Gas permeability of concrete in relation to its degree of saturation

Permeability, along with diffusion and absorption, is used to quantify durability characteristics of a concrete. The measured value of gas permeability of concrete depends strongly on its degree of saturation. Moreover, when the size of pores is of the same order of magnitude as the mean free path of molecules of the percolating gas, there is some molecular flow which violates the assumptions of the Darcy's law. As a result, the coefficient of permeability varies with the applied pressure. In an attempt to take these effects into account, we have tried to quantify different types of flow and we propose a method to calculate the apparent coefficient of permeability and hence the gas flow through concrete having any given degree of saturation and being under a given pressure difference across its extremities. For this purpose, we are characterizing concrete with an intrinsic permeability value. The variation of this intrinsic permeability and that of the contribution of non-viscous flow is studied, for a single concrete mix design in relation to the degree of saturation using a constant head permeametre named as CEMBUREAU and oxygen as the percolating gas.

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Résumé La perméabilité, de même que la diffusion et l'absorption est utilisée dans le but de quantifier la durabilité d'un béton. La mesure de la perméabilité au gaz des bétons dépend fortement de leur taux de saturation. De plus la taille des pores pouvant être de l'ordre de grandeur du libre parcours moyen des molécules du gaz percolant, on a alors apparition d'un écoulement de type moléculaire qui ne respecte pas les hypothèses de la loi de Darcy et conséquemment la perméabilité varie en fonction de la pression moyenne de l'essai. Afin de prendre en compte ces problèmes, nous avons essayé de quantifier les différents types d'écoulement en présence et nous proposons une méthode de calcul de la perméabilité apparente puis du débit gazeux, pour n'importe quel taux de saturation du béton et pour n'importe quel gradient de pression. Pour cela il convient de déterminer la perméabilité intrinsèque du matériau qui est indépendante de la pression d'essai. Pour une composition de béton standard nous étudions les variations de la perméabilité intrinsèque et celle de la part d'écoulement moléculaire en fonction du taux de saturation du matériau. Les perméabilités sont mesurées à l'aide d'un perméamètre à oxygène à charge constante de type CEMBUREAU.

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Editorial note LMDC, The Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions,is a RILEM Titular Member. It is directed by Prof. Jean-Pierre Ollivier, a RILEM Senior Member who is member of the RILEM Coordinating Committee.     

A two-chamber vacuum cell for measuring the coefficient of permeability to air of the concrete cover on site

A new testing technique, suitable for on-site, non-destructive measurement of the permeability to air of the concrete cover is presented. The method is based upon applying a vacuum inside a cell placed on the concrete surface and on measuring the rate at which the pressure returns to the atmospheric value. Distinctive features of the method are a two-chamber cell and a regulator that balances the pressure in the inner (measuring) chamber and in the outer (quard-ring) chamber. Thus, unidirectional air flow into the inner chamber is achieved, eliminating any spurious lateral air flow. A simple model is proposed to calculate the coefficient of permeability and the depth affected by the test. Preliminary results fit very well to earlier measurements of the coefficient of permeability to oxygen by the Cembureau method.

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Resume On présente une nouvelle méthode d'essai non destructive, utilisable sur site, pour la mesure de la perméabilité à l'air de l'enrobage du béton. Cette méthode consiste à faire le vide à l'intérieur d'une cellule fixée sur le béton et à mesurer la vitesse à laquelle la pression revient à la valeur atmosphérique. La méthode se distingue notamment par une cellule à deux compartiments et un régulateur de pression entre le compartiment (de mesure) intérieur et le compartiment extérieur (anneau de garde). Ainsi, l'écoulement unidirectionnel d'air dans le compartiment intérieur est obtenu par élimination de tout écoulement latéral parasite. On propose un modèle simple de calcul du coefficient de perméabilité et de la profondeur concernés par l'essai. Les essais préliminaires concordent très bien avec les mesures précédentes du coefficient de perméabilité par la méthode Cembureau.

     

Characterisation of the gas transport properties of porous materials by determining the radon diffusion coefficient

A method for the determination of the diffusion coefficient of materials by using the radioactive gas radon is presented. This gas is inert and extremely low concentrations can be detected because of the radioactive decay. The method was applied to mortars and concretes in order to optimise their composition with respect to a low radon diffusion rate. These optimised materials are to be used for concrete slabs in buildings. Compared to regular concrete, a reduction of the radon diffusion rate by more than 90% could be achieved.

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Résumé L’article présente une méthode destinée à la détermination du coefficient de diffusion de matériaux poreux à l’aide du gaz noble radon. En raison de la décroissance radioactive de ce gaz inerte, on peut mesurer des concentrations extrémement basses. Cette méthode était appliquée afin d’optimiser la composition du béton et du mortier dans le but d’obtenir un coefficient de diffusion aussi faible que possible. Ces bétons et mortiers optimisés seront utilisés pour des dalles dans des batiments. Comparé à des bétons de composition moyenne, une réduction du taux de diffusion du radon de plus de 90% a pu être réalisée.

