Pore solution composition and chloride binding capacity of silica-fume cement pastes

Samples of the capillary pore solution, associated with hardened cement pastes containing various proportions of silica-fume and sodium chloride, have been expressed at different stages of curing and analysed to determine concentrations of dissolved ions. The results indicate that partial replacement of Portland cement by increasing percentages of silica-fume causes a regular decrease in alkalinity of the pore solution and a reduction in the chloride-binding capacity of the material. Possible implications regarding the level of corrosion protection afforded to embedded steel are considered.

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Résumé On a préparé des échantillons de pates de ciment Portland mélangé dans diverses proportions de poids à de la poudre de silice (0–30%) avec une proportion constante d'eau, équivalente à 50% des poids combinés du ciment et de la poudre de silice. Dans certains cas, l'eau du mélange contenait du chlorure de sodium en quantités qui correspondaient à 0,4 ou 1% d'ions de chlorure, exprimés en pourcentages des poids combinés du ciment et de la poudre de silice. On a traité les pates dans des récipients scellés pendant des périodes allant jusqu'à 84 jours, puis on les a transférées dans une enceinte en acier spécial, dans laquelle la pression a été appliquée à des niveaux permettant d'exprimer en millimètres les solutions interstitielles capillaires et de les recueillir. On a effectué l'analyse par des méthodes de routine pour déterminer les concentrations dissoutes de Na⁺, K⁺, Ca²⁺, OH⁻, Cl⁻, SO ₄ ²⁻ . On a aussi évalué les quantités d'eau non évaporable dans des échantillons, afin de calculer les proportions du contenu total de chlorure dans les matériaux qui sont restés dissous. Les résultats ont indiqué que le remplacement partiel du ciment Portland par des pourcentages croissants de poudre de silice causait une diminution régulière de l'alcalinité des solutions interstitielles et une réduction de la capacité du matériau servant à lier le chlorure. On a attribué ce dernier effet à l'influence du pH de la solution sur la solubilité de 3CaO.Al₂O₃.CaCl₂.1OH₂O et on a démontré la validité de point de vue au moyen de l'analyse thermale. On a considéré la signification des résultats vis-à-vis du degré de protection de l'armature contre la corrosion et on a constaté qu'un certain nombre de questions demandait de nouvelles recherches.

     

Strength and complete stress-strain relationships for concrete tested in uniaxial compression under different test conditions

This report discusses the variations in strength and complete stress-strain behaviour which can result from varying some basic experimental conditions. The significance of varying the specimen slenderness ratio, ratio of specimen diameter to maximum size of aggregate, diameter of test platen used to transmit load from the testing machine to the test specimen, and the methods employed for strain measurement, have been evaluated.

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Résumé On examine les variations de résistance et des relations contrainte-déformation qu'on peut obtenir en faisant varier certaines des conditions expérimentales de base. On a étudié les incidences des variations du degré d'élancement de l'éprouvette, du rapport du diamètre de l'éprouvette à la dimension maximale du granulat, du diamètre du plateau d'essai utilisé pour transmettre la charge à l'éprouvette ainsi que de la méthode de mesure des déformations. Tous les essais ont été effectués sur des éprouvettes cylindriques carottées et sciées. Avec ce type d'éprouvette, on a obtenu une rupture uniforme par la suppression de la zone faible au voisinage de la surface de coulée. Les rapports d'élancement et les diamètres des carottes étaient respectivement compris entre 1–3 et 25–100 mm. On a maintenu une vitesse de déformation de 2,5×10⁻⁶/sec. Les principaux résultats de cette étude sont les suivants: a) la variation du comportement contraintedéformation en fonction du degré d'élancement montre différentes tendances selon que les déformations unitaires sont déterminées d'après la mesure des déformations globales ou d'après celle de la zone centrale des éprouvettes. Quoique ces différences diminuent avec l'augmentation du degré d'élancement, elles restent notables. b) Un degré d'élancement de 2,5 convient très bien à l'étude des propriétés du béton non armé. Pour des degrés d'élancement inférieurs, des ruptures se produisent aux extrémités fortement encastrées, tandis qu'à des degrés d'élancement plus élevés on constate un transfert indésirable d'énergie de déformation élastique depuis les régions de rupture aux extrémités vers la zone centrale de rupture. Le taux de variation de la résistance atteint aussi une valeur minimale. c) L'emploi de plateaux d'acier dont le diamètre excède celui de l'éprouvette détermine un accroissement de 3% de la déformation de rupture observée (à partir de la déformation globale); après application de la contrainte maximale le comportement est plus sérieusement affecté. d) Bien que la contrainte correspondant au début de la dilatation augmente avec le degré d'élancement, la contrainte latérale correspondant à ces contraintes de dilatation restait constante à 0,043% près. e) Avec une dimension maximale de granulat (D₀) de 9,52 mm, et pour des éprouvettes de diamètre (D) différent, on constate que la résistance atteint un maximum pour D/D₀=8. Le diamètre optimal d'une éprouvette, correspondant à sa résistance la plus élevée, pour la dimension maximale de granulat, peut être déterminé approximativement par: D/D₀=14,55−6,68 log₁₀D₀.

