Effect of curing conditions and concrete mix design on the expansion generated by delayed ettringite formation

Many studies have shown the effect of different parameters on the expansion induced by delayed ettringite formation (DEF), but there is not yet a general agreement on their relative effects due to discrepancies on experimental results generally attributed to different experimental conditions. The aim of this study is to assess the coupling effects between some of the main parameters of this reaction using the experimental design method. The main interactions concern two factors: temperature and duration of heating during curing. Each interaction has been subjected to statistical tests in order to be validated. The resulting empirical models can reflect the experimental fields and therefore provide useful information about the risk of expansion related to␣DEF, knowing the temperature and the duration of curing, the alkali content of the concrete, the aggregate nature and the water to cement ratio.

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Résumé De nombreuses études ont montré l’influence de différents paramètres sur les expansions induites par la formation différée de l’ettringite (DEF). En raison des divergences de résultats attribuées à des conditions expérimentales différentes, il n’existe pas d’accord unanime sur l’effet de ces paramètres. L’objectif de cette étude consiste à étudier les couplages entre certains des principaux paramètres de cette réaction par la méthode des plans d’expériences. Les principales interactions concernent la température et la durée de l’échauffement. Chaque interaction a subi un test statistique afin d’être validée. Les modèles empiriques déterminés peuvent reproduire le champ expérimental étudié et ainsi fournir des informations pertinentes sur les risques d’expansion attribuée à la DEF, à partir de la connaissance de la température et de la durée de l’échauffement, la teneur en alcalins du béton, la nature des granulats et le rapport E/C.

     

Effect of heat-ageing on the thermal and mechanical properties of APP- and SBS-modified bituminous roofing membranes

The effect of heat-ageing on four bituminous roofing membranes, two modified with atactic polypropylene (APP) and two modified with styrene-butadiene-styrene (SBS) was studied using tensile testing and dynamic mechanical thermals analysis (DMA). The samples were heated at 80°C for 7, 28, 84 and 168 days and were tensile tested at 23, 0, −10, −20 and −30°C. Each heat-aged sample was also subjected to thermomechanical testing to find its glass transition temperature T _g . The results show significant variation in the effect of heat-ageing on tensile strength and elongation of membranes. T _g values differ with the modifiers and other ingredients of the membranes and are affected by heat-ageing. The influence of the glass transition zone measured by DMA is also reflected in the tensile test results.

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Resume On a étudié l’influence du vieillissement par la chaleur sur quatre membranes d’étanchéité, deux d’entre elles étant traitées par APP (polypropylène atactique) et deux par SBS (styrène de styrène butadiène), à l’aide de l’essai en traction et de l’analyse thermique mécaniques (DMA). Les échantillons ont été chauffés à 80°C pendant 7, 28, 84 et 168 jours et essayés en traction à 23, 0, −10, −20 et −30°C. Chaque échantillon vieilli par la chaleur a été également soumis à un essai thermomécanique pour identifier sa température de passage à l’état vitreux T _g . Les résultats montrent des différences importantes dans l’influence de la chaleur sur la résistance en traction et l’allongement des membranes. Les valeurs de T _g diffèrent selon les traitements et les autres composants des membranes, et sont affectées par le vieillissement par la chaleur. L’influence de la zone de passage à l’état vitreux mesurée par l’analyse thermique mécainique se traduit aussi dans les résultats de l’essai en traction.

     

Testing the effectiveness of commonly-used site curing regimes

A range of seven test methods was used to asses the effectiveness of curing on C30 and C50 Portland cement concretes. Curing was by formwork retention, wrapping in wet hessian or wrapping in polythene for periods of between one and seven days. Specimens from each mix were also subjected to both air and water storage. Electrical resistance measurement and water absorption by immersion were ineffective in distinguishing the effects of different curing regimes. Air permeability, water sorptivity, surface pull-off strength, mercury intrusion porosimetry and accelerated carbonation were able to show distinct differences between air storage and immersion in water. These tests were generally ineffective in distinguishing trends for practical curing techniques.

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Résumé Sept méthodes d’essai ont été employées pour évaleur leur efficacité dans la cure, des bétons de ciment Portland C30 et C50. Les cures ont été effectuées au moyen de coffrages de rétention, ou par enveloppement en toile de chanvre mouillé ou en polythène, pour des périodes allant de un à sept jours. Des échantillons de chaque mélange ont également été soumis à l’air et conservés dans l’eau. Les mesures de résistance électrique et d’absorption de l’eau par immersion n’ont pas été efficaces pour différencier les effets des différents méthodes de cure. Par contre, les mesures de perméabilité de l’air, de sorptivité de l’eau, de résistance à tirage superficielle, de porosimétrie de pénétration de mercure et de carbonatation accélérée ont permis de montrer des différences marquées entre la conservation à l’air et à l’eau. En général, ces essais ne se sont pas montrés efficaces pour déterminer des tendances applicables aux techniques de cure dans la pratique.