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Editorial Note Prof. K. Gaber is a RILEM Senior Member Prof. M. J. Setzer is a RILEM Senior Member and the Chairman of the RILEM Technical Committee 176 IDC. ‘Internal damage of concrete due to frost action’ and participates to the work of RILEM Technical committee 178-TMC: ‘Testing and modelling chloride penetration in concrete’.     

Calibration by gravimetric losses of electrochemical corrosion rate measurement using modulated confinement of the current

The measurement of on site corrosion rate is a technique that has been extended for the increasing necessity to determine the service life of concrete structures. The most reliable method is the Polarization Resistance determination by means of the modulated confinement of the current. In the present paper, a calibration of corrosion rate measurements with the modulated confinement of the current method (MCC) is given, comparing the electrochemical results with the gravimetric losses of the rebars. This gravimetric comparison is the reference for the correct calibration of the corrosion rate measurement, following the RILEM Recommendation of TC 154-EMC. Some concrete slabs with different chloride contents were made. In some cases, a hole was drilled over some steels for an additional chloride introduction during the test in order to develop very localized attack. The comparison of electrochemical and gravimetric metal losses confirms the reliability of the modulated confinement of the current method, except when the concrete is very young due to the very low resistivity. Confinement is then not always reliable when the concrete is very wet, and the attenuation of potential method has to be used instead.

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Résumé La mesure de la vitesse de corrosion sur place est une technique qui a été étendue du fait de la nécessité croissante de déterminer la durée de service d'ouvrages en béton. La méthode la plus fible est la détermination de la Résistance de Polarisation au moyen de l'anneau de garde modulant le courant. Dans ce travail, un calibrage de la mesure de la vitesse de corrosion avec la méthode du confinement modulé du courant (MCC) est etudié et les résultats ont été comparés avec les pertes gravimétriques de l'acier. Cette comparaison gravimétrique est la référence pour le calibrage correct de la mesure de la vitesse de corrosion, selon la Recommandation RILEM de la Commission Technique 154-EMC. Quelques dalles de béton avec différentes concentrations de chlorure ont été fabriquées. Dans certains cas, un trou a été fait sur quelques armatures pour un ajout supplémentaire de chlorure pendant les essais afin de développer une attaque très localisée. La comparaison de pertes électrochimiques et gravimétriques de métal confirme la fiabilité de la méthode du confinement modulé du courant, sauf quand le béton est très jeune, en raison d'une résistivité très basse. Le confinement n'est pas toujours fiable quand le béton est très mouillé, il faut alors utiliser la méthode de l'atténuation du potentiel.

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Editorial Note Dr. Carmen Andrade is a Member of the RILEM Bureau (outgoing, president) as well as a Member of RILEM TAC (Technical Activities Committee) and a RILEM Senior Member. She is the Chairlady of RILEM TC MAM ‘Model assisted life monotoring of corrosion induced damage of reinforced concrete structures’ and she also participates in RILEM TCs 189-NEC ‘Non-destructive evaluation of the ‘covercrete’ (concrete cover)’, LTP ‘Life time performance of materials and structures’, 199-CUA ‘Concrete: use of additions’ and INR ‘Interpretation of NDT results and assessment of RC structures’. The CSIC (Instituto ‘Eduardo Torroja’ de Ciencias de la Construcción, IETcc), Spain, is a RILEM Titular Member. Mrs Isabel Martizez participates in the above-mentioned RILEM TC INR.     

Hygrothermal and mechanical model of concrete at high temperature

A computational model allowing for the thermohygrometric and mechanical analysis of concrete structures at high temperature by means of the finite element method is presented. The model includes creep coupled with damage and related cross-effects due to hygrothermal behaviour. A comparison between experimental tests performed by Bažantet al. on concrete cylinders at high temperature and the numerical results obtained from the model presented are shown.

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Résumé On présente un modèle pour l’analyse thermohygrométrique et mécanique des structures en béton à haute température au moyen de la méthode des éléments finis. Ce modèle inclut le fluage associé à l’endommagement et les effets reliés au comportement hygrothermique. On présente une comparaison entre des résultats des essais réalisés par Bažantet al. sur des cylindres en béton à haute température et les résultats numériques obtenus du modèle.

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Editorial Note Dr. Carmelo Majorana is a RILEM Senior Member and a corresponding member of TC 114-CCS on Computer Programmes for Creep and Shrinkage Prediction. Prof. Bernhard Schrefler is a RILEM Senior Member.     