     

Properties of paste-rock interfaces and their influence on composite behaviour

The results are presented of an investigation into the interfacial properties of composite materials based on plain and silica fume pastes, and andesite, dolomite and granite rocks used as commercial concrete aggregates. Microstructural studies are reported, and the observations are shown to assist qualitatively in the interpretation of mechanical test results. Fracture properties of the various combinations show that the mechanical response of the composites is material specific. In general, andesites develop superior interfacial bond properties, and the use of silica fume tends to embrittle composites. For the mix proportions and materials used in this study, no direct (micrographic) evidence of a transition zone between interface and bulk paste could be observed.

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Resume Nous avons étudié les propriétés de l'interface pate/roche sur des éprouvettes de composites réalisées à partir de pate de ciment avec et sans fumée de silice et d'andésite, de pierres dolomitiques et granitiques, utilisées comme granulats commerciaux. Nous avons d'abord abservé la microstructure des faciès de rupture à l'aide du microscope à balayage électronique (MEB) muni à l'intérieur d'un système de ‘stereo pair imaging’. Des sections prélevées perpendiculairement aux faciès de rupture on été polies et examinées à l'aide du MEB équipé d'un détecteur d'électrons rétrodiffusés et d'un détecteur d'électrons secondaires. Pour déterminer les propriétés à la rupture des composites, nous avons appliqué la méthode d'essai ISRM I développée pour la caractérisation à la rupture de carottes de pierre. L'ensemble des observations de la microstructure a servi à l'interprétation qualitative des résultats expérimentaux. Nos résultats montrent que la morphologie des faciès de rupture dépend du type de pierre, de pate, et du type de composite pate/pierre observé. La croissance des fissures se développe soit à l'interface pate/pierre, soit à l'intérieur de la pate. Les pates contenant de la fumée de silice ont tendance à conférer aux composites une adhérence pate/pierre suffisamment bonne pour favoriser la croissance des fissures à travers la pate, à l'exception cependant des composites pate/andésite. Les deux types de fissuration sont accompagnés d'un important phénomène de coalescence des microfissures en retrait du plan de rupture. Finalement, sur les éprouvettes examinées, il n'y a pas d'indication évidente de la présence d'une zone de transition près de l'interface pate/pierre. Les courbes charge/fléchissement obtenues montrent que les éprouvettes de composite pate/andésite possèdent de meilleures propriétés mécaniques que les autres matériaux. Cependant, ce résultat n'a pas été observé avec les éprouvettes de mortiers réalisés à partir de granulats andésite dans les proportions étudiées ici. Les composites contenant de la fumée de silice sont légèrement plus fragiles si on se base sur la réduction de l'aire sous les courbes charge-fléchissement. D'après les résultats expérimentaux obtenus lors de l'étape de la caractérisation à la rupture, les pates sans fumée de silice ont une résistance à la rupture, K_cb, et un travail à la rupture, R_cb, plus élevés que les pates avec fumée de silice. L'andésite améliore les propriétés à la rupture de l'interface. Pour les mortiers, K_cb est peu influencé par la présence de fumée de silice ou par les caractéristiques des différents types de granulats, sauf pour les mortiers réalisés à partir de granulats granitiques. Enfin, l'énergie à la rupture est plus faible pour les mortiers contenant de la fumée de silice. Cette étude montre clairement que l'interaction entre les différentes phases constituant les matériaux composites est complexe et propre à chaque matériau. Des essais réalisés avec soin sont donc nécessaires à l'obtention des propriétés optimales de ces composites.

     

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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A new formula for relaxation of stress-relieved steels

From the basic mechanisms of plastic deformation, a new equation for the isothermal relaxation has been derived, depending on two empirical parameters. Relaxation tests show the validity of the formula to explain isothermal relaxation losses in stress-relieved steels and to take into account the influence of the temperature up to 60°C and the initial stress up to 0.80 u.t.s. A new testing method, as deduced from the formula, for high temperature relaxation tests is proposed. Finally, the equation has been applied to test results from other authors obtaining again an excellent agreement with them.