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Editorial note Dr. B.K. Marsh and M.A. Ali work at the Building Research Establishment, U.K., which is a RILEM Titula Member.     

Methods for determining the strength of concrete

The main aspects of determining the concrete strength in a structure are discussed. An analytical review of tests being practised is presented. A rational field of their applications is recommended.

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Resume On s’est livré à une étude approfondie des différentes méthodes de détermination de la résistance du béton aux stades du calcul, de la maintenance et de l’inspection des ouvrages. On a constaté une différence notable de la résistance du béton des éprouvettes et du béton mis en oeuvre et, aussi bien, les éprouvettes préparées au moment de la mise en oeuvre ne donnent pas de résultats très significatifs. On a prêté une attention particulière aux nombreuses méthodes de détermination directe de la résistance du béton dans les structures. On a aussi considéré et commenté les moyens d’établir et d’interpréter les courbes d’étalonnage. On examine les caractéristiques particulières de différentes méthodes, et, à partir de cette étude, on recommande un champ d’application rationnel. Cet article reflète le point de vue des professionnels soviétiques, qui est peu connu des lecteurs occidentaux. Les auteurs proposent des bases de classification et d’évaluation de différentes méthodes d’essai et, en particulier, de méthodes non destructives.

     

Effect of cold drawing on susceptibility to hydrogen embrittlement of prestressing steel

This paper compares the behaviour under aggressive environmental conditions of a prestressing steel in two forms (bar and wire) of different yield strengths, to investigate the influence of this material parameter on their susceptibility to hydrogen-assisted cracking in aqueous environments. Slow strain-rate tests using pre-cracked, specimens were performed under various environment conditions. Different fatigue pre-cracking loads were used to analyse the influence of the stress state in the vicinity of the crack tip on the hydrogen-assisted cracking process. The results confirm the well-known fact that the highest-strength steel is the most susceptible to hydrogen embrittlement. A model of hydrogen diffusion in metals— including the effects of both hydrogen concentration and hydrostatic stress distribution—is proposed to explain these results on the basis of the stress-strain curve of the material. Consideration is given to compressive residual stresses induced in the vicinity of the crack tip during the fatigue pre-cracking process. The model is able to explain the different susceptibility to hydrogen embrittlement of the two steels.

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Resume On utilise couramment deux types d’aciers dans le béton armé: les aciers tréfilés (C−Mn) ou trempés (Si−Cr). Bien que leur limite élastique soit assez élevée pour garantir une durée de service normale dans la zone d’élasticité, leur résilience est moindre que celle des aciers ductiles de limite élastique inférieure, et ils sont, par conséquent, plus sujets à des défauts tels que fissures ou encoches. De plus, ces aciers peuvent se fissurer sous l’influence d’une ambinace corrosive. On compare ici le comportement dans des conditions agressives, d’un acier de précontrainte C−Mn sous forme de barre ou de fil, de limites élastiques différentes, afin d’étudier l’influence, de ce paramètre du matériau sur la fissuration favorisée par l’hydrogène en milieux aqueux et, par suite, l’effet (bénéfique ou non) du procédé de tréfilage de ce point de vue particulier. Le programme expérimental consistait en une série d’essais de déformation à vitesse lente sur des éprouvettes pré-fissurées dans des conditions ambiantes variées. On a utilisé différentes charges de pré-fissuration en fatigue pour analyser l’influence de l’état de contrainte au voisingage de l’extrémité de la fissure sur le processus de fissuration favorisé par l’hydrogène. Les résultats confirment le fait bien connu, à sovoir que le fil tréfilé (acier de haute résistance) est davantage sujet à la fragilisation par l’hydrogène que la barre laminée à chaud (résistance plus basse), ce qui montre que le tréfilage réduit la résistance d’un acier de précontrainte à la fissuration favorisée par l’hydrogène. Dans la partie théorique, on propose un modèle de diffusion de l’hydrogène dans les métaux—qui tient compte des effets de la concentration en hydrogène et de la distribution des contraintes hydrostatiques—pour expliquer les résultats expérimentaux à partir de la courbe contrainte/déformation établie pour chaque matériau. On tient compte des contraintes en compression résiduelles qui se produisent au voisinage de l’extrémité de la fissure pendant le processus de pré-fissuration en fatigue, et qui sont modélisées selon les distributions de Rice pour un matériau élastique idéalement plastique. Le modèle permet d’expliquer les différentes susceptibilités à la fragilisation à l’hydrogène des deux formes d’acier de précontrainte à haute résistance (barre et fil): après la pré-fissuration en fatigue, la barre laminée à chaud présente une zone plastique plus large que le fil tréfilé, et l’hydrogène doit couvrir une plus longue distance avant d’atteindre le point critique, ce qui explique pourquoi la barre laminée est moins susceptible à la fragilisation à l’hydrogène.