A new method forin-situ measurement of electrical resistivity of reinforced concrete

A new method is described for thein-situ measurement of electrical resistivity of concrete structures. The method is based on the early work of J. Newman who calculated the electrolyte resistivity between a disk and a counter electrode located at infinity. This method has the advantage compared with Wenner's of using a single small electrode for the measurements. In this paper, results are presented comparing this method with Wenner's and with results carried out using a conductivity cell in electrolytes. Finally, values of resistivity are compared to corrosion intensity, and a threshold for active corrosion is suggested.

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Résumé On décrit une nouvelle méthode de mesure de la résistivité électrique du béton dont la technique est basée sur un travail ancien de J. Newman qui avait calculé la résistivité entre un disque et une électrode auxiliaire placée à l'infini. Comparée à la méthode de Wenner, cette méthode présente l'avantage de n'utiliser, pour les mesures, qu'une petite électrode. Dans cet article, on présente les résultats de la comparaison établie avec la méthode de Wenner et avec les résultats obtenus avec une cellule de conductivité placée dans les électrolytes. Enfin, on compare les valeurs de la résistivité du béton avec celles de l'intensité de la corrosion et on suggère un seuil de corrosion active.

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Editorial note Camen Andrade and Maria-Cruz Alonso are working at the Instituto Eduardo de Torroja which is a RILEM Titular Member. Dr. Andrade, who was the 1986 RILEM Medallist, have had all these years great responsibilities within RILEM. Chairlady of the Advisory Technical Committee until 1993, she is now a member of the Coordinating Committee. She is active in 116-PCD Technical Committee on Permeability of Concrete as a Criterion of its Durability and has been appointed chairdlady of 154-EMC Technical Committee on Electrochemical Techniques for Measuring Metallic Corrosion. Carmen Andrade has been appointed RILEM Fellow in 1995.     

Near-surface characteristics of concrete: abrasion resistance

Results of a wide-ranging investigation of the abrasion resistance of concrete are reported and the influence of water/cement ratio, curing, workability, maximum aggregate size and the constituent materials is discussed. Various other tests, namely compressive strength, rebound hardness and permeation (initial surface absorption, intrinsic permeability and vapour diffusivity) are examined for their ability to predict the abrasion resistance of concrete. The initial surface absorption test is recommended for this purpose.

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Resume On rend compte d'une vaste étude de la résistance à l'abrasion du béton, et on discute l'influence du rapport eau/ ciment, de la conservation, de l'ouvrabilité, de la dimension maximale des granulats et des matériaux constitutifs. On examine divers autres essais, tels que résistance à la compression, dureté au scléromètre, perméation (absorption superficielle initiale, perméabilité intrinsèque et coefficient de diffusivité de la vapeur d'eau) en fonction de leur aptitude à prévoir la résistance à l'abrasion du béton. On recommande l'essai d'absorption superficielle initiale.

     

Changes in the permeability to gas of calcareous stone core samples exposed to salt spray

This paper describes a method of measuring the permeability of stone samples to nitrogen, applicable for studying the internal micro-structural transformations that occur in building stones when exposed to salt spray. In this method the gas enters through a previously drilled hole along the axis of a cylindrical stone sample and crosses the lateral surface by radial flux. For artificial weathering tests that affect the sample surface, this method is more suitable than the Cembureau method and gives similar permeability values. Furthermore, by changing the diameter of the hole drilled, it is possible to analyse the variations of the transfer property from the interior to the exposed surface and to study the localised effects of marine salts. The method was used during salt spray accelerated deterioration tests to asses the degree of saturation of the pores in calcareous stones traditionally used in construction in France.

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Résumé Nous décrivons dans cet article une méthode de mesure de perméabilité à l'azote mise au point pour étudier les modifications micro-structurales internes qui se manifestent dans des pierres de construction sous l'effet d'une exposition au brouillard salin. Le gaz est introduit par un trou préalablement usiné dans l'axe d'un échantillon cylindrique de pierre et traverse la surface latérale suivant un flux radial. Pour des tests de vieillissement affectant les surfaces, cet essai est plus adapté que la méthode Cembureau et fournit une mesure de la perméabilité tout à fait comparable. De plus, en jouant sur le diamètre de la perforation, on peut analyser l'évolution de la perméabilité du matériau en profondeur et au voisinage de la surface exposée et étudier les effets localisés des sels marins. La méthode de mesure a été utilisée au cours de simulations accélérées d'altération par brouillard salin, afin d'évaleur le degré de saturation de pores dans le cas de pierres calcaires traditionnellement utilisées dans la construction en France.

     

Code provisions for high strength concrete strength-temperature relationship at elevated temperatures

This paper presents results of experiments, conducted at NIST and elsewhere, to measure compressive strength of concrete at elevated temperature. The paper compares the test data with existing design rules and recommendations to assess their applicability to HSC. Based on the compiled data, the paper proposes new strength-temperature relationship for HSC and discusses the need for standardizing the test procedure for testing concrete at high temperature and for a revision of the current design guides to include new data for properties of concrete at high temperature.

