Modeling of the long-term behavior of recycled aggregate concretes
Modélisation du comportement à long terme des bétons de granulats recyclés
Résumé
The construction sector in France generated 246 million tonnes of waste. Almost all of this waste is inert waste that does not pose a danger to human health and the environment. The recovery of this waste makes it possible to limit the extraction of virgin resources and, consequently, to reduce the emission of greenhouse gases. The use of recycled aggregates allows the preservation of natural resources, the reduction of transport costs and therefore the reduction of energy consumption and greenhouse gas emissions, rapid implementation, and finally reduction quantities of materials landfilled.As part of the ANR ECOREB, and more particularly at the level of Minh-Duc Nguyen's thesis, tools for knowledge and simulation of the behavior of recycled concrete have been developed. The validity of the analytical relationships developed to predict the mechanical properties of natural aggregate concrete for use in recycled aggregate concrete has been revised and appropriate modifications have been proposed to take into account the presence of recycled aggregates. However, the behavior of creep in compression under several loading levels and at different ages has not been studied at the same level as the mechanical behavior in compression, tension, and failure. In addition, the applicability of the analytical models proposed in the design standards has not been verified.The objective of this research work is to study the effect of recycled aggregates on the long-term behavior of concrete and to enrich the predictive models proposed by the standards by introducing relevant parameters that take into account the effect of the incorporation of recycled aggregates on delayed behavior.This study presents an analysis of the data available in the literature on the ability of design standards to predict the creep behavior of concrete from natural and recycled aggregates. The comparison between the experimental and predicted values shows a significant dispersion in terms of creep coefficient. Nevertheless, EC2 remains the most appropriate standard for estimating creep for both natural and recycled concrete compared to ACI and MC2010 fib. For this reason, the EC2 was chosen as the reference model to propose the appropriate modifications.Based on the general expression which gives the creep coefficient, the creep coefficient conventional and the power of the aging function, as well as the coefficient according to the relative humidity have been identified for the concrete of natural aggregates first by an optimization approach. Analysis of the results showed different values compared to the values of the existing standards. Furthermore, a new expression for the creep coefficient has been proposed by the EC2 model as well as by the ACI, which has been called modified models. With all these modifications, the correlation between the experimental and predicted values is improved for both models EC2 and ACI.In order to consider the presence of recycled aggregates in the concrete, the equivalent replacement rate was introduced in the modified expressions, which represents the mass of the recycled aggregates compared to the mass of the granular skeleton. A rheological model based on the Kevin-Voigt model was also developed as part of this work.For the modeling of the creep deformation of concrete with recycled aggregates, software ABAQUS and ANSYS was used which uses Prony coefficients to define the viscoelastic behavior of the material.
Le secteur de la construction, a généré en France 246 millions de tonnes de déchets. Ces déchets sont composés en quasi-totalité de déchets inertes ne présentant pas de danger pour la santé humaine et l’environnement. La valorisation de ces déchets permet de limiter l’extraction des ressources vierges et de réduire, par conséquent, l’émission des gaz à effet de serre. L’utilisation des granulats recyclés permet la préservation des ressources naturelles, la réduction du cout de transport et par conséquent la réduction de la consommation d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre, une mise en œuvre rapide, et enfin la réduction des quantités de matériaux mis en décharge.Dans le cadre de l’ANR ECOREB, et plus particulièrement au niveau de la thèse de Minh-Duc Nguyen, des outils de connaissances et de simulation du comportement des bétons recyclés ont été développés. La validité des relations analytiques développées pour prédire les propriétés mécaniques du béton des granulats naturels en vue de leur utilisation pour le béton des granulats recyclés a été révisée et les modifications appropriées ont été proposées afin de tenir compte de la présence des granulats recyclés. Néanmoins, le comportement du fluage en compression sous plusieurs niveaux de chargement et à différents âges n’a pas été étudié au même niveau que le comportement mécanique en compression, en traction, et à la rupture. De plus, l’applicabilité des modèles analytiques proposés dans les normes de dimensionnement n’a pas été vérifiée.L’objectif du présent travail de recherche est d’étudier l’effet des granulats recyclés sur le comportement du béton à long terme et d’enrichir les modèles prédictifs proposés par les normes par l’introduction de paramètres pertinents qui tiennent compte de l’effet de l’incorporation des granulats recyclés sur le comportement différé.Cette étude présente une analyse des données disponibles dans la littérature sur l’aptitude des normes du dimensionnement à prédire le comportement du fluage des bétons des granulats naturels et recyclés. La comparaison entre les valeurs expérimentales et prédites montre une dispersion significative en termes de coefficient de fluage. Néanmoins, l’EC2 reste la norme la plus appropriée pour estimer le fluage tant pour les bétons naturels que pour les bétons recyclés par rapport à l’ACI et à la fib MC2010. Pour cette raison, l’EC2 a été choisie comme modèle de référence pour proposer les modifications appropriées.En se basant sur l’expression générale qui donne le coefficient du fluage, le coefficient du fluage conventionne et la puissance de la fonction du vieillissement, ainsi que le coefficient en fonction de l’humidité relative ont été identifiés pour le béton des granulats naturels d’abord par une approche d’optimisation. L’analyse des résultats a montré des valeurs différentes par rapport aux valeurs des normes existent. Par ailleurs, une nouvelle expression du coefficient de fluage a été proposée par le modèle EC2 ainsi que par l’ACI, les quelles on l’a appelé modèles modifiés. Avec toutes ces modifications, la corrélation entre les valeurs expérimentales et prédites est améliorée pour les deux modèles EC2 et ACI.Afin de considérer la présence des granulats recyclés dans le béton, a été introduite dans les expressions modifiées le taux de remplacement équivalent, qui représente la masse des granulats recyclés par rapport à la masse du squelette granulaire. Un modèle rhéologique basé sur le modèle de Kevin-Voigt a été également développé dans le cadre de ce travail.Pour la modélisation de la déformation de fluage du béton avec des granulats recycles, on a utilisé les logiciels ABAQUS et ANSYS lequel utilise des coefficients de Prony pour définir le comportement viscoélastique du matériau.
Origine : Version validée par le jury (STAR)