Experimental study on gas and water relative permeability of cementitious materials and numerical simulation of water transport of concrete

Etude expérimentale de la perméabilité relative des matériaux cimentaires et simulation numérique du transfert d’eau dans le béton

Jian Liu (1)

1 LML - Laboratoire de Mécanique de Lille - FRE 3723

This dissertation was devoted to study gas and water relative permeability and transfer of water in partially saturated cementitious materials. The gas relative permeability of a reference mortar and a concrete, which is used in the low and intermediate level waste storage center in Soulaines, has been measured. A method to measure water relative permeability of two concretes CEM I and CEM V, which will be used in the building of a underground disposal, has been proposed. But the difficulty of isolating the part due to the permeation in the unsaturated flow shows that the flow of capillarity is predominant in unsaturated flow. The capillary adsorption of concretes CEM I and CEM V has been measured. At the same level of water saturation, the gas relative permeability of sample pre-treated by capillary adsorption is less than that of sample pre-treated by adsorption in relative humidity. A double retention model has been proposed and it can describe the sorption isotherm of two concretes CEM I and CEM V. The curves of gas and water relative permeability are deducted. The hysteresis of sorption leads to the hysteresis of water relative permeability while there is not notable hysteresis of gas relative permeability. With double-retention model and water relative permeability expression, we can simulate sorption process under relative humidity by using a proper value of water intrinsic permeability which is in the domain of measured values

Ce mémoire de thèse a été consacrée à étudier expérimentalement la perméabilité relative au gaz et à l’eau des matériaux cimentaires partiellement saturés, et à simuler numériquement le transfert d’eau dans le béton. La perméabilité relative d’un mortier de référence et d’un béton utilisé dans un centre de stockage de déchets radioactifs a été mesurée. Une méthode de mesurer la perméabilité relative à l’eau de deux bétons CEM I et CEM V, qui seront utilisés dans un stockage profond, a été proposée. Mais les quantités d’eau mis en jeu n’ont pas permis d’exploiter cette approche. Ceci indique la prépondérance de la capillarité sur la perméation lors du processus de saturation du matériau. On a ensuite mesuré la sorption capillaire de deux bétons CEM I et CEM V. A la même saturation en eau, la perméabilité relative au gaz de l’échantillon pré-traité par l’imbibition capillaire est moins grande que celle de l’échantillon pré-traité par adsorption sous humidité relative. Un double-modèle de rétention a été proposé qui peut bien modéliser l’isotherme de sorption des bétons CEM I et CEM V. La perméabilité relative au gaz et à l’eau est déduite. L’hystérésis de l’isotherme de sorption entraîne l’hystérésis de la perméabilité relative à l’eau tandis que la perméabilité relative au gaz n’a pas d’hystérésis remarquable. Avec le double-modèle de rétention et les courbes de la perméabilité relative à l’eau, on a pu simuler le processus de sorption sous humidité relative en utilisant une propre perméabilité intrinsèque à l’eau qui est dans le domaine de valeurs mesurées tandis que on n’a pas réussi à simuler l’imbibition capillaire à cause de la cinétique différente

Mots clés: Concrete; Permeability; Capillarity; Simulation

Mots clés: Béton; Perméabilité; Capillarité; Simulation

Domaines: Autre

Jian Liu. Etude expérimentale de la perméabilité relative des matériaux cimentaires et simulation numérique du transfert d’eau dans le béton. Autre. Ecole Centrale de Lille, 2011. Français. ⟨NNT : 2011ECLI0018⟩. ⟨tel-00679402⟩