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Résumé Cet article présente les résultats expérimentaux, recueillis au NIST et ailleurs, pour mesurer la résistance à la compression du béton soumis à des températures élevées. Cet exposé compare les données disponibles avec les règles et recommandations existantes pour la conception d’un béton afin de déterminer leur applicabilité pour le béton à haute résistance (HSC). Basé sur les données compilées, cet article propose une nouvelle relation entre la résistance et la température pour le béton à haute résistance, On discute de la nécessité de standardiser la procédure de mesure de la résistance du béton à haute température. On discute aussi de la nécessité de revoir les guides actuels pour y inclure les données récemment disponibles concemant les propriétés du béton à haute tempèrature.

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Editorial Note Dr. Long T. Phan is a RILEM Senior Member. He participates in the work of RILEM TC HTC ‘Mechanical concrete properties at high temperature-Modelling and applications’. Dr. Nicholas J. Carino is also a RILEM Senior Member. Both of them work at NIST, a RILEM Titular Member.     

Mechanical properties of cement-treated mixtures of milled bituminous concrete and crushed aggregates

Milled bituminous concrete and crushed limestone aggregates were combined in the laboratory in various proportions to simulate some of the combinations of materials that can be obtained when the method of mix-in-place recycling with cement is used. The influence of the milled bituminous concrete content of the various mixes is examined in terms of compressive strength (equivalent cubes, uniaxial prism strength), tensile strength (flexural and cylinder splitting strength) and modulus of elasticity (quasi-static, electrodynamic resonance). The effect of these mechanical properties on the traffic and temperature induced stresses as well as on the crack susceptibility of these materials is discussed. It is concluded that the incorporation of milled bituminous concrete in cement-stabilised granular materials imparts interesting properties in these materials, yet further research is needed, including fatigue tests as well as tensile strength and modulus of elasticity determinations at early ages (1–2 days).

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Résumé On a mélangé en laboratoire du béton bitumineux et des granulats calcaires concassés, dans des proportions variées, afin de simuler quelques unes des combinaisons de matériaux qu'on peut obeenir en utilisant la méthode de recyclage sur place par malaxage avec du ciment. On a examiné l'influence de la teneur en béton bitumineux broyé des différents mélanges vis-à-vis de la résistance à la compression (cubes équivalents, résistance uniaxiale du prisme), la résistance à la traction (résistance en flexion et résistance au fendage du cyclindre) et le module élasticité (quasi statique, résonance électro-dynamique). On discute l'effet de ces propriétés mécaniques sur les contraintes génŕées par le trafic et la température, et sur la fissurabilité de ces matériaux. On conclut que l'addition de béton bitumineux broyé à des matériaux granulaires stabilisés par le ciment communique des propriétés intéressantes à ces matériaux mais que, toutefois, une recherche ultérieure doit être conduite, comprenant des essais de fatigue et la détermination de la résistance à la traction et du module d'élasticité aux jeunes ages (1–2 jours).

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Editorial note Dr. Stelios Kolias is a RILEM Senior Member. He is the RILEM Delegate in Greece.     

Time analysis of structural concrete elements using the equivalent displacement method

This paper presents a modelling technique referred to as the equivalent displacement method (EDM) which describes the behaviour in time of structural concrete elements, such as reinforced concrete beams and composite beams with full shear interaction, accounting for time effects, such as creep, of the concrete component. The time-dependent behaviour of the concrete is modelled using the algebraic representations, such as the age-adjusted effective modulus method (AEMM), while the steel joist and reinforcement are assumed to behave in a linear-elastic fashion. The main advantage of the EDM method is that it requires only one analysis to obtain the deformation state of the structural system at one step in time based on the AEMM methods, instead of the two required by available modelling techniques (i. e. one performed at timet ₀ and one performed one step in timet). The EDM method is then applied to the analysis of structural concrete elements using the stiffness analysis and the results obtained based on this modelling technique are validated against other modelling methods. The advantages of using the EDM method in design applications are also illustrated.

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Résumé Cet article présente une méthode appelée méthode de déplacement équivalent (EDM), qui décrit le comportement temporel des éléments de béton, par example les poutres en béton armé et les poutres mixtes à interaction complète, tenant compte des effets temporaux, tel que le fluage du béton. Le comportement temporel du béton est modelé par représentation algébrique, tel que la méthode age ajusté du module effectif (AEMM), tandis que la poutre d'acier et les renforts sont supposés linéaire et élastique. L'avantage majeur de la méthode EDM est qu'elle n'exige qu'une seule analyse pour obtenir l'état de déformation du système à un point temporel (méthode EDM), au lieu des deux points exigés par les méthodes courantes, en temps t₀ et l'autre à t. La méthode EDM est ensuite appliquée à l'analyse des éléments structurels en béton, utilisant l'analyse de raideur, et les résultats obtenus par cette méthode sont vérifiés par d'autres méthodes. Les avantages de l'utilisation de la méthode EDM dans les applications du dessein sont aussi illustrés.

