Physical and chemical kinetics of structural build-up of cement suspensions

Abstract : The structural build-up of fresh cement-based materials has a great impact on their structural performance after casting. Accordingly, the mixture design should be tailored to adapt the kinetics of build-up given the application on hand. The rate of structural build-up of cement-based suspensions at rest is a complex phenomenon affected by both physical and chemical structuration processes. The structuration kinetics are strongly dependent on the mixture’s composition, testing parameters, as well as the shear history. Accurate measurements of build-up rely on the efficiency of the applied pre-shear regime to achieve an initial well-dispersed state as well as the applied stress during the liquid-solid transition. Studying the physical and chemical mechanisms of build-up of cement suspensions at rest can enhance the fundamental understanding of this phenomenon. This can, therefore, allow a better control of the rheological and time-dependent properties of cement-based materials. The research focused on the use of dynamic rheology in investigating the kinetics of structural build-up of fresh cement pastes. The research program was conducted in three different phases. The first phase was devoted to evaluating the dispersing efficiency of various disruptive shear techniques. The investigated shearing profiles included rotational, oscillatory, and combination of both. The initial and final states of suspension’s structure, before and after disruption, were determined by applying a small-amplitude oscillatory shear (SAOS). The difference between the viscoelastic values before and after disruption was used to express the degree of dispersion. An efficient technique to disperse concentrated cement suspensions was developed. The second phase aimed to establish a rheometric approach to dissociate and monitor the individual physical and chemical mechanisms of build-up of cement paste. In this regard, the non-destructive dynamic rheometry was used to investigate the evolutions of both storage modulus and phase angle of inert calcium carbonate and cement suspensions. Two independent build-up indices were proposed. The structural build-up of various cement suspensions made with different cement contents, silica fume replacement percentages, and high-range water reducer dosages was evaluated using the proposed indices. These indices were then compared to the well-known thixotropic index (Athix.). Furthermore, the proposed indices were correlated to the decay in lateral pressure determined for various cement pastes cast in a pressure column. The proposed pre-shearing protocol and build-up indices (phases 1 and 2) were then used to investigate the effect of mixture’s parameters on the kinetics of structural build-up in phase 3. The investigated mixture’s parameters included cement content and fineness, alkali sulfate content, and temperature of cement suspension. Zeta potential, calorimetric, spectrometric measurements were performed to explore the corresponding microstructural changes in cement suspensions, such as inter-particle cohesion, rate of Brownian flocculation, and nucleation rate. A model linking the build-up indices and the microstructural characteristics was developed to predict the build-up behaviour of cement-based suspensions The obtained results showed that oscillatory shear may have a greater effect on dispersing concentrated cement suspension than the rotational shear. Furthermore, the increase in induced shear strain was found to enhance the breakdown of suspension’s structure until a critical point, after which thickening effects dominate. An effective dispersing method is then proposed. This consists of applying a rotational shear around the transitional value between the linear and non-linear variations of the apparent viscosity with shear rate, followed by an oscillatory shear at the crossover shear strain and high angular frequency of 100 rad/s. Investigating the evolutions of viscoelastic properties of inert calcite-based and cement suspensions and allowed establishing two independent build-up indices. The first one (the percolation time) can represent the rest time needed to form the elastic network. On the other hand, the second one (rigidification rate) can describe the increase in stress-bearing capacity of formed network due to cement hydration. In addition, results showed that combining the percolation time and the rigidification rate can provide deeper insight into the structuration process of cement suspensions. Furthermore, these indices were found to be well-correlated to the decay in the lateral pressure of cement suspensions. The variations of proposed build-up indices with mixture’s parameters showed that the percolation time is most likely controlled by the frequency of Brownian collisions, distance between dispersed particles, and intensity of cohesion between cement particles. On the other hand, a higher rigidification rate can be secured by increasing the number of contact points per unit volume of paste, nucleation rate of cement hydrates, and intensity of inter-particle cohesion.

