RESUME

Adjuvants polymères pour l’extrusion de pâtes de ciment : Conception, formulation, rhéologie

Ce travail porte sur la conception d’adjuvants polymères et sur la formulation de pâtes pour l’extrusion de matériaux cimentaires à hautes performances.
Les pâtes de ciment non adjuvantées sont des suspensions concentrées de particules macroscopiques, qui ne peuvent s’écouler sans présenter de phénomènes de séparation solide-liquide, de blocage ou de localisation de la déformation. Des essais de formulation, effectués par malaxage, montrent que l’emploi de copolymères d’acide méthacrylique et d’acrylate d’éthyle permet de s’affranchir de ces problèmes et d’obtenir des pâtes extrudables.

Une étude plus quantitative a été réalisée en rhéologie de cisaillement en mode dynamique. Elle révèle que les pâtes adjuvantées sont des matériaux plastiques, capables de se déformer de façon homogène sans se fracturer jusqu’à des déformations de l’ordre de 1. De plus, un cadre théorique adapté à la compréhension du comportement en temps de ces pâtes semble être celui, plus général, des systèmes vitreux.

Enfin, nous avons mis en place une expérience semi-quantitative permettant d’évaluer simplement la cinétique de prise des pâtes de ciment adjuvantées afin de déterminer les paramètres favorables à leur hydratation correcte. Nous avons plus particulièrement abordé les questions de retard de prise et de compétition entre évaporation et hydratation.

Mots clés: matériaux granulaires, adjuvants polymères, formulation de milieux concentrés, rhéologie de fluides complexes, interactions ciment/polymère.

ABSTRACT

Polymer additives for the extrusion of cement-based materials: Design, formulation, rheology

This thesis focuses on the design of polymer additives and the formulation of pastes for the extrusion of high performance cement-based materials.

Cement pastes are concentrated suspensions of non colloidal particles, which cannot flow without exhibiting phenomena such as filtration of the fluid phase, jamming or strain localization. Formulation tests, run by mixing, show that these problems can be overcome by the use of methacrylic acid and ethyl acrylate copolymers, enabling us to obtain extrudable pastes.

A quantitative study was performed by means of dynamic shear rheology. We concluded that pastes are plastic materials, able to sustain homogeneous strains up to 100% without fracture. Moreover, it appears that the more general theoretical framework of glassy systems could help to understand the pastes’ time behavior.

Finally, we set up a semi-quantitative experiment which enabled us to estimate the setting kinetics of the cement pastes in a simple way and to determine the parameters favorable to their correct hydration. We were particularly interested in issues such as setting retardation and competition between evaporation and hydration.

Key words: granular matter, polymer additives, formulation of concentrated systems, complex fluid rheology, cement/polymer interactions.