Mechanical behavior and characterization : durability of new materials based on clay
Comportement mécanique et caracterisation : durabilité de nouveaux matériaux a base d'argile
Résumé
Nowadays, the use of ecological and sustainable materials has become a necessity. This is due to the depletion of natural resources and to the large amounts of CO2 emissions generated by the construction sector. Raw earth, composed essentially of fine particles like clay, has been used as a building material for thousands of years in various forms. The low cost and the high availability of this material, in addition to its ecological and hygrothermal properties, have been the reasons for its usage in the construction industry.During the last years, several studies have been realized to develop more common and easy methods to apply in the construction field, which has led to the designation of earth concrete. This concrete is constituted of clay soil treated with small quantities of one or more hydraulic binders and can be poured like ordinary concrete. However, the diversity presented in these materials makes them very complex and difficult to use. In addition, the presence of fine particles makes them very sensitive to plastic shrinkage and consequently increases the risk of cracking due to the low resistance of this concrete at early age. In this study, the mechanical behavior and durability of an earth concrete composed of an artificial soil stabilized with cement and lime have been evaluated. In order to overcome the cracking sensitivity, flax fibers have been added and the effect of different percentages and lengths of fibers has been studied.First, the behavior of earth concrete at early age was studied. Plastic shrinkage was measured in parallel with the weight loss, the capillary pressure and the temperature. In addition, the effect of flax fibers on cracking at early age was studied using the digital image correlation technique. A reduction in plastic shrinkage and a better resistance to cracking were observed with the addition of fibers due to different transfer mechanisms and stress redistribution.Secondly, the effect of flax fibers on the mechanical behavior of soil concrete was studied. Compression and flexural tests have been realized at different curing ages and monitored simultaneously with the digital image correlation and the acoustic emission techniques. These tests allowed to monitor and better understand the damage evolution. An increase in the acoustic emission activity was observed with the addition of fibers indicating additional damage mechanisms and an improved ductility.Finally, the durability of earth concrete was evaluated. An experimental investigation of damage evolution during drying was realized with a continuous monitoring using the acoustic emission technique. The effect of curing conditions and wetting/drying cycles on the mechanical properties of earth concrete was also evaluated. The results showed visible cracks on the surface of the specimens with a clear degradation of the mechanical properties.
L'utilisation des matériaux écologiques et durables est devenue de plus en plus indispensable de nos jours. Cela est dû à l'épuisement des ressources naturelles et aux grandes quantités d'émissions de CO2 générées par le secteur de la construction. La terre crue, composée essentiellement de particules fines comme l'argile, est un matériau de construction utilisée depuis des milliers d'années sous différentes formes. Le faible coût et la grande disponibilité de ce matériau, en plus de ses propriétés écologiques et hygrothermiques, ont été les raisons de son utilisation dans le domaine de la construction.Ces dernières années, plusieurs études ont été réalisées afin de développer des méthodes plus communes et faciles à appliquer dans le domaine de la construction, ce qui a conduit à la désignation de béton de terre. Ce béton est constitué d'argile traitée par de faibles quantités d'un ou de plusieurs liants hydrauliques et peut être coulé comme un béton ordinaire. Par contre, la diversité de ces matériaux argileux les rend très complexes et difficiles d’utilisation. De plus, la présence des particules fines les rend très sensibles au retrait plastique et par conséquent augmente le risque de fissuration dû à la faible résistance de ce béton au jeune âge. Dans cette étude, le comportement mécanique et la durabilité d’un béton de terre composé d’un sol artificiel stabilisé avec du ciment et de la chaux a été évalué. Afin de palier le risque de fissuration, des fibres de lin a été ajoutées et l’effet des différents pourcentages et longueurs de fibres a été étudié.Dans un premier temps, le comportement du béton de terre au jeune âge a été étudié. Ainsi, le retrait plastique a été mesuré en parallèle avec la perte de masse, la pression capillaire et la température. De plus, l'effet des fibres de lin sur la fissuration des bétons de terre au jeune âge a été étudié à l’aide de la technique de corrélation d'images. Une réduction du retrait plastique et une meilleure résistance à la fissuration ont été observées avec l'ajout de fibres dues aux différents mécanismes de transfert et de redistribution des contraintes.Dans un second temps, l'effet des fibres de lin sur le comportement mécanique du béton de terre a été étudié. Des essais de compression et de flexion ont été ainsi réalisés à différents âges de cure et suivis simultanément avec les techniques de traitement d'images et d’émission acoustique. Ces essais ont permis de mieux suivre et de comprendre l’évolution de l’endommagement. Une augmentation de l'activité acoustique a été observée avec l’ajout des fibres indiquant des mécanismes d’endommagement supplémentaires et une meilleure ductilité.Finalement, la durabilité des bétons de terre a été évaluée. Une investigation expérimentale sur l’évolution de l’endommagement pendant le séchage a été ainsi réalisée avec un suivi continu à l’aide de la technique d’émission acoustique. L’effet des conditions de cure et des cycles d’humidification/séchage sur les propriétés mécaniques du béton de terre a été aussi évalué. Les résultats ont montré des fissures visibles à la surface des éprouvettes avec une dégradation notable des propriétés mécaniques.
Origine : Version validée par le jury (STAR)