     

Pullout and bond of glass-fibre rods embedded in concrete and cement grout

Consideration is being given to replacing steel rebars with glass-fibre rods in some specific areas, particularly those in which premature failure due to corrosion has been observed. This paper presents the results of an experimental study of pullout behaviour and bond characteristics of glass-fibre rods embedded in normal and high-strength concretes and in cement grout. The results of the study show that glass-fibre rod bond strength is about 12 MPa and the optimal anchored length approximately 10 times the rod diameter. The average modification factor of top-cast reinforcement was found to be equal to 1.23 and 1.18 for normal and high-strength concrete, respectively. Other considerations, such as bond slip, are also discussed in the paper. Comparisons with steel reinforcement are made whenever appropriate.

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Resume Cet article présente les résultats d’une étude expérimentale qui a trait à l’évaluation des capacités d’adhérence d’une nouvelle tige à base de fibres de verre intoduite pour être utilisée comme armature à béton et comme tige d’ancrage. Plusieurs aspects sont abordés dans l’étude: (i) la résistance d’adhérence, (ii) la longueur optimale de développement d’ancrage, (iii) l’effet de la résistance du béton, (iv) la relation adhérence-glissement et (v) l’influence de la position de la tige d’armature. Il ressort de l’étude que la tige possède des caractéristiques d’adhérence suffisantes pour être utilisée comme armature à béton et tige d’ancrage injectée au coulis de ciment. En particulier, il a été trouvé que la résistance à l’arrachement est de l’ordre de 12 MPa pour les bétons et 4 MPa pour le coulis de ciment. La longueur de développement d’ancrage capable de résister à 700 MPa est de l’ordre de 20d et 30d et celle pour résister à 500 MPa de l’ordre de 10d et 20d, pour les bétons et le coulis respectivement, d étant le diamètre de la tige. Le coefficient de majoration associé à la tige placée en haut est de l’ordre de 1,2.

     

A classification of damage to concrete buildings in earthquakes,illustrated by examples

Resume Ce rapport examine la méthodologie de classification des dommages subis par des constructions en béton armé à la suite d’un séisme. Après avoir décrit cette méthodologie, on établit une classification des constructions selon leur aptitude à l’ouvrage en fonction des différents degrés de détérioration. On énumère les différentes formes de détérioration, ainsi que leurs causes. On discute les mécanismes de détérioration et de ruine pour les charpentes et les parois de béton armé, ainsi que l’influence des détériorations sur la stabilité globale des différentes structures. Les détériorations ont également été classées en fonction des erreurs de conception et d’exécution.

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This paper has been made within the framework of Project No. 7703 of the Republican Sciences Fund of Serbia.     

Determination of pore-size distribution from freezing-point depression

By utilising the effect of interfacial curvature on the freezing-point of liquids confined in capillaries, it is in principle possible to determine a pore-size distribution, from the curve of freezing-point against volume frozen. The method is formally similar to capillary condensation methods based on the Kelvin equation. Suitable experimental techniques are described. A comparison with the results of mercury porosimetry on a sample of brick shows reasonable agreement.

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Résumé L’effet de la courbure interfaciale sur le point de congélation de liquides retenus dans des capillaires permet, en principe, de déterminer une distribution du diamètre des pores, d’après la courbe point de congélation/volume congelé. On procède à un examen des bases théoriques et l’on montre qu’il existe une similitude formelle avec les méthodes par condensation capillaire qui reposent sur l’équation de Kelvin. Quelques incertitudes théoriques subsistent, qui dépendent principalement du modèle défini adopté pour représenter les configurations de la glace, de l’eau et de l’air dans les pores; mais la comparaison entre les résultats expérimentaux et ceux que l’on peut déduire de la théorie permet de les éliminer. On examine également les effets des sels dissous et de l’hystérésis entre la fusion et la congélation. On décrit des techniques expérimentales appropriées, tant dilatométriques que calorimétriques. Les résultats s’accordent assez bien avec ceux obtenus sur un échantillon de brique par la porosimétrie au mercure.

