique,
l’évolution de la microstructure au cours de l’hydratation. Ils permettent, entre autres, d’accéder
à des données tels que le degré d’hydratation, la porosité capillaire ou le seuil de percolation
mécanique. Parmi les « Integrated particle kinetics models 1 » les plus renommés, on trouve le
modèle du NIST 2 dénommé CEMHYD3D développé par Bentz et Garboczi (Bentz et Garboczi
1991 [97]), le modèle HYMOSTRUC dévelopé par Van Breugel à l’université de Delft (Van
Breugel 1991 [98]) et le modèle développé par Navi et Pignat à l’EPFL 3 (Navi et Pignat 1996
[99]).
Les algorithmes de résolution de ces modèles reposent sur des fondements différents. CEM-
HYD3D est basé sur des automates cellulaires unitaires destinés à former la microstructure. Ces
voxels, correspondant à un volume d’1 µm 3 , représentent les différents composés du ciment anhydre.
Ils se dissolvent, diffusent dans la porosité et réagissent avec l’eau et les autres espèces
1 Appelation anglosaxone des modèles décomposant la microsctrure en éléments unitaires géométriques simples
(sphères, carrés), représentant les composés du ciment ou le grain anhydre lui-même et intéragissant entre eux
2 National Institute of Standards and Technology
3 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
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