Simplified design method for energy dissipating devices in retrofitting of seismically isolated bridges

Abstract: Highway bridges have great values in a country because in case of any natural disaster they may serve as lines to save people’s lives. Being vulnerable under significant seismic loads, different methods can be considered to design resistant highway bridges and rehabilitate the existing ones. In this study, base isolation has been considered as one efficient method in this regards which in some cases reduces significantly the seismic load effects on the structure. By reducing the ductility demand on the structure without a notable increase of strength, the structure is designed to remain elastic under seismic loads. The problem associated with the isolated bridges, especially with elastomeric bearings, can be their excessive displacements under service and seismic loads. This can defy the purpose of using elastomeric bearings for small to medium span typical bridges where expansion joints and clearances may result in significant increase of initial and maintenance cost. Thus, supplementing the structure with dampers with some stiffness can serve as a solution which in turn, however, may increase the structure base shear. The main objective of this thesis is to provide a simplified method for the evaluation of optimal parameters for dampers in isolated bridges. Firstly, performing a parametric study, some directions are given for the use of simple isolation devices such as elastomeric bearings to rehabilitate existing bridges with high importance. Parameters like geometry of the bridge, code provisions and the type of soil on which the structure is constructed have been introduced to a typical two span bridge. It is concluded that the stiffness of the substructure, soil type and special provisions in the code can determine the employment of base isolation for retrofitting of bridges. Secondly, based on the elastic response coefficient of isolated bridges, a simplified design method of dampers for seismically isolated regular highway bridges has been presented in this study. By setting objectives for reduction of displacement and base shear variation, the required stiffness and damping of a hysteretic damper can be determined. By modelling a typical two span bridge, numerical analyses have followed to verify the effectiveness of the method. The method has been used to identify equivalent linear parameters and subsequently, nonlinear parameters of hysteretic damper for various designated scenarios of displacement and base shear requirements. Comparison of the results of the nonlinear numerical model without damper and with damper has shown that the method is sufficiently accurate. Finally, an innovative and simple hysteretic steel damper was designed. Five specimens were fabricated from two steel grades and were tested accompanying a real scale elastomeric isolator in the structural laboratory of the Université de Sherbrooke. The test procedure was to characterize the specimens by cyclic displacement controlled tests and subsequently to test them by real-time dynamic substructuring (RTDS) method. The test results were then used to establish a numerical model of the system which went through nonlinear time history analyses under several earthquakes. The outcome of the experimental and numerical showed an acceptable conformity with the simplified method.

Introduction du réseau de concepts comme stratégie d’apprentissage en soins infirmiers première session.

L’insertion dans un programme collégial, particulièrement celui des soins infirmiers, nécessite à l’individu d’utiliser efficacement, minimalement une stratégie d’apprentissage. Une proportion importante de la population étudiante présente des difficultés à trouver et à utiliser une telle stratégie favorisant cet apprentissage particulier. Pour résoudre ce défi, il est propice d’en expérimenter une et de questionner sa pertinence : L’utilisation du réseau de concepts comme stratégie semble-t-elle favoriser l’apprentissage, selon la perception des étudiantes et étudiants participants en soins infirmiers première session du Cégep Beauce-Appalaches? Le cadre de référence définit deux concepts importants de l’essai : « stratégie d’apprentissage » et « réseau de concepts. » Ce dernier est approfondi par rapport a) aux différentes appellations utilisées; b) aux utilités de celui-ci dans l’apprentissage et; c) au processus menant à la schématisation du réseau de concepts. Cela conduit aux objectifs spécifiques qui sont l’expérimentation, en milieu scolaire, du réseau de concepts comme stratégie d’apprentissage auprès d'étudiantes et étudiants inscrits au programme d’études soins infirmiers en première session du Cégep Beauce-Appalaches et la prise de connaissance de leurs perceptions par rapport à cette utilisation. Cette recherche-expérimentation appartient au pôle recherche. La méthodologie retenue est qualitative-interprétative et se réalise à l’aide d’un groupe-classe de 25 individus participants, d’une enseignante volontaire et du chercheur dans son rôle d’enseignant. L’expérimentation, en tenant compte de considérations éthiques et du processus menant à la schématisation du réseau de concepts, ainsi que l’utilisation d’outils de collecte des données élaborés et prétestés répondent aux objectifs spécifiques. Ces instruments de collectes des données sont des fiches évaluatives, un groupe de discussion et un journal de bord. Ils permettent l’identification des effets perçus de cette stratégie d’apprentissage, par les personnes participantes, lors de l’expérimentation. L’analyse des résultats s’effectue à partir de la codification des commentaires reçus dans les fiches évaluatives et à partir de rapports synthèses pour la section des énoncés utilisant l’échelle de Likert, ainsi que pour le journal de bord et pour le groupe de discussion. La présentation et l’interprétation des résultats obtenus permettent de dire qu’à de nombreuses reprises, les perceptions des participantes et participants, par rapport à l’utilisation du réseau de concepts, semblent favoriser l’apprentissage particulier requis dans le programme d’études soins infirmiers. La triangulation des résultats confirme que cette stratégie d’apprentissage semble favoriser a) la compréhension des relations entre les concepts principaux; b) la structuration des contenus pédagogiques pour l’étude; c) l’identification des concepts principaux; d) la compréhension de l’ensemble du contenu pédagogique concerné et; e) l’élaboration d’un résumé pédagogique. D’autre part, il est pertinent de mentionner que ces résultats correspondent aux écrits scientifiques constituant le cadre de référence de cet essai.

