Modèle chemo-mécanique de carbonatation et de lixiviation du béton dans des conditions hydriques et thermiques variables

Abstract

Face aux enjeux environnementaux, les ingénieurs civils ont recours à des études axées sur la durabilité des structures afin de comprendre puis modéliser les différents mécanismes de dégradation du béton. Néanmoins, les modèles définis à l’échelle microscopique ou mésoscopique sont très souvent inadaptés aux calculs à l’échelle de la structure. Cet article présente un modèle thermo-hydro-chimique (THC) basé sur une stratégie multi-échelle, adaptable à l’échelle de la structure et au couplage avec un modèle poro-mécanique du béton et permettant de prévoir le comportement de structures soumises à la carbonatation et la lixiviation. Le modèle chimique intègre la minéralogie du ciment et estime son évolution au cours de la dégradation chimique. L’objectif de cette étude est d’améliorer l’efficacité des calculs pour permettre le couplage du modèle THC avec la mécanique (M) à l’échelle de la structure. L’accroissement d’efficacité numérique du modèle THCM s’appuie sur une méthodologie de « réduction de modèle ». L’équilibre thermodynamique des hydrates de ciment avec la solution de pores est considéré en ramenant la description du béton à quatre variables d’état principales intégrées dans un système de quatre équations bilans non linéaires. L’influence de la température sur la dégradation chimique est prise en compte à travers son impact sur l’équilibre thermodynamique des hydrates et sur la diffusion des espèces. Le modèle estime les différents types d’hydrates et la calcite auxquels sont liés le volume des pores, la quantité d’eau et les propriétés mécaniques. Le modèle a été implémenté dans un code aux éléments finis, et validé par comparaisons avec des résultats expérimentaux de la littérature.