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Résumé A partir de l’analyse des mécanismes de la déformation plastique on arrive à déduire une expression qui nous donne la déformation plastique en fonction d’une variable qui dépend de la contrainte de la température et du temps: c’est la contrainte effective. En appliquant cette expression au phénomène de la relaxation des aciers de précontrainte, on déduit une nouvelle formule qui détermine la perte de contrainte en fonction de la contrainte effective de l’acier. Cette expression est valable dans un certain intervalle de températures (20 à 60°C), et de tensions (jusqu’à 80% de la charge unitaire maximale) et l’influence du matériel n’est représentée que par deux paramètres empiriques. Pour vérifier la validité de cette expression on expose les résultats des essais qui ont été réalisés sur deux aciers stabilisés. Pour l’un de ces aciers on a exploré l’intervalle de tension et de températures considéré auparavant. Les essais à hautes températures ont été réalisés suivant une nouvelle méthode: tandis que pour les essais à 20°C la vitesse de mise en charge a été de 3,3 MN/m².s, pour les essais à 40°C la vitesse employée a été de 33 MN/m².s et pour les essais à 60°C elle était de 250 MN/m².s. Le temps de maintien de la charge initiale a été réduit à 13 secondes pour les essais à 40°C et à 1,8 secondes pour les essais à 60°C. Les résultats de ces essais s’accordent très bien avec l’expression théorique. Finalement on applique cette expression à d’autres essais qui ont été publiés par le C.U.R. et par Brachet, Jacques et Atallah et on vérifie sa validité avec les résultats de ces essais.

     

Creep of portland cement paste at early ages

This investigation was conducted to study systematically the creep of maturing cement pastes. Two water-cement ratios were chosen. Specimens, both sealed and unsealed, were used. Tests were conducted in a controlled humidity cabinet. The specimens were loaded between 18 hours and 28 days after casting, and kept under load for 28 days. In all cases the stress-strength ratios were maintained constant at 0.15. It has been found from these tests that creep is not linearly proportional to the stress-strength ratio for maturing cement pastes. The data obtained from the investigation also show that the viscous flow mechanism, if present, can only represent a small part of the creep mechanism.

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Résumé On rend compte ici d'une tentative d'étude systématique du fluage des pates de ciment dans la période de maturation. Deux rapports eau-ciment ont été choisis:0,3 et0,5. Les éprouvettes, tant confinées que non confinées, avaient pour dimensions12,7×7,6×35,6 cm. Les essais ont été effectués dans une atmosphère à24°C et à 75% HR. 8 éprouvettes dans chaque série ont été essayées. La méthode a consisté à couler simultanément ces8 éprouvettes et18 cylindres. Les éprouvettes ont été soumises à l'observation tandis que les cylindres servaient à la détermination de la résistance. On a fait varier les charges sur les éprouvettes de telle sorte que les rapports contrainte-résistance se maintiennent à0,15. La méthode employée consistait à faire varier les charges par degrés, alors qu'une méthode d'essai idéale aurait exigé une variation continuelle et graduée. 6 des8 éprouvettes ont été chargées à0,75, 1, 3, 7, 14 et28,75 jours après la coulée et maintenues sous charge durant28 jours. Les deux autres éprouvettes ont servi à obtenir la déformation élastique et le retrait. La déformation élastique a été également fournie par les6 éprouvettes alors qu'elles étaient chargées pour la première fois, et de nouveau après que toutes les indications de fluage eurent été relevées. A partir des résultats ci-dessus, on a obtenu, pour les éprouvettes à différents ages de chargement, des familles de courbes de fluage longitudinal et transversal, ainsi que du coefficient de Poisson. La pate de ciment flue plus vite dans les premiers temps qu'à maturation. La valeur du fluage total pour la pate jeune est supérieure à ce qu'elle est pour la pate à maturation. On en a conclu que le fluage n'est pas une fonction linéaire du rapport contrainte-déformation pour les pates de ciment qui sous charge présentent un gain de résistance. Pour un rapport contrainte-résistance constant, le fluage total dans un temps t peut s'exprimer en fonction de l'age au chargement comme suit:Cr _t=A−Blog ₁₀t ₁ où:Cr_t=Fluage après un temps t pour un rapport contrainte-résistance constant;A, B=Constantes qui dépendent du rapport eauciment, de la surface traitée, de la durée de la charge entretenue, etc.; t ₁ =Age au chargement en jours. Les résultats de cette étude montrent que le mécanisme de l'écoulement visqueux, s'il se produit, ne peut représenter qu'une faible part du phénomène du fluage.

     

Creep of Portland cement paste at sub-zero temperature

Describes uniaxial creep tests on Portland cement paste specimens at sub-zero temperature. During the course of the tests the stress-strength ratio was maintained constant by continuously increasing the applied load. Linearity was found to hold in low-temperature tests where specimens were loaded at various degrees of maturity, but where hydration under sustained load was halted.