Représentations des langues et des identités : le cas de la diaspora serbe au sud de la France

Nous proposons d’interroger, dans cette contribution, les représentations sociolinguistiques des immigrés issus de la diaspora ex-yougoslave, installés au sud de la France, qui vivent au quotidien le contact entre la langue maternelle (langue de la maison ou de l’environnement familial) et le français (langue de l’environnement social). Les réflexions que nous proposons ici s’insèrent dans le projet « Représentations des langues et des identités en Méditerranée en contexte plurilingue » (EA739 Dipralang). Notre étude de cas permet d’explorer les frontières de ce projet (langues de migration plutôt que langues minoritaires d’implantation historique) et le rôle des représentations sociolinguistiques dans la structuration des identités de leurs locuteurs.

Optimisation de l’extraction de lumière de scintillation dans les matrices de détecteurs pixellisés pour des applications en tomographie d’émission par positrons (TEP) et en tomodensitométrie (TDM)

Résumé : Les performances de détecteurs à scintillation, composés d’un cristal scintillateur couplé à un photodétecteur, dépendent de façon critique de l’efficacité de la collecte et de l’extraction des photons de scintillation du cristal vers le capteur. Dans les systèmes d’imagerie hautement pixellisés (e.g. TEP, TDM), les scintillateurs doivent être arrangés en matrices compactes avec des facteurs de forme défavorables pour le transport des photons, au détriment des performances du détecteur. Le but du projet est d’optimiser les performances de ces détecteurs pixels par l'identification des sources de pertes de lumière liées aux caractéristiques spectrales, spatiales et angulaires des photons de scintillation incidents sur les faces des scintillateurs. De telles informations acquises par simulation Monte Carlo permettent une pondération adéquate pour l'évaluation de gains atteignables par des méthodes de structuration du scintillateur visant à une extraction de lumière améliorée vers le photodétecteur. Un plan factoriel a permis d'évaluer la magnitude de paramètres affectant la collecte de lumière, notamment l'absorption des matériaux adhésifs assurant l'intégrité matricielle des cristaux ainsi que la performance optique de réflecteurs, tous deux ayant un impact considérable sur le rendement lumineux. D'ailleurs, un réflecteur abondamment utilisé en raison de ses performances optiques exceptionnelles a été caractérisé dans des conditions davantage réalistes par rapport à une immersion dans l'air, où sa réflectivité est toujours rapportée. Une importante perte de réflectivité lorsqu'il est inséré au sein de matrices de scintillateurs a été mise en évidence par simulations puis confirmée expérimentalement. Ceci explique donc les hauts taux de diaphonie observés en plus d'ouvrir la voie à des méthodes d'assemblage en matrices limitant ou tirant profit, selon les applications, de cette transparence insoupçonnée.