     

The WST method, a fracture mechanics test method for FRC

The applicability of the wedge-splitting test method (WST), for determining fracture properties of fibre-reinforced concrete, is discussed. Experimental results, using the WST method, are compared with results from uniaxial tension tests (UTT) and three-point bending tests (3PBT) for five different FRC compositions. Furthermore, for the WST method, two different specimen sizes have been investigated. Results from this investigation demonstrate the applicability of the WST method and show that the scatter of the test results is lower than for the 3PBT. Through inverse analysis, stress–crack opening (σ–w) relationships have been determined for each mix and test method. For the two WST specimen sizes, there is no apparent difference either in the number of fibres (per cm²) crossing the fracture plane or in the fracture properties. The major factor contributing to the scatter in the test results is believed to be related to the variation in the number of fibres across the fracture plane. Furthermore, the inverse analyses indicate no systematic differences in the determined parameters between two WST specimens or between the WST and the 3PBT.

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Résumé L’article concerne l’applicabilité de la méthode d’essai d’écartement par enfoncement d’un coin (WST) pour déterminer les propriétés de fissures du béton renforcé de fibres. Les résultats expérimentaux utilisant la méthode WST sont comparés aux résultats des essais de traction uniaxiale (UTT) et des essais de flexion trois points (3PBT) pour cinq compositions différentes de béton renforcé de fibres (FRC). Par ailleurs, en ce qui concerne la méthode WST, deux différentes tailles d’éprouvettes ont été étudiées. Les résultats de cette étude confirme l’applicabilité de la méthode WST et montre que la dispersion des résultats de l’essai est inférieure à celle obtenue avec la méthode 3PBT. A partir de l’analyse inverse, la courbe de comportement du matériau contrainte–ouverture de fissure (σ–w) a été déterminée pour chaque composition et méthode d’essai. Pour les deux tailles d’éprouvette WST, aucune différence apparente n’est visible, ni dans le nombre de fibres (par cm²) traversant le plan de rupture, ni dans les propriétés de fissures. On estime que le principal facteur contribuant à la dispersion des résultats d’essai se rapporte à la variation du nombres de fibres à travers le plan de rupture. De plus, les analyses inverses n’indiquent aucunes différences systématiques dans les paramètres définis entre deux éprouvettes WST ou entre la méthode WST et 3PBT.

     

Méthodes de détermination de la diffusivité hydrique de pâtes de ciments durcies

This paper concerns the determination, of the diffusivity of humidity within cement pastes. This parameter is essential for the implementation of macroscopic physical models concerning coupled heat and mass transfers in porous materials. The response of materials to different kinds of hydrical sollicitations can be exploited in different ways to obtain the diffusivity. As materials are subjected to the different relative humidities of the surrounding air, the Crank method applied to the mass balance equation allows the identification ofD _ω during the transient period before equilibrium. Another method consists of simultaneously exploiting the apparent vapour permeability and the equilibrium states of materials obtained from isothermal adsorption-desorption curves. Finally, the experimental determination of the evolution of the water content profiles, during water transfer experiments, allows the calculation ofD _ω using the Boltzmann or mass balance methods. These experiments demonstrate the differences in the behaviour of materials (differences ofD _ω values) according to various environmental conditions. The nature of the distribution of water at a microscopic level causes great differences on the macroscopic behaviour of the materials.

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Méthodes de détermination de la diffusivité hydrique de pates de ciments durcies

Résumé Dans cet article les auteurs s’intéressent à la détermination de la diffusivité hydrique, D_ω, de pates de ciment. Ce paramètre est essentiel à la mise en œuvre d’un modèle macroscopique des transfersts couplés de chaleur et d’humidité dans les milieux poreux. Les méthodes d’exploitation de la réponse hydrique des matériaux sont présentées pour différents types de sollicitations. Ainsi, lors de la phase de mise en équilibre hydrique des matériaux, au contact d’ambiances à diverses humidités relatives, la méthode de Crank, appliquée à l’équation de conservation de masse, permet d’identifier D_ω. Une autre méthode, consiste á exploiter, simultanément, les perméabilités apparentes à la vapeur, ainsi que les états d’équilibre des matériaux au contact d’ambiances, caractérisés par les isothermes d’adsorption-désorption. Enfin la détermination expérimentale de l’évolution des profils hydriques, lors d’expériences de transferts, permet, au moyen de la méthode de Boltzmann, ou de celle des bilans de masse, de déterminer aussi la diffusivité. Ces diverses expériences mettent en évidence les grandes différences des valeurs de D_ω et donc de comportement des matériaux, selon le type de sollicitation auxquelles ils sont soumis. La nature de la répartition de la phase liquide au niveau microscopique induit de grandes différences dans le comportement macroscopique des matériaux.