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Résumé On rend complte d'une étude du fluage uniaxial du ciment Portland à des températures inférieures à O°C. Il a été choisi un rapport eau/ciment de 0,5. Les éprouvettes, après la cure initiale, ont été confinées dans des moules d'acier. Les éprouvettes, de 7,62×12,70×35,56 cm, ont été entreposées pour différentes durées dans une enceinte maintenue à 75% d'humidité relative et à 24°C, avant d'être soumises, dans une chambre froide à −11°C, à une charge continue. En tout 9 éprouvettes ont été essayées. Ces éprouvettes ont été coulées en même temps que des cylindres qui ont servi à déterminer la résistance; les éprouvettes, elles, servaient à l'observation du phénomène, et l'on faisait varier les charges qu'on leur appliquait de telle sorte que le rapport contrainte/résistance était maintenu constant à 0,15. Alors que la procédure idéale d'essai aurait exigé une variation continue et graduelle de la charge appliquée, la méthode ici a été de modifier la charge par paliers. Partant d'une valeur connue, par exemple 15% de la résistance à un jour, la charge a été ajustée périodiquement. Cinq des 9 éprouvettes ont été chargées à 1, 6, 7, 17 et 28 jours après le coulage et maintenues sous charge pendant 28 jours. Pour toutes les éprouvettes, on a noté les observations initiales puis, après application de la charge requise, de nouvelles observations ont été faites. La fréquence des observations a ensuite varié selon l'age de l'éprouvette. Les 4 autres éprouvettes ont servi aux mesures d'élasticité et de retrait. Les mesures d'élasticité ont été également faites sur les 5 premières éprouvettes lors du premier chargement et de nouveau une fois que tous les relevés de fluage ont été faits. A partir de ces résultats, des familles de courbes de fluage longitudinal ont été obtenues pour les éprouvettes à différents ages de chargement. Après un temps donné, les valeurs du fluage sont les mêmes pour toutes les éprouvettes aux différents ages de chargement. Les essais en chambre froide ont ainsi prouvé que l'hypothèse: Fluage=CN, où C est une constante et N le rapport contrainte/résistance, reste valide quelle que soit la maturité au chargement, à condition que le procédé de maturation soit arrêté avant le chargement.

     

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.

     

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.     

Use of recycled concrete aggregate in high-strength concrete

The results of a test programme to study the use of recycled concrete aggregate (RCA) in high-strength, 50 N/mm² or greater, concrete are described. The effects of coarse RCA content on the ceiling strength, bulk engineering and durability properties of such concretes have been established. The results showed that up to 30% coarse RCA had no effect on concrete strength, but therafter there was a gradual reduction as the RCA content increased. A method of accommodating the effects of high RCA content, involving simple adjustment to water/cement ratio of the mix is given. It is shown that high-strength RCA concrete will have equivalent engineering and durability performance to concrete made with natural aggregates, for corresponding 28-day design strengths. The practical implications of the study for concrete construction are discussed.

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Résumé Sont décrits ici les résultats d’une série d’essais destinés à étudier l’utilisation de granulats provenant du recyclage d’éléments en béton (RCA) dans des bétons de haute résistance (50 MPa et plus). Les effets de la teneur en gros granulats recyclés sur la résistance des plafonds et des batiments, ainsi que les propriétés de tels bétons ont été établis. Les résultats ont montré qu’une teneur allant jusqu’à 30% en gros granulats recyclés n’a pas d’effet sur la résistance du béton, mais qu’au dessus de 30%, la résistance diminue progressivement à mesure que la teneur en gros granulats recyclés augmente. Une méthode visant à accommoder les effets dus à une forte proportion de RCA, nécessitant un simple ajustement du rapport eau/ciment dans le mélange, est proposée. Il est prouvé que le béton RCA de haute résistance aura des qualités de résistance et de durabilité équivalentes à celles de bétons constitués de granulats naturels, pour les résistances mécaniques à 28 jours prévues. Les implications pratiques de l’étude sur la réalisation d’ouvrages en béton sont présentées.