     

Fictitious degree of hydration method for the basic creep of early age concrete

At the Magnel Laboratory for Concrete Research, University of Ghent, Belgium, an extensive experimental programme was set up in order to study the basic creep behaviour of early age concrete. Tests were carried out for a loading age ranging from 12 hours to 14 days, 2ith two different stress levels: 20% and 40% of the compressive strength at the age of loading. Three different cement types were considered: one Portland cement and two blast furnace slag cements. Based on the experimental results a new fundamental model is proposed. The basic creep evolution is completely related to the evolution of the degree of hydration. Time is no longer an explicit parameter. The stress-strain non-linearity of the basic creep is correlated with the stress-strain non-linearity of the instantaneous deformation at loading. Furthermore, based on the fundamental basic creep model and following the principles of the equivalent time method a new degree of hydration based formulation for the early age basic creep under varying stresses is developed: the fictitious degree of hydration method. Simulations of experimental results show that this new method provides a good alternative for the traditional superposition method.

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Résumé Au laboratoire Magnel de Recherche sur le Béton (Université de Gand, Belgique), on a réalisé un vaste programme de recherche expérimentale concernant le fluage de base du béton en phase de durcissement. On a exécuté des essais de fluage à partir d'un age variant de 12 heures à 14 jours, et ceci à deux niveaux de compression: 20% et 40% de la résistance en compression à l'age de la mise en charge. Un ciment Portland et deux ciments de haut fourneau ont été pris en considération. Sur la base des résultats expérimentaux, on a établi un nouveau modèle fondamental non linéaire. Ce modèle décrit la relation entre l'évolution du fluage de base du béton jeune et l'évolution du degré d'hydratation. Le temps n'intervient plus d'une manière explicite. En plus, il y a une corrélation entre la non-linéarité du fluage de base et celle de la déformation instantanée. Ensuite, sur la base de ce nouveau modèle et par analogie avec la méthode du temps équivalent, on a établi une nouvelle méthode: celle du degré d'hydratation fictif. Plusieurs essais de fluage sous contrainte variable ont permis de constater que la nouvelle méthode est une alternative valable pour la méthode de superposition.

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Editorial Note Prof. Dr. Ir. Luc Taewe is a RILEM Senior Member. Prof. Dr. Ir. Geert De Schutter is a RILEM Affiliate Member. He participates in the work of RILEM TC EAS: ‘Early age shrinkage induced stresses and cracking in cementitious systems’.     

Chloride migration coefficient of self-compacting concrete

In this article laboratory and analytical studies of the chloride migration coefficient, D, are presented. The result of studies on chloride migration of Self-Compacting Concrete, SCC, are compared with the corresponding properties of normal concrete with the same water-cement ratio, w/c and air content. Both 28 and 90 days' age applied at the start of the testing. Six SCC were studied and 2 NC, all with w/c=0.39. The effect of normal and reversed order of mixing (filler last), increased amount of filler, type of filler, limestone powder, increased air content and large hydrostatic concrete pressure were investigated.

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Résumé Cet article traite des études en laboratoire et des analyses concernant le coefficient de migration du chlorure. Le résultat des études sur l'admission en chlorure du béton autocompactant a été comparé avec les propriétés de celles d'un béton courant ayant le même taux d'eau/ciment et la même teneur en air. Des bétons de 28 et de 90 jours ont été utilisés au début des tests. L'étude a porté sur 6 bétons auto-compactants et 2 bétons normaux, tous ayant un taux d'eau/ciment de 0,39. C'est dans ce contexte qu'a été étudiée l'influence d'un mélange normal et inversé (dernier apport), de l'augmentation de la quantité de matériau de remplissage, du type de matériau de remplissage, de la poudre de pierre à chaux, de l'augmentation de la teneur en air et d'une forte compression hydrostatique du béton.

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Editorial Note Dr. Bertil Persson is a RILEM Senior Member. He participates in RILEM TCs LTP' Life time performance of materials and structures’, URM ‘Use of recycled materials’, 196-ICC ‘Internal curing of concretes’ and 195-DTD ‘Recommendation for test methods for autogenous deformation and thermal dilation of early age concrete’.     