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Note de la rédaction Mme V. Baroghel Bouny travaille au LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées), France, Membre Titulaire de la RILEM.     

Determination of pore size distribution by suction prosimetry

The theory and practice of suction porosimetry methods (suction plate, pressure membrane and centrifuge) are reviewed together with related methods based on the rate of penetration of wetting liquids, and on static and dynamic fluid/fluid displacement measurements.

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Résumé La porosimétrie par succion repose sur la mesure de la dépression capillaire que suscite un liquide mouillant retenu dans un milieu poreux. C’est donc une méthode complémentaire à celle de la porosimétrie par pression (par ex. pénétration de mercure) où l’on opère avec des liquides mouillants. On expose la théorie et la pratique des méthodes par succion, entre autres les méthodes de la plaque, de la membrane et de la centrifugation. Un groupe de méthodes voisines découle de la vitesse de pénétration des liquides mouillants sous l’action des forces capillaires (par ex. la méthode d’Astbury), et de l’observation dans les conditions statique et dynamique des mouvements gaz/liquide et liquide/liquide.

     

Behaviour of crystallised phases of Portland cement upon water attack

The changes occurring in the crystallised phases during degradation of an ordinary Portland cement have been studied. Leaching of cement paste with demineralised water generates a series of dissolution boundaries. Portlandite, then AFm, ettringite and calcite dissolve successively. In the zones with no change in mineralogy, local chemical equilibrium and decreasing gradients in calcium and hydroxyls between the core and the surface explain the precipitation of the secondary phases, like AFm, ettingite and calcite. Hydrogarnets in the surface layer in contact with the aggressive solution only dissolved slightly, or not at all. The very low solubility of hydrotalcites at pH values near neutrality explains the preciptation of these magnesium-containing phases in the surface layer.

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Résumé L’évolution des phases cristallisées durant la dégradation d’un ciment Portland ordinaire a été étudiée. La lixiviation d’une pate de ciment par une eau déminéralisée provoque une série de dissolutions: la portlandite se dissout la première, puis les AFm, l’ettringite et la calcite. Dans des zones de minéralogie constante, l’équilibre chimique local et les gradients décroissants en calcium et hydroxyles entre le cœur et la surface explique les précipitations secondaires des phases présentes (AFm, ettringite, calcite). Les hydrogranats dans la couche de surface en contact avec une solution agressive se dissolvent peu ou pas de tout. La faible solubilité des hydrotalcites à des pH proches de la neutralité explique la précipitation des ces phases magnésiennes dans les couches de surface.

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Editorial note Prof. Richard Cabrillac is a RILEM Senior Member, P. Faucon and F. Adenot work at the CEA (French Atomic Energy Commission), a RILEM Titular Member.     

Mechanical properties and wear strengths in aluminium-alumina composites

In this study, after producing metal matrix composite materials reinforced with ceramic particles by adding hard Al₂O₃ particles into a selected ageable aluminum alloy, the wear strengths were investigated. Composites of aluminum alloys containing 2 to 10 wt of Al₂O₃ particles in the size range of 23.4 to 108 μm were prepared by adding alumina particles to a partially-solid vigorously-agitated matrix alloy. For a given tribologic system, the sizes and ratios of optimum particles were determined from the point of the wear strengths of these materials, of which the wear strengths greatly increased according to the matrix materials. Alumina particles were subjected to preheating at 500°C for 8 hours. Particles were added into the alumina alloy heated up to semi-solid/semi-liquid phase interval in an argon medium by using a mixer. Then furnace temperature was raised up to 800°C step by step. Later the composite materials were die cast and solidified and aged. The behavior of the composites was studied by using a pin-on-disk type machine. The largest wear strengths were obtained at an average particle size of 76.5 μm and percentage of 4% wt Al₂O₃. Increase in the wear strength of the composites was obtained as 3.85 times the wear strength of the matrix material.