     

Water absorption in cover concrete

Measurements of initial water absorption are reported for concretes exposed indoors or outside for 1.5 years. Water absorption after a given wetting time was increased with an increase of water/cement ratio, a reduction of moist curing and partial replacement of the Portland clinker component of the cement. Absorption after outdoor exposure was less than that after laboratory exposure, especially if rain could fall on the concrete surface. Absorption results correlated approximately with weight losses during initial exposure and with compressive strengths at the start of exposure. There was a near-linear relationship between carbonation depths and absorption measured in cover concrete after 1.5 years of exposure

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Resume On rend compte de mesures de l'absorption d'eau initiale sur des bétons exposés pendant 18 mois en milieu fermé et en plein air. Après un temps donné d'humidification, l'absorption d'eau augmentait avec l'accroissement du rapport eau/ciment, la diminution de la conservation à l'état humide et le remplacement partiel du composant de clinker Portland du ciment. A la suite de l'exposition à l'air libre, l'absorption, en particulier si la pluie était tombée sur la surface du béton, était moindre qu'en laboratoire. Les résultats de l'absorption correspondaient approximativement avec les pertes de poids durant l'exposition initiale, et aux résistances en compression au début de l'exposition. On a constaté une relation non linéaire entre les profondeurs de carbonatation et l'absorption mesurées dans le béton d'enrobage après une exposition de 18 mois.

     

Changes in the structure of hardened cement paste due to high temperature

The investigation performed was aimed at explaining explaining experimentally the changes occurring in the microstructure and phase composition of cement pastes during their exposure to heat in the temperature range 20–800°C. The investigation was performed by means of the following methods; thermal analysis, X-ray diffraction analysis, infrared spectroscopy analysis and mercury porosimetry. During the investigation observations were made regarding the behaviour of the following phases in pastes exposed to heat: Ca(OH)₂, CaCO₃, C−S−H, non-evaporable water and micropores. From an analysis of the experimental results, temperature ranges of the following changes were determined in the structure of the investigated paste: additional hydration of unhydrared cement grains, recrystallization and carbonization of Ca(OH)₂, deformation and transformation of C−S−H phases, non-linear changes in the distribution of pore diameters and total porosity.

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Résumé Les changgements de la microstructure et de la composition des phases résultant de l'effet de température dans le domaine de 20 à 800°C ont été expliqués par la voie expérimentale. Les investigations ont été réalisées en utilisant les méthodes de TG, rayons X, absorption infrarouge et porosimétrie au mercure. Les phases de Ca(HO)₂, CaCO₃, C−S−H, l'eau non évaporable et la microporosité ont été étudées. A partir des résultats obtenus, on a conclu qu'il se produit les changements suivants: hydratation additionnelle des grains de ciment restant anhydre, recristallisation et carbonatation de Ca(OH)₂, déformation et transformation de la structure du gel de la phase C−S−H, accroissement non linéaire de la porosité totale et de la distribution de ses dimensions. Il a été possible d'expliquer que l'hydratation additionnelle du ciment restant anhydre et la recristallisation du Ca(OH)₂ sont dues à l'effet de la vapeur sur la phase environnante (la vapeur libérée lors du processus d'hydratation). Suite à la libération de l'eau chimiquement liée de la phase C−S−H, celle-ci subit une transformation. Pour des températures inférieures à 600°C, elle est instable; pour des températures supérieures, cette transformation est stable, irréversible et similaie à celle de βC ₂ S. L'absence de corrélation entre la qualité d'eau libérée de la pate de ciment et de la porosité totale dans la gamme des températures de 100 à 300°C résulte du retrait qui accompagne le départ de l'eau de la pate de ciment. L'accroissement de la porosité totale se produit dans le régime de 300 à 700°C et en particulier augmente le nombre de pores de grande dimension, d'où la formation de microfissures résultant de phases du ciment et de Ca(OH)₂. La réduction de la porosité totale à 800°C pourrait résulter du début de fusion de la pate de ciment durcie.

     

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.

     

Prestress losses in fibreglass pretensioned concrete compression members

Fibreglass has been used recently as a prestressing material in concrete structures, and it has demonstrated some advantages over steel tendons especially in corrosive environments. An experimental estimation of the long term losses of concrete columns and piles pretensioned with fibreglass (S-2 glass) is presented in this paper. Three identical sets of steel and fibreglass specimens with nominal dimensions of 152 mm×102 mm×2.6 m (6 in ×4 in ×102 in) were instrumented and tested to evaluate prestress losses under axial compression loads at different stress levels. Results after 20 months show that prestress losses in fibreglass tendons are less than those in steel tendons. The effective prestress for fibreglass pretensioned specimens can be predicted accurately using the step-by-step method. The measured data were compared with several models. For a practical applied stress of 0.3f_c ^′, the current ACI and Bazant equations for creep and shrinkage predicted the strain history, prestress losses, and effective prestress of fibreglass pretensioned concrete specimens with good accuracy.