Protection provided by surface treatments against chloride induced corrosion

Corrosion of reinforcement bars due to chloride ingress is a well known problem in reinforced concrete. Several methods have been adopted to protect reinforced concretc, and one of them is to provide added protection to the concrete surface in the form of surface treatments such as silanes and siloxanes. They react with the cement matrix and form a hydrophobic layer on the walls of the pores within the concrete. This protects the concrete from the ingress of water and water-born salts. Moisture is required for reaction of silanes and siloxanes with the hydrated cement matrix. However, too much water in the pores of concrete will prevent the treatments from penetrating deeper into the pores. A study has been carried out to investigate the variation, due to the presence of moisture, on the effectiveness of the protection. It has been found that irrespective of the moisture content at the time of application of treatment, silanes and siloxanes provided good protection against chloride ingress and corrosion of reinforcement bars. However, the depth of penetration and therefore the durability of the treatment is adversely affected when the concrete is near saturation.

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Résumé Dans le béton armé, la corrosion des armatures de renforcement due à la pénétration du chlorure est un problème bien connu. Plusieurs méthodes ont été adoptées pour protéger le béton armé, dont la protection supplémentaire au revêtement du béton sous forme de traitement à la surface par des silanes et des siloxanes. Ces produits réagissent avec la matrice cimentaire et forment une couche hydrophobe sur les parois des pores à l'intérieur du béton, empêchant la pénétration de l'eau et des sels véhiculés par l'eau. L'humidité est nécessaire pour obtenir la réaction des silanes et des siloxanes avec la matrice cimentaire hydratée. Cependant, trop d'eau dans les pores du béton empêche les traitements de pénétrer plus profondément dans les pores. Une étude a été menée sur l'efficacité de la protection en fonction des variations de la présence de l'humidité. On a constaté que, quelle que soit la teneur en humidité au moment de l'application du traitement, les silanes et les siloxanes fournissent une bonne protection contre l'entrée du chlorure et la corrosion des armatures. Néanmoins, la profondeur de la pénétration, et donc la résistance du traitement, sont défavorablement modifiées lorsque le béton est près de la saturation.

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Editorial note Prof. David J. Cleland is a RILEM Senior Member and the Secretary of TC 145-WSM (Workability of Special Concrete Mixes). Prof. A. E. Long is a RILEM Senior Member and a member of TCs 126-IPT (In-place Testing of Hardened Concrete) and 163-TPZ (Interfacial Transition Zone and Properties of Transfer).     

Precision of the Nordic test methods for measuring the chloride diffusion/migration coefficients of concrete

This paper presents the results of the round-robin test carried out in the Nordic countries to evaluate the repeatability and reproducibility of three Nordic test methods for measuring the chloride diffusion coefficient of concrete. The three methods were: NT BUILD 443, NT BUILD 355 and the CTH Rapid Test. A total of nine laboratories from Denmark, Sweden, Norway and Iceland participated in the test. Concrete specimens with three types of binder and two water-cement ratios were used in the test, and the test results were evaluated in accordance with international standard ISO 5725-94 for the determination of repeatability and reproducibility, in spite of small numbers of trials and laboratories. The results show that, among the three methods tested in this project, the CTH Rapid Test in general gives the best precision in the determination of chloride diffusion coefficient for Portland cement or silica fume concrete. The NT BUILD 443 method also gives satisfactory precision. The NT BUILD 355 method gives satisfactory precision for permeable concrete, but shows poor reproducibility for dense or low-permeability concrete.

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Résumé Cet article présente les résultats expérimentaux réalisés en Scandinavie pour évaluer la répétabilité et la reproductibilité des mesures accélérées du coefficient de diffusion des ions chlore dans les bétons. Trois procédures ont été testées: NT BUILD 443, NT BUILD 355 et l'essai accéléré CTH. 9 laboratoires et 4 pays ont été impliqués dans ce projet: Danemark, Suède, Norvège et Islande. Ont été utilisés des échantillons de béton fabriqués avec 3 types de ciment et 2 rapports E/C différents. Les résultats d'essais ont été analysés selon la norme ISO 5725-94. Ceux-ci montrent que parmi les 3 méthodes testées, la procédure CTH donne la meilleure précision dans la détermination du coefficient de diffusion des ions chlore pour le ciment Portland ou les bétons avec fumée de silice. La procédure NT BUILD 443 fournit aussi des précisions acceptables. Par contre, si la procédure NT BUILD 355 donne des résultats satisfaisants pour les bétons perméables, elle n'offre pas une bonne reproductibilité lorsque la perméabilité des matériaux diminue.

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Editorial Note Dr. Tang Luping is a RILEM Staff Member and works at the Swedish National Testing and Research Institute, a RILEM Titular Member. He participates in the work of RILEM TC 178-TMC: ‘Testing and modelling chloride penetration in concrete’.     

