Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Les problèmes actuels auxquels est confronté le monde moderne tournent principalement autour des effets destructeurs du réchauffement climatique, de la réduction des émissions des gaz à effet de serre et de la gestion des ressources naturelles. Ces dernières décennies, ont connu l’émergence de nouvelles exigences et enjeux énergétiques et environnementaux donnant naissance à de multiples réflexions dans différents secteurs et plus particulièrement dans le secteur de la construction. Dans ce contexte, la réutilisation des déchets industriels pour produire des bétons et mortiers apparaît comme une solution environnementale pour leur élimination ainsi que le développement de bétons écologiques et durables. Un grand nombre d'études précédentes sont synthétisées dans cette thèse. Ces dernières se sont concentrées sur l'ajout de différents types de déchets dans le mélange de béton et de mortier sous forme d'agrégats fins, d'agrégats grossiers ou d'additifs de ciment et ont étudié les propriétés physiques et mécaniques du matériau. Dans le cadre du travail de cette thèse, l’influence de l’incorporation des résidus de bauxite sur les propriétés physiques et mécaniques du béton a été entreprise à des pourcentage de 5%, 10%, 15% et 20% et avec chaque pourcentage, les résidus de bauxite ont été utilisés à des calibres de 300 μm, 600 μm, 2 mm et sous forme de boue. Ces investigations expérimentales ont mis en évidence que la substitution des résidus de bauxite diminue la maniabilité et la teneur en air du béton frais. L’étude du comportement mécanique du béton de résidus de bauxite indique que la substitution massique du ciment par 5% et 10% de résidus de bauxite améliore les propriétés mécaniques du béton. Au-delà de 10% de résidus de bauxite la résistance mécanique commence à diminuer. Néanmoins, jusqu’à 20% de résidus de bauxite la résistance mécanique demeure suffisante pour une utilisation de ces types de bétons dans la construction. Par ailleurs une évaluation de la fiabilité des modèles de prédiction du comportement mécanique a été effectuée pour les bétons développés dans cette étude afin d’apporter les modifications nécessaires pour améliorer leurs performances. En outre la prise en compte de la teneur en résidus de bauxite a été considérée. Le comportement contrainte-déformation a également été étudié par une série d'essais de compression uniaxiale contrôlée en déplacement. Trois modèles de contrainte-déformation les plus utilisés dans la littérature : modèle de Popovics, modèle de Collins et le modèle de Hoshikuma sont considérés pour le béton de résidus de bauxite afin de prédire le comportement contrainte-déformation. Les résultats montrent que les 3 modèles représentent le comportement pré-pic, avec une bonne corrélation. En revanche, aucun de ces modèles ne peut représenter correctement la phase post-pic de la courbe contrainte déformation. Un modèle de prédiction de contrainte-déformation de la phase post-pic basé sur le modèle de Popovics a été développé dans cette étude. Les résultats obtenus montrent une bonne concordance avec les mesures expérimentales.

The modern world is facing several issues which revolve mainly around the destructive effects of global warming, reducing greenhouse gas emissions and managing natural resources. These last decades have seen the emergence of new energy and environmental requirements and challenges giving rise to multiple reflections in different sectors and more particularly in the construction area. In this context, the reutilization of industrial waste to produce concretes and mortars appears as an environmental solution for their disposal as well as the development of ecological and sustainable concretes. A large number of previous studies are synthesized in this thesis. These have focused on the addition of different types of waste materials into the concrete-mortar mix as fine aggregates, coarse aggregates or cement additives and investigated the physical and mechanical properties of the material. As part of the work of this dissertation, the influence of the incorporation of bauxite residues on the physical and mechanical properties of concrete was undertaken at percentages of 5%, 10%, 15% and 20% and with each percentage, the bauxite residues were used at diameter of 300 μm, 600 μm, 2 mm and in liquid form. These experimental investigations have shown that the substitution of bauxite residues decreases the workability and the air content of fresh concrete. The mechanical behaviour of the concrete of bauxite residues’ study indicates that the mass substitution of cement by 5% and 10% of bauxite residues improves the mechanical properties of the concrete. Beyond 10% bauxite residue the mechanical strength begins to decrease. Nevertheless, the mechanical strength of up to 20% bauxite residues remains sufficient for using these types of concrete in construction. In addition, an assessment of the reliability of the mechanical behaviour prediction models was carried out for the concretes developed in this study in order to make the necessary modifications to improve their performance. Moreover, the consideration of the bauxite residue content was taken into account. A study of the stress-strain behaviour was also made as part of this work. The stress-strain behaviour was studied by a series of displacement-controlled uniaxial compression tests. Three of the most used stress-strain models in the literature: Popovics model, Collins model and Hoshikuma model are considered for bauxite residue concrete to predict the stress-strain behaviour. The results reveal that the 3 models represent the pre-peak behaviour, with a good correlation. On the other hand, none of these models can correctly represent the post-peak phase of the stress-strain curve. This study developed a post-peak phase stress-strain prediction model based on the Popovics model. The results obtained demonstrate good agreement with the experimental measurements.