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Resume La fibre de verre a été récemment utilisée comme matériau de précontrainee dans les structures en béton et présente certains avantages sur les armatures d'acier, surtout dans les environnements corrosifs. C'est la dégradation des structures en béton préconstraint et en béton armé dans ce type d'environment qui a conduit à rechercher d'autres matériaux de précontrainte plus durables. C'est ainsi que la fibre de verre est apparue comme une solution de remplacement. Elle a pour propriétés une haute résistance à la traction, une bonne adhérence et une excellente résistance à la corrosion. Le présent rapport donne une estimation expérimentale des pertes à long terme des poteaux et des pieux précontraints par prétension avec de la fibre de verre. Trois séries identiques d'éléments d'acier et de fibre de verre avec des dimensions nominales de 152 mm × 102 mm × 2,6 m ont été essayées pour évaluer les pertes de précontrainte sous des charges de compression axiale à différents niveaux de contrainte. Les résultats après 20 mois ont indiqué qu'avec les armatures d'acier les pertes sont plus importantes qu'avec des armatures de fibre de verre. L'efficacité de la précontrainte des éléments avec fibres de verre peut être déterminée avec exactitude. Les données mesurées sont comparées avec plusieurs modèles de fluage et de retrait. Pour une contrainte de 0,3 f_c ^' exercée, les équations actuelles de l'ACI et Bažant pour le fluage et le retrait ont permis de prévoir avec une assez grande précision le processus de déformation, les pertes de précontrainte et l'efficacité de la précontrainte des éléments de béton à fibres de verre.

     

Results of three comparative test series for determining the fracture energyG F of concrete

RILEM Technical Committee 50—Fracture Mechanics of Concrete, has put forward a proposal for a recommendation for the determination of the fracture energy G_F of mortar and concrete. In connection with the above three comparative test series were arranged in order to collect information and experience regarding the proposed method. 14 laboratories from 9 countries were involved and about 700 beams were tested. This paper gives a condensed summary of the results.

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Résumé La Commission Technique de la RILEM 50-FMC—Mécanique de la rupture du béton—a proposé, en vue d'établir une recommendation, une méthode de mesure de l'énergie de rupture G_F du mortier et du béton. Au cours de l'élaboration de cette méthode, trois séries d'essais comparatifs ont été faites afin de réunir des informations et établir une expérience sur la méthode proposée. 14 laboratoires de 9 pays ont coopéré et environ 700 poutres ont été essayées. Le rapport donne un résumé concentré des résultats. La première série (tableau II) a eu pour but de rassembler des expériences qui ont permis d'opérer certains changements. Lors de la deuxième série, on a mesuré, outre G_F, le module d'élasticité E et la résistance à la traction f_t. Ces valeurs ont été déterminées en partie par les essais des poutres et en partie par des méthodes de mesure normales. II s'est trouvé que les valeurs de E et de f_t déterminées par les essais des poutres étaient trop incertaines pour une utilisation pratique. La troisième série (tableau IV) a été exécutée pour étudier l'influence de la dimension de la poutre sur la valeur mesurée de G_F. II semble que l'effet soit considérable de sorte que la valeur mesurée de G_F augmente avec la dimension de la poutre. On montre cependant que cette influence n'est pas plus importante dans la pratique que, par exemple, l'effet de la dimension dans les essais de résistance à la pression.

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The role of organic matter of carbonate rocks in the reactivity of the produced quicklime

The gray and white crystalline limestones from Agios Panteleimonas Florina have almost the same mineralogical composition. They are mainly composed of calcite (96%), while the percentage of the contained organic matter is 0.8% in the gray and 0.09% in the white crystalline limestone. After heating both crystalline limestones at 500°C no serious change was observed concerning their mineralogical composition. However, the velocity of P waves and the porosity in the gray limestone are changed significantly while this trend is not noticed in the white limestone. These changes are mainly attributed to the burning of organic matter, which is contained with greater percentage in the gray crystalline limestone. At 1000°C both crystalline limestones are completely calcined. The dissociation of calcite and dolomite increases significantly the porosity of the produced quicklime. The quicklime from gray crystalline limestone presents higher porosity value (by 5.2 percentage units) and it is more reactive (by 4.9 percentage units) in comparison with the quicklime from white crystalline limestone. This difference in the reactivity is mainly attributed to the difference in the percentage of organic matter contained in the two crystalline limestones.

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Résumé Les calcaires cristallins, gris et blancs, de Agios Panteleimonas Florinas, ont à peu près la même composition minéralogique. Ils sont composés essentiellement de calcite (96%), tandis que le pourcentage de la matière organique contenue est de 0,8% dans le gris et 0,09% dans le calcaire cristallin blanc. Le chauffage de ces deux calcaires cristallins à 500°C n’apporte aucun sérieux changement concernant leur composition minéralogique. Toutefois, la vitesse des ondes P et la porosité du calcaire gris ont considérablement changé, tandis que cette tendance n’est pas notée dans le calcaire blanc. Ces changements sont attribués à la combustion de la matière organique, dont le pourcentage est plus élevé dans le calcaire cristallin gris. à 1000°C les deux calcaires cristallins sont complètement calcinés. La destruction de la calcite et de la dolomite augmente considérablement la porosité de l’asbeste produit. L’asbeste produit par le calcaire cristallin gris présente une valeur de porosité supérieure de 5,2% et il est plus réactif (de 4,9%) en comparaison avec l’asbeste produit par le calcaire cristallin blanc. Cette différence de réactivité est essentiellement attribuée à la différence du pourcentage de matière organique contenue dans les deux calcaires cristallins.

