Cements and concentrated model suspensions. Flow, jamming and flocculation
Ciments et suspensions concentrées modèles. Écoulement, encombrement et floculation
Résumé
Here we report about the rheological behavior of very concentrated dispersions -or pastes- of granular or colloidal particles of cement or of monodisperse spherical silica particles. The model system of silica particles is used in order to control the physical chemistry properties of the suspension. Our research project is centered on two points which are focusing on the slurries properties : (i) the first one is the study of the structuring process by the coagulation at rest and its relation with setting. We use special tools (ultrasonic, confocal) to follow and understand the evolution from coagulation to the setting of cement (ii) the second is the study of the dynamic structuring phenomena, under shear, typical of the concentrated suspensions and named jamming. The flow can enter into a shear-thickening and, possibly jamming regime. The onset of this regime is shown to involve giant fluctuations of stress, assigned to the formation and breakup of direct frictional contact chains. The surface state of the particles is a determining factor in this transition. The studies of the normal stress and microscopic observation give good reasons to believe that solid friction is involved in the jamming transition.
Nous reportons ici le comportement rhéologique de suspensions concentrées - ou pâte - de particules granulaires ou colloïdales de ciment ou de silice sphérique et monodisperse. Le système modèle de particules de silice est utilisé pour pouvoir contrôler les propriétés physicochimiques de la suspension. Notre projet de recherche se centre sur deux points qui s'intéressent aux propriétés du coulis frais : (i) le premier est l'étude du processus de structuration par coagulation au repos et sa relation avec la prise. Nous avons utilisé des outils (ultrason, confocal) adaptés pour suivre et interpréter la coagulation et la prise du ciment.(ii). Le second est l'étude d'un phénomène de structuration dynamique, sous écoulement, typique des suspensions très concentrées et appelé " jamming ". Nous montrons que l'apparition de ce régime d'encombrement va de pair avec des fluctuations géantes de contraintes, avec une statistique caractéristique des événements critiques auto-organisés. L'état de surface des grains et du frottement intergranulaire est un paramètre important dans le blocage sous cisaillement. La simultanéité des fluctuations des efforts normaux et des efforts tangentiels aussi que des visualisations microscopiques suggère fortement que la formation de chaînes de contacts frottants est à l'origine du phénomène.
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