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Ecole Polytechnique X (08/12/2006), Jean-Pierre Korb (Dir.)
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Caractérisation multi-échelles de matériaux poreux en évolution : cas du plâtre
Hamouda Jaffel1, 2

Nous présentons une étude détaillée, non-perturbante, de la prise du plâtre par Relaxation Magnétique Nucléaire (RMN) du proton, à bas champ magnétique. Cette technique permet de quantifier en continu le degré d'hydratation et de déduire de manière non-destructive les paramètres microstructuraux d'une pâte de plâtre en cours de durcissement. La décroissance bi-exponentielle des signaux de relaxation de l'eau dans le plâtre prouve l'existence de deux populations d'eau différentes, en échange lent. A partir des mesures de relaxométrie RMN, deux modes d'organisation de la microstructure sont identifiés en fonction du rapport de gâchage initial eau/plâtre (e/p), pour 0.4 <= e/p <= 0.6 et 0.7 <= e/p <= 1. Un modèle original d'échange entre les populations d'eau dans un milieu poreux a été établi. Une nouvelle approche multi-échelles et multi-techniques de la prise et du durcissement des pâtes de plâtre est proposée, permettant de relier les mesures locales obtenues par RMN aux propriétés mécaniques du matériau (mesurées par ultrasons). La démarche expérimentale et la modélisation présentées dans cette étude peuvent être appliquées à une large gamme de matériaux poreux en évolution.
1:  PMC - Physique de la matière condensée
2:  Lafarge Research Centre
Milieux poreux – Microstructure – Porosité – Surface spécifique – Distribution de tailles de pores – Approche multi-échelles – Degré d'hydratation – Hydratation – Texturation – Pâte de plâtre – Gypse – RMN du proton – Temps de relaxation – Relaxométrie – Modèle d'échange.
www.polymedia.polytechnique.fr

Multi-scales characterization of porous materials in evolution : case of plaster
We report a comprehensive and non-destructive study of the hydration kinetics and of the microstructure evolution of plaster pastes, by low magnetic field proton Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Relaxometry. This technique enables to follow continuously and non-destructively the degree of hydration and the evolution of the microstructure during the setting and hardening of plaster pastes. The bi-exponential transverse magnetization decay reveals the existence of two water populations in slow exchange. Using the NMR relaxometry measurements, two modes of organization of the microstructure of this material are identified, as a function of the initial water to plaster ratio (w/p), for 0.4 <= w/p <= 0.6 and 0.7 <= w/p <= 1. An original model of exchange between water populations in a porous medium was established. A new multi-scale and multi-technique approach is proposed to relate continuously the microstructure and the macroscopic mechanical properties of the evolving porous medium (measured by ultrasound). The experimental approach and the modelling presented here can be applied to other porous media with evolving microstructures.
Porous media – Microstructure – Porosity – Specific surface area – Pore size distribution – Multi-scale approach – Degree of hydration – Hydration – Setting – Plaster paste – Gypsum – Proton NMR – Relaxation time – Relaxometry – Exchange model.

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