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Note Editorial The Aristote University of Thessaloniki is a RILEM Associate Member.     

Relation résistance-vitesse du son dans les bétons exprimée par une constante universelle

Résumé Les résultats de plus de 2 000 essais effectués par différents auteurs nous ont permis de montrer la constance du nombre sans dimension B u=R/v² ρ, où R est la résistance du béton et v la vitesse du son. Cette relation n'est valable que pour les bétons de résistance moyenne. On donne plusieurs tableaux montrant la dépendance de B u par rapport à la composition du béton et on établit empiriquement que B u est une fonction logarithmique du temps de durcissement. Les résultats obtenus pour B u sont classés suivant les types de bétons et de mortiers. Les valeurs de B u ont une dispersion plus faible que cells de R.

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Summary Above 2,000 tests by various authors concerning the dependence between the strength of concrete R and the sound velocity v in concretes have been used. The dimensionless criterion B u=R/v² ρ has been deduced from every test. The prepared computer programme permitted to compose in tables the dependences of that dimensionless number on 2 selected variables of concrete composition. A distinct logarithmic dependence B u on the hydration time as well as its constency at different humidity have been proved. The dependence on the quantity of aggregate, granulometrical composition and even on W/C ratio results from the disposition of strength in a non-homogenous body and should be tested with the probabilistical methods. It has been proved that number B u for the definite concrete type within ordinary limits of strength is constant. Fresh concretes have decidely an inferior B u. The values of B u for several types of ordinary and light concretes, cement paste and mortar have been collected on the base of personal researches and of literature data. The statistical dispersion of obtained values of B u is, in general, less than the dispersion of strength of specimens. It has been proved that the dimensionless B u_E=E/v² ρ for the given concrete type is constant. That results from the functional dependence between the elasticity modulus E and the sound velocity v. So the problem of R-v correlation is reduced to the dependence of R on E. This dependence, as well as R-v relation, can only be a statistical one and, moreover, complicated by the different statistical disposition of both values. It is to be seen in the model of a fragile body accepted for concrete. The strength depends on minimum local strength (microdefects) while v results from the average value E. Taking into consideration the values v in various points of body, the statical dispersion as well as the mentioned correlation will contribute to precise R-v connection expressed by means of the dimensionaless B u criterion. An analysis of errors committed in researches, when using this dimensionless criterion, has been carried out.

     

Electrochemical monitoring of corrosion of steel in microsilica cement pastes

The corrosion behaviour of steel in hardened cement pastes containing various proportions of microsilica and sodium chloride has been studied by corrosion potential and linear polarisation measurements. Replacement of increasing proportions of Portland cement with microsilica in pastes of constant total chloride content and water content caused the ratio of free chloride ion concentration to hydroxyl ion concentration in the pore water to increase. This tended to destabilise the passivity of steel during the early stages of hydration but the effect became less significant as curing progressed. It is suggested that the growth of anodic pits may be restrained in microsilica cement pastes owing to the fine pore structure of the material which limits the mobility of chloride ions near the surface of embedded steel.

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Résumé On a étudié la corrosion de l'acier doux dans quelques pates de ciment Portland mélangé dans des proportions de poids différentes à de la poudre de silice (0–30%) avec une proportion constante d'eau, équivalente à 50% des poids combinés du ciment et de la poudre de silice. Dans certains cas, l'eau du mélange contenait du chlorure de sodium en quantités qui correspondaient à 0,4 ou 1% d'ions de chlorure, exprimés en pourcentages des poids combinés du ciment et de la poudre de silice. Dans une recherche précédente on avait déterminé les concentrations dissoutes de Na⁺, K⁺, Ca²⁺, OH⁻, Cl⁻, SO ₄ ²⁻ dans les solutions interstitielles capillaires des échantillons. A la suite de ce travail on a constaté que la proportion [Cl⁻]/[OH⁻] s'accroissait en fonction de la proportion de silice présente dans les échantillons. Par conséquent on s'attendait à ce que la destruction de la couche d'oxyde passivant à la surface de l'acier devienne plus probable en fonction de la proportion de silice. Pour examiner cette hypothèse, on a évalué les tensions d'électrode de l'acier enrobé et les intensités de sa corrosion par une méthode électrochimique. Bien entendu, les résultats ont indiqué que le remplacement partiel du ciment Portland par de la poudre de silice causait l'affaiblissement de la passivation du métal pendant les quelques semaines suivant la préparation des échantillons. Cependant, pour tous les échantillons qui contenaient 0 ou 0,4% de Cl⁻, l'intensité de corrosion diminuait ensuite vers le niveau qui correspondait à la passivation de l'acier. On a évalué la signification de ces résultats.

