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Theses Year : 2005

Particle size effect on EPS lightweight concrete

Effet de taille dans le béton léger de polystyrène expansé

Karim Miled
  • Function : Author

Abstract

It had been observed in literature that Expanded Polystyrene (EPS) lightweight concrete compressive strength increases significantly with a decrease in polystyrene beads size Ø, for the same concrete density. So that, the main purpose of the thesis is to identify the physical origin of this particle size effect. In the first part of this work, a combined experimental and numerical investigation has been conducted on a 2D idealized EPS concrete to study size effect and failure mechanism under compression. The idealized lightweight concrete is obtained by replacing EPS beads having almost zero strength by holes of the same size drowned in a homogeneous cement matrix. In the second part of this work, an experimental investigation has been conducted on three EPS lightweight concretes containing three polystyrene beads sizes and having densities ranging from 1200kg/m3 to 2000kg/m3. Moreover, to free the size effect problem from the specimen size D by ensuring that the representive volume element (RVE) for the EPS concrete compressive strength is already reached, compressive tests have been carried out on homothetic EPS concrete cylinders. Moreover, we have observed that the compressive strength increases with an increase in the matrix heterogeneities (sand grains) maximum size lm. On the basis of the analysis of EPS concrete failure modes observed experimentally, a phenomenological approach has been conducted to explain the EPS concrete particle size effect and to identify the law governing it. Finally, we have proposed a numerical 2D study on a lattice model which reproduces qualitatively the particle size effect observed experimentally.
Il a été observé expérimentalement, dans la littérature, que la résistance du béton léger de polystyrène, à densité égale, diminue sensiblement lorsqu'on augmente la taille Ø des inclusions légères. L'objectif de cette thèse est l'identification de l'origine physique ainsi que la modélisation de cet effet de taille. Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié les mécanismes de rupture et l'effet de taille dans un béton léger modèle 2D où les billes de polystyrène sont remplacées par des trous de même taille distribués dans une matrice cimentaire homogène. Dans la deuxième partie de ce travail, une étude expérimentale a été conduite sur trois types de béton de polystyrène renfermant trois tailles différentes de billes et présentant des densités allant de 1200kg/m3 à 2000kg/m3. En outre, pour s'assurer que la taille du Volume Elémentaire Représentatif (VER) pour la résistance en compression du béton de polystyrène est atteinte, des éprouvettes homothétiques ont été testées. L'effet de la taille des hétérogénéités de la matrice (grains du sable) a été aussi étudié en testant trois types de matrice cimentaire. Les résultats de cette étude ont confirmé la présence d'un effet de taille, mais aussi une interaction antagoniste avec l'effet de la taille maximale lm des hétérogénéités de la matrice. Une démarche phénoménologique, basée sur l'analyse des mécanismes de ruine observés expérimentalement dans le béton de polystyrène a été suivie pour expliquer l'effet de taille et identifier la loi le régissant. Enfin, une étude numérique 2D de cet effet de taille a été conduite sur un réseau de barres, en se basant sur la théorie des équivalences.
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Dates and versions

pastel-00001820 , version 1 (20-07-2006)

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  • HAL Id : pastel-00001820 , version 1

Cite

Karim Miled. Particle size effect on EPS lightweight concrete. Engineering Sciences [physics]. Ecole des Ponts ParisTech, 2005. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00001820⟩
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