Prévision du comportement en flexion de consoles courtes en béton armé. Prise en compte de l'endommagement du béton

Résumé Nous montrons par une analyse expérimentale que le comportement mécanique global des consoles courtes en béton armé est linéaire jusqu'au début de l'endommagement de la section d'encastrement. Pour les consoles réalisées et testées au laboratoire, la rupture finale se produit à l'encastrement, par la plastification du tirant sous l'effet de la traction développée par la flexion, ou à la diagonale par le cisaillement du béton. Nous proposons un modèle du comportement en flexion de la section d'encastrement fondé sur une méthode heuristique. Dans un premier lieu, le comportement de la section d'encastrement est déterminé dans le cadre de la théorie générale des poutres fléchies, en tenant compte des armatures réparties et en considérant le béton comme élastique endommageable et l'acier des armatures comme élasto-plastique parfait. Ensuite, le comportement, ainsi obtenu, est corrigé à partir des comparaisons calcul-expérience. Ce modèle permet de reproduire assez fidèlement le comportement expérimental du tirant à l'encastrement.

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Prévision du comportement en flexion de consoles courtes en béton armé. Prise en compte de l'endommagement du bétonFluxural behaviour prediction of reinforced concrete corbels, taking in account the concrete damage

An experimental analysis shows that the global mechanical behaviour of the corbels is linear until the beginning of interface corbel-column damage. For the corbels carried out and tested at the laboratory, the ultimate failure occurs at the interface corbel-column after extensive yielding of the tension reinforcement developed by the bending or at the diagonal by the shearing of concrete. A model of the bending behaviour of the interface corbel-column is proposed. This model is based on a heuristic method. First, the interface corbel-column behaviour is determined by the conventional flexural beam theory taking account of the stirrups and considering concrete as an elastic-damaging material and the steel of the reinforcements perfectly elasto-plastic. Then, the behaviour, thus obtained, is corrected using the calculation-experiment comparisons. This model gives a good agreement with the experimental results.

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Editorial Note Prof. Buyle-Bodin is a RILEM Senior Member.     

One-dimensional water transport in covercrete—application of non-destructive methods

Summary One-dimensional water transport in cores of different concrete types with a moulded surface at one end was investigated by the simple measurement of mass changes during suction and by evaporation tests. Non-destructive methods (magnetic resonance imaging (MRI) and x-ray tomography) were applied successfully to the localization of water distribution within the concrete during such tests. Before the suction test was carried out, all samples were stored for 18 months under constant climatic conditions (35% RH, 70% RH, or 90% RH) to avoid inhomogeneous humidity distributions. They were then sealed with aluminium tape (epoxy in the MRI measurement) on all faces except the moulded surface, thus guaranteeing one-dimensional flow.

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Resume Le transport de l'eau dans le béton d'enrobage est l'un des facteurs agissant le plus sur la durabiliteé des constructions en béton, en raison des effets notables qui en résultent sur la perméabilité au gaz, l'échange gazeux et le transport d'halo?des et, par voie de conséquence, sur la corrosion de l'armature. Le transport de l'eau peut être quantifié simplement en procédant à des essais classiques d'absorption et d'évaporation. Une série d'essais de ce type ont été réalisés à l'EMPA. A cet effet, on a utilisé des carottes de petit diamètre (50 mm) et de différentes longueurs, munies à une extrémité d'une face de coffrage et provenant d'éléments de murs agés de 4 à 5 ans, et qui ont été stockées dans des conditions climatiques constantes, jusqu'à 1 année et demie avant l'essai d'absorption. Le béton pouvait donc être considéré comme totalement hydraté et la réparitition de l'humidité dans les carottes était homogène au moment du démarrage des essais d'absorption. Quatre catégories de béton, différenciées par leur rapport eau/ciment (0,5; 0,6) et la teneur en air (2% vol.; 5% vol.) ont été examinées. La teneur et la granulométrie des granulats (diam. max. des grains: 32 mm) et, par conséquent, la quote-part volumétrique et la structure ‘externe’ de la pierre de ciment étaient identiques pour toutes les catégories de béton essayées. Il est évident que les essais d'absorption et d'évaporation ne permettent de tirer que des conclusions à caractère global sur le transport de l'eau. Il n'en ressort aucune information sur la répartition géométrique de l'eau pendant les essais; pour cela, il est nécessaire d'avoir recours à des méthodes de mesures tomographiques non destructrices. Pour l'étude en cours, on a utilisé avec succès la radio-tomographie assistée par ordinateur et l'imagerie par résonance magnetique (IRM). En particulier, au moyen de l'IRM au deutérium, il a été possible, lors d'essais d'absorption, de rendre visibles des fronts ascendants; il semble donc raisonnable d'utiliser plus fréquemment cette méthode dans le cadre des recherches sur le transport de l'eau dans le béton d'enrobage. Les résultats des essais ont permis de tirer quelques conclusions plus précises sur le transport de l'eau. On a pu constater, entre autres, que le béton d'enrobage se distinguait de manière évidente, également dans ce domaine, du béton interne et que les dérives observées quant à l'absorption de l'eau, par rapport à la ‘loi de la racine carrée du temps’, ne semblaient pas être provoquées par une répartition non homogène de l'humidité mais par la structure du système poreux capillaire. La comparaison de mesures IRM au deutérium avec des essais d'absorption classiques a permis de définir un modèle de pénétration d'eau dans un système poreux partiellement rempli.