     

Experiments on concrete under repeated uniaxial impact tensile loading

The fatigue behaviour of concrete was a new aspect in the experimental program focused on the behaviour of concrete subjected to uniaxial impact tensile loading. The results obtained in repeated impact tensile loading tests (at stress rates of 2–6 N/mm². ms) indicated that the impact fatigue was associated with progressive crack propagation resulting in accumulative damage of concrete. The upper stress limits varied between 1.7 and 0.6 times the static tensile splitting strength and specimen withstood 1 to 6,055 loading cycles respectively. The influence of water-cement ratio, cement content, specimen humidity, loading/casting direction and compressive strength upon the impact fatigue tensile strength of concrete was studied. The phenomena observed are discussed with the aid of fracture mechanics concepts.

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Résumé Un aspect nouveau dans la recherche du comportement du béton soumis en traction uniaxiale à des charges de choc est le comportement à la fatigue. Ce problème de fatigue a une grande importance pour des pieux de fondation. On a obtenu 89 résultats en faisant des essais répétitifs de choc en traction où la vitesse de mise en tension variait entre 2 et 6 N/mm². ms. Les limites des contraintes ont varié entre des valeurs égales à la résistance du choc en traction uniaxiale (1,7 f_b,r) et 0,6 fois la résistance statique à la traction par fendage. Les éprouvettes ont résisté à des variations de charge de 1 à 6 055. Les résultats montrent que la fatigue au choc allait de pair avec une augmentation progressive de la fissuration provoquée par la dégradation accumulative du béton. Il a été constaté que la résistance du béton à un effort de chocs repétés en traction augmente quand la valeur du facteur eau-ciment et la teneur en ciment augmentent. L'humidité des éprouvettes n'influence pas la résistance à la traction par chocs répétés. La résistance déterminée sur des éprouvettes chargées perpendiculairement à la direction du bétonnage était plus élevée que la résistance mesurée dans un essai où la direction de chargement et du bétonnage étaient parallèles. En général un béton de qualité inférieure a une meilleure résistance aux chocs répétés. On propose des explications des phénomènes observés par les théories de la mécanique de la rupture.

     

Lifetime of concrete dam models under constant loads

This paper presents the results of crack creep tests on three dam models (240 cm high) made with three types of concrete, with maximum aggregate size Φ equal to 3.15, 12 and 25 mm. In order to characterize the material a series of tensile tests was performed for each kind of concrete. In this way the static parameters (Young’s modulusE, ultimate tensile strength σ _u , compressive strength σ _c , fracture energyG _F ) and creep laws were obtained. The tests on the dam models were performed in many phases: in the last one, the load was kept constant in order to examine the effects of concrete relaxation in terms of Crack Opening Displacement and crack propagation. Through the Cohesive Crack model it was possible to simulate the experimental results on gravity dam models by using the creep laws obtained from tensile test. Numerical and experimental results (failure lifetime, load vs. C.M.O.D. (Crack Mouth Opening Displacement), C.M.O.D. vs. time, load vs. time, crack trajectories) were found to be in good agreement.

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Résumé Ce travail présente les résultats d’essais de fluage dans la zone endommagée sur trois modèles de barrage en béton (hauts de 240 cm) avec une dimension maximale des granulats de 3, 15, 12 et 25 mm. Le matériau a été caractérisé par des essais de traction pour chaque type de béton. Ainsi ont été déterminés les paramètres statiques (module de Young, résistance maximale à la traction, résistance à la compression, énergie de rupture) et les lois de fluage du béton. Les essais sur les modèles de barrages ont été conduits en plusieurs phases: dans la dernière, la charge a été gardée constante afin d’examiner les effets de relaxation du matériau en termes d’ouverture de la fissure et de sa propagation. à travers le modèle de la fissure cohésive, il a été possible de simuler les résultats expérimentaux des essais sur les modèles de barrage en appliquant les lois de fluage obtenus dans les essais de traction. Les résultats numériques et expérimentaux (durée de vie à la fatigue, courbes de charge-ouverture de la fissure, ouverture de la fissure temps, trajectoires des fissures) se sont révélés en bonne corrélation.