Contribution à la caractérisation multi-échelle de composites textile mortier à inertie thermique renforcée par des matériaux à changement de phase (composite MCP-TRC) : application au bâtiment

The building sector has a strong potential for improvement in terms of thermal performance and attenuation of the ecological footprint. A good design of the envelope as well as the structure of the building is fully integrated into these objectives and can contribute effectively to the reduction of energy consumption. This is accompanied by a relevant choice of materials and constructive systems composing the envelope and the structure of the buildingThe research work presented in this thesis is fully integrated in this context and aims at the development of an innovative composite resulting from the association of a modified cementitious matrix by the addition of phase change materials (PCM) and a textile reinforcement, the resulting composite will commonly be called 'MCP-TRC'.A detailed study of the mechanical and thermal behaviour of the 'PCM-TRC' composite was carried out. A particular interest was brought during the work presented to the understanding of the interactions between PCM and cement matrix and between cement matrix modified by the addition of PCM and textile reinforcement. These interactions govern the mechanical and thermal behaviour of PCM-TRC composites.Two innovative concepts (lightweight slabs and PCM-TRC sandwich panels) integrating the PCM-TRC composites were proposed. The mechanical and thermal performances of the two concepts were evaluated. The results obtained are very encouraging and promote the emergence of this type of composites in the building industry.Le secteur du bâtiment recèle un fort potentiel d’amélioration en termes de performances thermiques et atténuation de l’empreinte écologique. Une bonne conception de l’enveloppe ainsi que de la structure du bâtiment s’intègre pleinement dans ces objectifs et permet de contribuer efficacement à la réduction des consommations énergétiques. Cela s’accompagne d’un choix pertinent des matériaux et systèmes constructifs composant l’enveloppe ainsi que la structure du bâti.Le travail de recherche présenté au cours de cette thèse s’inscrit pleinement dans ce contexte et vise le développement d’un composite innovant issu de l’association d’une matrice cimentaire modifiée par l’ajout de matériaux à changement de phase (MCP) et d’un renfort textile, le composite résultant sera communément nommé ‘MCP-TRC’.Une étude approfondie du comportement mécanique et thermique des composites ‘MCP-TRC’ a été réalisée. Un intérêt particulier a été porté au cours des travaux présentés à la compréhension des interactions entre MCP et matrice cimentaire ainsi qu’entre matrice cimentaire modifiée par l’ajout de MCP et renfort textile. Ces interactions régissent le comportement mécanique et thermique des composites MCP-TRC.Deux concepts à caractère innovant (dalles légères et panneaux sandwichs en MCP-TRC) intégrant les composites MCP-TRC ont été proposés. Les performances mécaniques et thermiques des deux concepts ont été évaluées. Les résultats obtenus sont prometteurs et permettent de jeter les bases de l’émergence de ce type ce composites dans l’industrie du bâtiment

Contribution to the multi-scale characterization of a new textile reinforced concrete with an enhanced thermal inertia by phase change materials (PCM-TRC composites) : application to buildings

Le secteur du bâtiment recèle un fort potentiel d’amélioration en termes de performances thermiques et atténuation de l’empreinte écologique. Une bonne conception de l’enveloppe ainsi que de la structure du bâtiment s’intègre pleinement dans ces objectifs et permet de contribuer efficacement à la réduction des consommations énergétiques. Cela s’accompagne d’un choix pertinent des matériaux et systèmes constructifs composant l’enveloppe ainsi que la structure du bâti.Le travail de recherche présenté au cours de cette thèse s’inscrit pleinement dans ce contexte et vise le développement d’un composite innovant issu de l’association d’une matrice cimentaire modifiée par l’ajout de matériaux à changement de phase (MCP) et d’un renfort textile, le composite résultant sera communément nommé ‘MCP-TRC’.Une étude approfondie du comportement mécanique et thermique des composites ‘MCP-TRC’ a été réalisée. Un intérêt particulier a été porté au cours des travaux présentés à la compréhension des interactions entre MCP et matrice cimentaire ainsi qu’entre matrice cimentaire modifiée par l’ajout de MCP et renfort textile. Ces interactions régissent le comportement mécanique et thermique des composites MCP-TRC.Deux concepts à caractère innovant (dalles légères et panneaux sandwichs en MCP-TRC) intégrant les composites MCP-TRC ont été proposés. Les performances mécaniques et thermiques des deux concepts ont été évaluées. Les résultats obtenus sont prometteurs et permettent de jeter les bases de l’émergence de ce type ce composites dans l’industrie du bâtiment.The building sector has a strong potential for improvement in terms of thermal performance and attenuation of the ecological footprint. A good design of the envelope as well as the structure of the building is fully integrated into these objectives and can contribute effectively to the reduction of energy consumption. This is accompanied by a relevant choice of materials and constructive systems composing the envelope and the structure of the buildingThe research work presented in this thesis is fully integrated in this context and aims at the development of an innovative composite resulting from the association of a modified cementitious matrix by the addition of phase change materials (PCM) and a textile reinforcement, the resulting composite will commonly be called 'MCP-TRC'.A detailed study of the mechanical and thermal behaviour of the 'PCM-TRC' composite was carried out. A particular interest was brought during the work presented to the understanding of the interactions between PCM and cement matrix and between cement matrix modified by the addition of PCM and textile reinforcement. These interactions govern the mechanical and thermal behaviour of PCM-TRC composites.Two innovative concepts (lightweight slabs and PCM-TRC sandwich panels) integrating the PCM-TRC composites were proposed. The mechanical and thermal performances of the two concepts were evaluated. The results obtained are very encouraging and promote the emergence of this type of composites in the building industry

Effect of Textile Reinforced Mortar components on the mechanical behavior of historical masonry structures under cyclic loading

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Influence of Textile Reinforcement on Masonry Walls Subjected to In-Plane Loads

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A new PCM-TRC composite: A mechanical and physicochemical investigation

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Multi-scale analysis of mechanical and thermal behaviour of mortars incorporating phase change materials

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PCM-modified textile-reinforced concrete slab: A multiscale and multiphysics investigation

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Multiphysics analysis of effects of encapsulated phase change materials (PCMs) in cement mortars

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Analytical modeling of textile reinforced concrete (TRC) sandwich panels: Consideration of nonlinear behavior and failure modes

International audienceThe emergence of new composite materials in the building industry allows textile reinforced concrete (TRC) to be used in many industrial applications such as structural strengthening and new lightweight structures. One of the most promising applications of TRC is as a potential alternative to steel reinforced concrete and fiber reinforced polymer (FRP) used in the skins of foamed sandwich panels. This study proposes an analytical method of designing TRC sandwich panels. Additionally, the method allows the load bearing capacity of TRC sandwich panels under bending solicitation to be calculated. The proposed model can promote TRC applications in the engineering and building industry. The proposed model considers the nonlinear behavior of TRC using the ACK approach for evaluating the axial and bending stiffness of TRC in the multicracking and textile transmission phases. Furthermore, the foam shear strains and foam hardening during bending solicitations are considered. The analytical approach was validated based on experimental data, and the validation process implemented was used to investigate the evolution of local strains in TRC skins to ensure the robustness of the developed model

Numerical and experimental study on the use of microencapsulated phase change materials (PCMs) in textile reinforced concrete panels for energy storage

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