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EMPA Department Concrete/Binding Agents     

A method for measuring the chloride threshold level required to initiate reinforcement corrosion in concrete

Information on the chloride threshold level that is necessary to initiate corrosion of steel reinforcement in concrete is required for service life calculations and performance testing of concrete. This paper proposes a method for determining the chloride threshold level causing the corrosion of steel in concrete. The method takes into account the need for accelerated chloride ingress and limitation of possible corrosion of steel parts not intended to act as anode.

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Résumé Le niveau de chlorures au-delà duquel la corrosion des armatures en acier est déclenchée dans le béton renforcé, est un paramètre dont la connaissance est nécessaire aussi bien lors de la conception, que des essais de performance du béton. Une méthode de détermination de ce seuil est proposée dans cet article. La méthode tient compte à la fois de l'accélération induite du flux d'ions chlorure et des limitations liées à une possible corrosion de l'acier.

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éditorial note Prof. Mette R. Geiker is a RILEM Senior Member. She participates in RILEM TCs 189-NEC ‘Non-destructive evaluation of the ‘covercrete’ (concrete cover)’, 196-ICC ‘Internal curing of concretes’ and RFC ‘Rheology of cement based materials such as fresh concrete’.     

Water permeability of fly ash concretes

The water permeability of two series of concretes made with one type of fly ash and two types of Portland cement (OPC and SRPC) was tested by the method prescribed by DIN 1048. It is concluded that the cementing efficiency factor of the fly ash with respect to water permeability is approximately 0.3, independent of type of cement and curing time (28 days and 56 days). In practical terms this means that 1 kg of cement would have to be replaced by approximately 3 kg of fly ash in order to maintain the same watertightness of the hardened fly ash concretes. Thus, addition of fly ash is not likely to improve the watertightness of concrete.

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Resume On a essayé par la méthode DIN 1048 la perméabilité à l’eau de deux séries de bétons fabriqués avec un type de cendres volantes et deux types de ciment Portland (OPC et SRPC). On en a conclu que le coefficient d’activité des cendres volantes en rapport avec la perméabilité à l’eau est environ de 0,3, quels que soient le type de ciment et le temps de conservation (28 et 56 jours). Ceci signifie qu’il conviendrait de remplacer 1 kg de ciment par environ 3 kg de cendres volantes afin de maintenir une étanchéité constante des bétons aux cendres volantes durcis. L’addition de cendres volantes n’améliore donc pas sensiblement l’étanchéité à l’eau du béton.

     

Détermination des caractéristiques de résistance du béton d'après les mesures de propagation d'ultra-sons combinées avec les données sclérométriques

Résumé Les résultats des essais combinés sur86 variétés de béton de dosages et résistances différents ont été soumis à une analyse statistique. Cette étude a fourni une meilleure connaissance du r?le de différents facteurs tels que la teneur en granulats, la granulométrie, la teneur en eau, le temps de malaxage, en ce qui regarde la valeur de résistance obtenue par les méthodes combinées et aussi bien par des méthodes spécifiques (vitesse d'impulsion des ultrasons et méthodes sclérométriques). Dans quelques cas, les valeurs de résistance du béton correspondant aux deux paramètres de cette méthode combinée satisfont au modèle de distribution normale Laplace-Gauss, et dans quelques autres la distribution de Pearson. Bien que le coefficient de variation de ces résistances soit inférieur au coefficient de variation de la résistance sur cubes, il s'en rapproche lorsqu'il repose sur un seul paramètre. Ceci est donc à l'avantage de la méthode combinée. Cet article comprend aussi des recommandations pour l'utilisateur de la méthode combinée et trois équations générales de régression avec les graphes pour une détermination approximative de la résistance du béton dans un ouvrage lorsque son dosage est inconnu.

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Summary The numerous results obtained from tests on86 kinds of concrete of varying mix design and strength were processed by mathematical statistical methods to examine the combined data. This study increased knowledge of the influence of technological aspects-aggregate content, particle size distribution, water content, mixing time, on the strength value determined by the combined method as by particular methods (ultrasonic pulse or rebound hammer). In some cases the concrete strength values from both parameters of this combined method satisfy the Laplace-Gauss normal distribution model and others satisfy the Pearson distribution. Though the coefficient of variation of these strengths is lower than the coefficient of variation of cube strength, it rises close to them when based on one parameter. Therefore, this pleads for the combined method. The article also includes recommendations for the user of the combined method and three general regression equations with graphs for approximate determination of the strength of concrete in a structure when the mix design is unknown.