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hal-00555495, version 1

A coupled nanoindentation/SEM-EDS study on low water/cement ratio Portland cement paste: Evidence for C-S-H/Ca(OH)2 nanocomposites

Jeffrey J. Chen (Auteur à contacter de préférence) 1, Luca Sorelli 1, Matthieu Vandamme (, http://navier.enpc.fr/~vandamme) 23, Franz-Josef Ulm () 2, Gilles Chanvillard 1

Journal of the American Ceramic Society 93, 5 (2010) 1484-1493

Résumé : A low water/cement ratio (w/c=0.20) hydrated Portland cement paste was analyzed by grid-indentation coupled with ex situ scanning electron microscope-energy-dispersive X-ray spectra (SEM-EDS) analysis at each indentation point. Because finite element and Monte-Carlo simulations showed that the microvolumes probed by each method are of comparable size (approximately 2 μm), the mechanical information provided by nanoindentation was directly comparable to the chemical information provided by SEM-EDS. This coupled approach provided the opportunity to determine whether the local indentation response was a result of a single- or a multiphase response--the latter being shown predominant in the highly concentrated w/c=0.20 hydrated cement paste. Results indicate that, in the selected microvolumes where C-S-H and nanoscale Ca(OH)2 (CH) are present, increasing fractions of CH increase the local indentation modulus (and hardness), yielding values above those reported for high-density (HD) C-S-H. Micromechanical analyses show that C-S-H and CH are associated, not merely as a simple biphase mixture, but as an intimate nanocomposite where nanoscale CH reinforces C-S-H by partially filling the latter's gel pores. The paper discusses the mechanism of forming the C-S-H/CH nanocomposite, as well as the impact of nanocomposites on various macroscopic properties of concrete (e.g., shrinkage, expansion). On a general level, this study illustrates how a coupled nanoindentation/X-ray microanalysis/micromechanics approach can provide otherwise inaccessible information on the nanomechanical properties of highly heterogeneous composites with intermixing at length scales smaller than the stress field in a nanoindentation experiment.

  • Domaine : Physique/Mécanique/Mécanique des matériaux
    Sciences de l'ingénieur/Mécanique/Mécanique des matériaux
 
  • hal-00555495, version 1
  • oai:hal.archives-ouvertes.fr:hal-00555495
  • Contributeur : 
  • Soumis le : Lundi 22 Août 2011, 11:20:33
  • Dernière modification le : Mardi 4 Octobre 2011, 10:15:12
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