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Résumé Après avoir fabriqué des matériaux composites à matrice métallique, renforcés de particules céramiques, par l’ajout de particules dures d’Al₂O₃ dans un alliage d’aluminium soumis au vieillissement, on a conduit une étude sur leurs résistances à l’usure. Des composites d’alliages en aluminium, ayant une teneur de 2 à 10% (en poids) de particules d’Al₂O₃ de dimensions allant de 23,4 à 108 μm, ont été préparés par l’ajout de particules d’alumine à une matrice d’alliage partiellement solidifiée et vigoureusement agitée. Pour un système tribologique donné, les dimensions et les taux optimaux des particules ont été déterminés sur la base des résistances à l’usure des matériaux en question, dont les résistances se sont accrues de manière significative selon les matériaux des matrices. Les particules d’alumine ont été soumises à un préchauffage à 500 °C pendant 8 heures. Ensuite, elles ont été ajoutées à l’alliage alumine, préalablement chauffé jusqu’à la phase semi-solide/semi-liquide dans un milieu d’argon, au moyen d’un malaxeur. Ensuite, la température du four a été augmentée par paliers jusqu’à 800 °C. Plus tard, les matériaux composites ont été coulés sous pression, solidifiés et vieillis. Le comportement des composites a été étudié sur une machine d’essai à l’usure. Les meilleures résistances à l’usure ont été obtenues avec une particule ayant une dimension moyenne de 76,5 μm, à une teneur de 4% (en poids) de Al₂O₃. L’accroissement de la résistance des composites obtenue était de 3,85 supérieur à la résistance de la matrice.

     

Stress-strain behavior of reinforcing steel and concrete under seismic strain rates and low temperatures

This study investigates experimentally the uniaxial stress-strain behavior of reinforcing steel bars and concrete cylinders under various combinations of earth-quake-type strain rate (quasi-static to 0.1 /s) and temperature typical of summer and winter conditions in cold urban regions (+20°C to −40°C). The main objective of these tests was to give an indication of the combined effects of these two parameters on the uniaxial, monotonic, stress-strain curves of these materials. The results of the tensile tests indicate that the yield strength and the tensile strength of reinforcing steel increase moderately as both the strain rate increases and the temperature drops. The results of the compressive tests indicate that the compressive strength and Young’s modulus of concrete increase significantly as the strain rate increases and the temperature decreases.

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Résumé Cette étude a pour but d’évaluer expérimentalement le comportement uniaxial d’éprouvettes d’acier d’armature et de cylindres de béton. Des essais furent réalisés pour différentes combinaisons de températures (+20°C à −40°C) et de taux de déformation typiques d’événements sismiques (quasi-statique à 0.1 /s). L’objectif principal de ces essais était de donner une indication sur les effects combinés de ces deux paramètres sur les courbes contrainte-déformation, uniaxiales et monotones de ces matériaux. Les résultats de ces essais en traction indiquent que la limite élastique et la résistance à la traction de l’acier d’armatures s’accroissent légèrement lorsque que l’on observe à la fois une hausse du taux de déformation et une baisse de la température. Les résultats des essais de compression indiquent que la résistance à la compression et le module d’Young du béton augmentent de manière significantive quand le taux de déformation augmente et que la température baisse.

     

Glued-in rods for timber structures—An experimental study of softening behaviour

A test method to obtain the strength and the fracture characteristics of the bond of glued-in rods for timber structures is presented. Test results from a series of tests using the proposed method are also given. The test method makes it possible to record the complete stress-displacement response of small test specimens. This response includes the softening behaviour after peak stress,i.e. the decreasing stress at increasing deformation. The test series include three adhesives, two rod-materials, four load-to-grain angles and two timber qualities with different densities. A method to evaluate the fracture-softening behaviour is also proposed. The fracture softening is evaluated by using only a part of the stress-displacement curve. The part used in the evaluation is determination in terms of the slope of the descending part of the stress-displacement curve.

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Résumé L’article traite d’une nouvelle méthode d’essai destinée à déterminer la résistance et les caractéristiques de rupture du joint de colle de barres collées, utilisées dans les constructions en bois. Les résultats d’une série d’essais effectués avec la méthode proposée sont également indiqués. La méthode d’essai permet de déterminer l’ensemble de la relation contrainte-déformation pour les petits échantillons. Cette relation comprend le comportement isoadoucissant après contrainte maximale, c’est-à-dire la réduction de la contrainte pendant l’augmentation de la déformation. La série d’essais porte sur trois types de colle, deux matériaux de barres, quatre différents angles entre charge et orientation des fibres, ainsi que deux qualités de bois différentes, de densités différentes. Une nouvelle méthode d’évaluation du comportement iso-adoucissant est également indiquée en utilisant seulement une partie de la courbe contrainte-déformation. La partie utilisée pour l’évaluation est déterminée par la pente de la partie descendante de la courbe contrainte-déformation.

