High performance concrete (HPC) is a high strength concrete that undergoes a lot of early-age autogenous shrinkage (AS). If shrinkage is restrained, then micro-cracks arise and threaten the durability of the structure. Superabsorbent polymers (SAPs) can reduce/mitigate the autogenous shrinkage, due to their promising application as internal curing agents. In this paper, large-scale demonstrators were built to investigate the efficiency of SAPs to mitigate autogenous shrinkage in HPC. For this purpose, different measurement techniques were used like embedded fiber optic sensors and demountable mechanical strain gauges, complemented by AS measurements in corrugated tubes and restrained ring tests. The SAP wall showed an AS reduction of 22%, 54%, and 60% at the bottom, middle, and top, respectively, as recorded by the sensors (in comparison with the reference wall (REF)). In the corrugated tubes, mitigation of AS was shown in the SAP mixture, and under restrained conditions, in the ring test, the reference mixture cracked after two days, while the SAP mixture had not cracked at the end of the measurement period (20 days). Cracks were shown on REF wall after one day, while the SAP wall was crack-free. Water flow tests performed on the main crack of the REF wall confirmed that the flow rate is related to the third power of the crack width. All tests showed that SAPs could highly reduce AS in HPC and avoid cracking.

Chemical shrinkage (CS) is the reason behind early age cracking, a common problem for concrete with low water to cement ratios (w/c < 0.35) known as Ultra-High- and High-Performance Concrete (U-HPC). However, to avoid the crack development initiated by autogenous shrinkage, a precise measurement of CS is required, as the values obtained can determine the correct amount of internal curing agent to be added in the mixture to avoid crack formation. ASTM C1608 is the standardized method for performing CS tests. In this study, recommendations are provided to improve the reliability of results obtained with this standard method, such as good compaction of samples and the use of superplasticizer (SP) for low w/c ratios (≤0.2). Cement pastes with CEM I and CEM III have been tested at different w/c ratios equal to 0.2, 0.3 and 0.4 with and without the addition of superplasticizer. CS results following ASTM-C1608 dilatometry showed that the presence of mineral additions such as silica fume and filler reduced the chemical shrinkage, while CS increased with increasing w/c. Low w/c ratio pastes of CEM III had slightly higher CS rates than CEM I, while the opposite was noticed at higher w/c. SEM images illustrated the importance of a careful compaction and SP use.

Comportement au jeune âge des bétons à ultra-hautes performances incluant des polymères superabsorbants : réduction du retrait, limitation de la fissuration et potentiel d'auto-cicatrisation: Le béton à ultra-hautes performances (BUHP) présente des performances mécaniques et de durabilité très élevées. Cependant, les BUHP sont soumis à un retrait endogène rapide et élevé au jeune âge, ce qui augmente considérablement le risque de fissuration. La fissuration peut être évitée en incluant un agent de cure interne, les polymères superabsorbants (SAP), qui apporte de l’eau au mélange pour éviter les dépressions capillaires causant le retrait. Cependant, leur utilisation est encore peu développée et mérite d’être étudiée. Dans la première partie de cette thèse, une mesure précise du retrait chimique de différentes pâtes de ciment avec des additions minérales a été réalisée pour déterminer la quantité exacte des SAP à ajouter dans le mélange. La deuxième partie s’est concentrée sur le développement d’un modèle numérique qui prend en compte l’inclusion des SAP dans les pâtes ternaires à faible rapport E/C pour la simulation de l’hydratation et du développement de la microstructure. Ce modèle a été soutenu par des résultats expérimentaux concernant le retrait endogène et l’humidité relative. La troisième partie rapporte une campagne expérimentale au cours de laquelle deux murs ont été construits, l’un avec des SAP et l’autre sans les polymères, afin d’étudier l’efficacité des SAP pour atténuer le retrait dans le BUHP à l’échelle d’une structure. Dans la dernière partie, des échantillons de béton ont été coulés et soumis à différentes conditions de cicatrisation afin de tester l’effet des SAP sur l’auto-cicatrisation des BUHP. Les regains mécaniques ont été quantifiés et les phases précipitées analysées par DRX. Enfin, cette thèse se termine par des conclusions approfondies suivies de perspectives de recherche pour mieux contrôler les déformations de retrait de BUHP innovants incluant des SAP.