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Theses Year : 2021

Investigation of freeze-thaw durability of pervious concrete

Étude de la durabilité des bétons drainants au gel/dégel

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Iliass Tahiri
  • Function : Author

Abstract

Pervious concrete is a type of concrete that allows to drain water easily from the surface to the soil. It is characterized by a high permeability (~150-1000 L/min/m²), which is a consequence of its large connected inter-aggregates porosity. This structure is obtained by using single-sized aggregates and by limiting the use of fine aggregates. Even though pervious concrete presents substantial benefits, it is subject to various durability challenges such as freeze-thaw and clogging. In fact, in cold regions, pervious concrete structures are subjected to freeze-thaw cycles which deteriorate the material. The aim of the Ph.D. is first to understand the damage behavior of pervious concrete subjected to freeze-thaw in saturated conditions and in the presence of deicing salts, and second to optimize the mix design to increase the number of freeze-thaw cycles the pervious concrete can sustain before damage. In order to reach these goals, experimental and modeling approaches are considered. First, an experimental assessment of the freeze-thaw resistance of various formulations of decimeter-sized cubic samples of pervious concrete is performed. Every mix design contains an additive that potentially enhances the resistance to freeze-thaw. In terms of modeling, to understand why pervious concrete gets damaged when subjected to freeze-thaw cycles and the relevant physical processes that might be involved, we develop a poromechanical model relevant for freeze-thaw in saturated conditions and perform poromechanical finite-volumes/elements simulations on cemented aggregates subjected to freeze-thaw. We simulate the response of one aggregate coated with cement paste and two aggregates coated and bonded with cement paste.
Les bétons drainants sont des béton qui permettent de drainer facilement l'eau de la surface vers le sol. Ils sont caractérisés par une perméabilité élevée (~150-1000 L/min/m²), qui est une conséquence de leurs grande porosité inter-agrégats connectés. Cette structure est obtenue en utilisant des granulats de taille unique et en limitant l'utilisation de granulats fins. Bien que le béton drainant présente des avantages substantiels, il est soumis à divers problèmes de durabilité tels que le gel-dégel et le colmatage. En effet, dans les régions froides, les structures en béton drainant sont soumises à des cycles de gel-dégel qui détériorent le matériau. Le but de la thèse est d'abord de comprendre le comportement du béton drainant soumis au gel-dégel en conditions saturées et en présence de sels de déverglaçage, et ensuite d'optimiser le mélange pour augmenter le nombre de cycles de gel-dégel que le béton drainant peut supporter avant d'être endommagé. Afin d'atteindre ces objectifs, des approches expérimentales et de modélisation sont considérées. Tout d'abord, une évaluation expérimentale de la résistance au gel-dégel de diverses formulations d'échantillons cubiques décimétriques de béton drainant est réalisée. Chaque formulation contient un additif qui améliore potentiellement la résistance au gel-dégel. En termes de modélisation, pour comprendre pourquoi le béton perméable est endommagé lorsqu'il est soumis à des cycles de gel-dégel et les processus physiques pertinents qui pourraient être impliqués, nous développons un modèle poromécanique pertinent pour le gel-dégel dans des conditions saturées et nous effectuons des simulations poromécaniques par éléments finis et volumes finis de quelques agrégats cimentés soumis au gel-dégel.
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03637209 , version 1 (11-04-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03637209 , version 1

Cite

Iliass Tahiri. Investigation of freeze-thaw durability of pervious concrete. Mechanics of materials [physics.class-ph]. École des Ponts ParisTech, 2021. English. ⟨NNT : 2021ENPC0038⟩. ⟨tel-03637209⟩
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