     

Mix design and mechanical behaviour of some steel-fibre-reinforced concretes used in reinforced concrete structures

This article examines the mechanical behaviour of metal-fibre-reinforced concretes (MFRCs) on two different scales: that of the material and that of the structure. As regards the intrinsic mechanical behaviour of the material, defined as the behaviour observed before the stage of crack localization, it is shown that with MFRCs having the workability of a concrete (a method for optimizing the compositions of MFRCs is proposed) for use in reinforced concrete structures, the compressive and tensile strengths are in all cases less than those of a conventional concrete. On the scale of the structure, on the other hand, the fibres transmit forces across a macrocrack just like the reinforcements of a reinforced concrete. It is therefore on the scale of the structure, and not on that of the material, that metal fibres add ductility. Lorsque l’on considère la littérature portant sur le comportement mécanique des bétons de fibres métal-liques (BFM), on constate que les informations obtenues sont très nombreuses et souvent contradictoires. Ainsi que cela concerne les résistances mécaniques, les problèmes d’adhérence entre les armatures de béton armé et les BFM, ou encore les problèmes de ductilité, les résultats présentés par les divers chercheurs qui travaillent dans ce domaine, sont souvent très différents. Il y a, à notre avis, deux raisons à ce constat:

The fracture energy (G F) of high-strength concretes

This paper presents results for the fracture energy of concrete (G _F) obtained from a wide range of high-strength concretes. Strength levels up to 100 MPa, aggregate type and aggregate surface texture were included as variables. The determination ofG _F was performed according to the recommendation of the RILEM 50-FMC Committee. Compressive and tensile strengths and the modulus of elasticity are also presented. Measured values ofG _F are compared with those proposed in the last CEB Model Code.

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Resume On analyse les résultats de l’énergie de rupture de bétons présentant des niveaux de résistance à la compression allant jusqu’à 100 MPa. On a déterminé l’énergie de ruptureG _F selon la recommandation de la Commission Technique RILEM 50-FMC. Les principales variables étudiées étaient les suivantes: niveaux de résistance, types et textures des granulats. On analyse les propriétés des mélanges obtenus avec différents types de gros granulats et une distribution granulométrique égale: trois granulats concassés (basalte, granit et calcaire) et deux graviers. On a mesuré aussi la résistance à la compression, le module d’élasticité et la résistance à la traction par fendage et par flexion de chaque béton. On a vérifié l’influence de la dimension des granulats sur l’énergie de ruptureG _F, laquelle augmente encore avec la résistance du béton dans les domaines de haute résistance. Pour les bétons avec des granulats de 16 mm, on a mesuré des valeurs de l’énergie de ruptureG _F proches de 200 N m⁻¹. Les résultats obtenus sont comparés avec les valeurs indiquées dans le dernier Model Code du CEB.

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Behaviour of concrete affected by sea-water under high pressure

Systematic research has been performed with respect to the behaviour of concrete in sea-water under high pressure. If was found that high hydrostatic sea-water pressure had no detrimental effect on strength, but increased the depth of sea-water penetration and the rate of swelling of the concrete, especially for ordinary Portland cement. A correlation between the amount of chloride penetration, the degree of swelling and the increase of mass of the concrete was observed. The permeability of concrete in sea-water with increase in time decreased to very low values.

