Modelling of atmospheric carbonation of cement based materials considering the kinetic effects and modifications of the microstructure and the hydric state - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2005

Modelling of atmospheric carbonation of cement based materials considering the kinetic effects and modifications of the microstructure and the hydric state

Modélisation de la carbonatation atmosphérique des matériaux cimentaires Prise en compte des effets cinétiques et des modifications microstructurales et hydriques

Mickaël Thiery
  • Function : Author

Abstract

Atmospheric carbonation is one of the most significant degradation factors in the durability of reinforced concrete structures. It entails the action of CO2 in the atmosphere, which diffuses through the concrete and then dissolves when in contact with the pore solution. This phenomenon induces acidification of the medium, which leads to the dissolution of the hydrates composing the reserve of concrete basicity. Then the pH value abruptly decreases from a value of the order of 13 to one less than 9. It leads to the corrosion of the reinforced bars which are protected with a high pH level. The aim of this work is to build up a physico-chemical modelling of carbonation of cement based materials which enables to predict the drop of the pH value in pore solution, given that the pH value constitutes a pertinent variables in comprehending reinforcement corrosion. A very informative experimental campaign (thermogravimetric analyses, gammadensitometry, mercury intrusion, etc.) is conducted on three different concrete mixes and many cement pastes (with cement CEM I). It is used to clarify the physico-chemical mechanism of carbonation in order to quantify the influence of carbonation on the microstructure and on the hydric state, to calibrate and eventually to validate the model with accelerated carbonation tests.
La carbonatation atmosphérique est un des facteurs parmi les plus importants de la durabilité du béton armé. Elle repose sur l'action du CO2 de l'atmosphère qui diffuse à travers le béton et se dissout en acide au contact de la solution interstitielle. Cette acidification du milieu induit une dissolution de la portlandite qui constitue la réserve de basicité du béton. La baisse du pH, d'une valeur de l'ordre de 13 à une valeur inférieure à 9, peut conduire à la corrosion des aciers du béton armé qui ne sont passivés et protégés qu'en milieu fortement basique. L'objectif de la thèse est de construire un modèle physico-chimique de carbonatation des matériaux cimentaires permettant de prédire la chute du pH de la solution interstitielle, variable pertinente pour appréhender la corrosion des armatures. Une riche campagne d'analyses thermogravimétriques, de gammadensimétries et de porosimétries par intrusion de mercure, réalisées sur 3 bétons différents et plusieurs pâtes de ciment à base de CEM I, permet de comprendre les mécanismes physico-chimiques, de déterminer les conséquences de la carbonatation sur la microstructure et l'état hydrique des matériaux, de calibrer et enfin de valider le modèle proposé à partir d'essais de carbonatation accélérée.
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Dates and versions

pastel-00001517 , version 1 (24-04-2007)

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  • HAL Id : pastel-00001517 , version 1

Cite

Mickaël Thiery. Modelling of atmospheric carbonation of cement based materials considering the kinetic effects and modifications of the microstructure and the hydric state. Engineering Sciences [physics]. Ecole des Ponts ParisTech, 2005. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00001517⟩
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