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Resume Une recherche expérimentale systématique portant sur le comportement du béton dans de l’eau de mer sous haute pression a été menée. La recherche prenait en compte les critères suivants: (i) résistance et solidité de la pate de ciment après prise, (ii) pénétration et dissolution des ions, (iii) perméabilité et (iv) gonflement. Pour tester le premier critère, des échantillons de mortier ont été plongés dans un récipient haute pression d’eau de mer à 5°C et 10,0 MPa, pendant des périodes respectives d’une semaine, d’un mois et de six mois. L’étude des propriétés de résistance et de l’augmentation de l’absorption massique et de l’absorption du chlorure sur des échantillons d’essai plongés dans le récipient ainsi que sur des échantillons de référence a montré qu’il est très peu probable que l’eau de mer sous haute pression porte atteinte à la solidité du mortier de du béton. Rien ne permet de dire que le comportement de la pate de ciment après prise plongée dans de l’eau de mer sous une pression élevée pouvant atteindre 10,0 MPa soit considérablement différent du comportement sous une pression (atmosphérique) normale. La pénétration du chlorure est plus rapide dans des conditions d’eau de mer sous haute pression que dans des conditions de pression atmosphérique. Cette pénétration rapide pourrait néanmoins être également influencée par la quantité de pores remplis d’air que comporte le béton avant l’essai d’exposition. La pénétration d’ions de Cl⁻ et de Na⁺ ainsi que la dissolution d’ions de K⁺ est plus rapide dans le cas de béton ciment Portland ordinaire que dans le cas de béton de ciment Portland de haut fourneau. En diminuant le rapport eau/béton, on obtient une baisse considérable du taux de pénétration des ions de Cl⁻. A la longue, la perméabilité du béton en eau de mer diminue. En raison de la formation de sels tels que brucite/calcite/ aragonite, la taille des pores diminue. Le béton plongé dans de l’eau de mer gonfle de jusqu’à 10% en un an. Dans de l’eau de chaux saturée, le gonflement est plus faible que dans de l’eau de mer. Le gonflement devient plus important lorsque le rapport eau/ciment diminue et qu’on utilise du béton de ciment Portland ordinaire au lieu du béton ciment Portland de haut fourneau, lorsque la teneur en granulat diminue et que les températures décroissent (de 40 à 20°C).

     

On the interpretation of low temperature calorimetry data

In contrast to most other methods for characterisation of porosity Low Temperature Calorimetry (LTC) can be applied on virgin (undried) samples. This is especially relevant when testing materials, e.g. cement paste, which is influenced by drying. However, there are a number of factors affecting the interpretation of results obtained by this method. In the present paper, a selection of these has been investigated, in order to determine the possibilities and limitations of using LTC for characterisation of the porosity of cement-based materials. LTC was carried out on a model material with mono-sized pores of approximately 14 nm saturated with either distilled water or a sodium chloride solution, as well as on water, the salt solution, and an artificial pore solution, alone. It was found that supercooling is unavoidable during the liquid-solid phase transition, and that even at low temperature gradients equilibrium cannot be obtained with the sample size used (1 g liquid). Correcting for non-equilibrium between reference block and sample, the Gibbs–Thomson equation seems applicable for estimation of pore sizes of the investigated size. The estimate may be further improved by taking the effect of ions on freezing point depression into account. It is proposed that the connectivity of pores, e.g. in cement-based materials, may be characterised based on cooling curves, whereas the pore size distribution may be characterised based on the heating curve. Cooling should be undertaken at a high rate to limit transport of liquid, whereas heating should be undertaken at a low rate to limit the effect of non-equilibrium.

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Résumé A l’inverse de la plupart des autres méthodes de caractérisation de la porosité, la calorimétrie à basse température (Low Temperature Calorimetry LTC) peut être appliquée~à des échantillons~bruts sans préparation (séchage)~préalable. Ceci est particulièrement intéressant pour la caractérisation de matériaux sensibles au séchage tels que les pates de ciment. Toutefois,~de nombreux~paramètres peuvent affecter l’interprétation des résultats obtenus par cette méthode. Cet article traite de l’étude de certains de ces paramètres~afin de déterminer le potentiel et les limitations d’utilisation de la LTC~pour la caractérisation de matériaux à matrice cimentaire. Des mesures de LTC ont été réalisées d’une part sur un matériau modèle à distribution de taille de pores unique d’environ 14 nm, saturé soit avec de l’eau distillée soit avec une solution de chlorure de sodium, et d’autre part sur l’eau seule, sur la solution saline, et sur une solution de pore artificielle. Il a été observé que les phénomènes de surfusion sont inévitables pendant la transition de phase liquide–solide, et que même en utilisant des gradients de température faible, l’équilibre ne peut être atteint avec la taille d’échantillon utilisée dans le cas présent (1 g). En apportant les corrections nécessaires de non-équilibre entre le bloc référence et l’échantillon, l’équation de Gibbs–Thomson est toutefois applicable pour l’évaluation de la taille des pores. L’évaluation peut être encore améliorée en tenant compte de. l’effet des ions sur l’abaissement du point de solidification. Il est propose que la connectivité des pores, dans le cas des matrices cimentaires, soit caractérisée sur la base des courbes de refroidissement, tandis que la distribution de taille des pores soit estimée à partir des courbes de chauffage. Le refroidissement doit être rapide afin de limiter le transport du liquide; le chauffage doit en revanche être relativement long afin de prévenir les effets de non-équilibre.