Methods for determining the strength of concrete

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

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

     

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

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

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

     

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.

     

Evaluation of the Windsor probe test for estimating compressive strength of concrete

This paper describes an investigation to evaluate the Windsor probe test for estimating compressive strength of concrete. Briefly, the probe test is performed by firing a 3.125 inch (82.6 mm) alloy-steel probe into the hardened concrete. The exposed probe length is recorded and is related to the compressive strength of concrete. The effect of the aggregate hardness is taken care of by using different calibration charts for minerals having different Mohs hardnesses. The results of a study to evaluate the compressive strength of 24×24×8-in. (61×61×20-cm) deep concrete slabs are given. The applications and limitations of the new test are discussed.

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Résumé Cet article tient compte d'une étude de l'essai à la sonde “Windsor” et de son aptitude à évaluer la résistance en compression du béton. En bref, on procède à l'essai en enfoncant une sonde en alliage d'acier de 82,6 mm dans le béton durci à l'aide d'un fusil spécialement concu à cet effet. Une relation est établie entre la longuer de sonde dehors et la résistance à la compression du béton. On tient compte de l'effet de la dureté du granulat à l'aide de différentes courbes d'étalonnage pour des minéraux qui présentent différents duretés Mohs. On fournit les résultats d'une évaluation de la résistance en compression de dalles de béton épaisses (61×61×20 cm). On examine les applications et les limites du nouvel essai. La dureté des gros granulats affecte la pénétrantion de la sonde dans le béton pour des cylindres ayant la même résistance à la compression à 28 jours, la longueur dehors de la sonde est de 4 cm dans le cas de béton de calcaire et de 4,2 cm avec du béton de gravier. Les essais indiquent qu'une augmentation de 0,25 cm correspond à un accroissement d'environ 35 kg/cm² de la résistance en compression à 28 jours du béton de calcaire. La valeur correspondante pour le béton de gravier est de 42 kg/cm². Le coefficient de variation moyen par gachée pour la longueur dehors de la sonde est de 4,4% pour le béton de gravier et de 2,1% pour le béton de calcaire, ce qui indique sans doute que le béton confectionné avec des granulats plus tendres peut donner des résultats plus reproductibles qu'un béton fait avec des granulats plus durs. Les corrélations sont bonnes entre la longueur dehors de la sonde et la résistance en compression à 28 jours du béton, si l'on se fie aux mesures faites sur des dalles, des cylindres et des carottes. Pour le béton de gravier les coefficients de corrélation varient de 0,885 à 0,878; pour le béton de calcaire, la variation est de 0,927 à 0,969. L'écart-type de la résistance en compression estimée à 28 jours du béton de gravier, déterminée d'après la longuer dehors de la sonde est de 21 kg/cm² alors qu'il est de 34 kg/cm² pour une détermination d'après les carottes prélevées. Pour du béton de calcaire, les valeurs correspondantes de l'écart-type sont de 31 kg/cm² et de 27 kg/cm². En opérant sur le même béton, la longueur dehors des sondes augmente avec l'age du béton, ce qui montre bien que les mesures à la sonde sont utiles pour déterminer la résistance relative du béton.

     

Caractérisation de la surface du béton considérée dans le cas d’une liaison béton/résine synthétique

Résumé L’utilisation de revêtements de matière plastique sur le béton occasionne des contraintes à l’interface dues aux propriétés différentes des matériaux. La durabilité d’un revêtement dépend dans une large mesure de la résistance superficielle du béton. Diverses méthodes d’essai pour déterminer cette résistance superficielle ont été évaluées. On a mis au point un appareillage grace auquel la résistance superficielle et l’adhérence peuvent être étudiées. Dans les conditions de laboratoire, l’appareil fournit des résultats reproductibles et on l’a utilisé également pour l’étude de cas de déterioration.

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Summary When plastics coatings are used, stresses occur on the interface between plastics coating and concrete, which are due to the different properties of these materials. The durability of a coating depends largely on the surface strength of the concrete. For determining the surface strength of concrete various testing methods were evaluated. A testing apparatus was developed by which both the surface strength and the bond may be investigated. Under laboratory conditions the apparatus delivers reproducible results and in practice it was used for the investigation into cases of damage.

     

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.     

Systematic differences of concrete strength in precast products

Concrete strength in various portions of a structure may show an essentially systematic difference. The main reasons for such non-uniformity in precast products which are moulded on a table vibrator are (i) a systematic change of concrete cement paste strength along the product thickness, and (ii) different effects of heat treatment on concrete in various portions of the product. Theoretical and experimental studies of systematic differences in concrete strength in precast products have been carried out. A quantitative evaluation of the effects of each of the above factors on the degree of strength difference has been also conducted. The results obtained are compared with the differences determined directly from concrete strength tests on structures and specimens. The results may be used for assessing the effect of heat treatment on the concrete surface layers, and for predicting systematic differences, of concrete strength in the thickness direction of precast products which are compacted on vibrating tables.

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Resume On peut observer des écarts systématiques importants de la résistance du béton dans les diffŕrentes parties d'une structure. Les raisons principales de ce défaut d'uniformité dans les préfabriqués moulés sur table vibrante sont les suivantes: (i) modification systématique de la résistance de la pate de ciment suivant l'épaisseur du produit, et (ii) effets inégaus du traitement thermique sur le béton dans les différentes parties d'une pièce. On a entrepris des études théoriques et expérimentales des écarts systématiques de la résistance du béton dans les produits préfabriqués. On s'est également livré à une évaluation quantitative des effets, de chacun des facteurs indiqués sur la valeur de l'écart systématique de la résistance. On a comparé les résultats obtenus avec la valeur des écarts déterminés directement à partir d'essais de la résistance du béton sur des structures et des échantillons. On peut se servir des résultats obtenus pour évaluer l'effet du traitement thermique sur les couches superficielles de béton et prévoir les écarts de la résistance du béton dans l'epaisseur des produits préfabriqués sur table vibrante.

     

Stability of sulphur concrete beams with steel reinforcement

Tests are reported on the structural behaviour of unmodified and modified sulphur concrete beams with steel reinforcement and subjected to air and water curing. The sulphur concrete contained fly ash as a filler and both dicyclopentadiene and dipentene were used as modifiers. The tests were conducted at three months and one year. Unmodified concrete beams showed enhanced strength, stiffness and ductility with ageing when cured in a dry environment. Modified concrete beams showed improved behaviour compared to unmodified beams, but even when dry, they showed strength loss with ageing and their long term stability is open to question. Ageing in a wet environment has a destructive effect on the structural behaviour of all sulphur concrete beams. Loss of strength and softening of sulphur concrete lead to shear failures, and severe corrosion and cracking occur. Stability of sulphur concrete beams can be guaranteed only when they are unmodified and kept dry. In a wet regime sulphur concrete cannot have stability and durability.

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Résumé On rend compte d’essais du comportement structural de poutres de béton de soufre avec armatures d’acier, les unes traitées les autres non, conservées dans l’air et dans l’eau. Des cendres volantes ont été utilisées comme charge et les dicyclopentadiène et dipentène comme agents modificateurs. Les essais ont été conduits sur 3 mois et 1 an. On a constaté une amélioration des propriétés de résistance, de rigidité et de ductilité pour des poutres de béton non traitées dans le vieillissement en atmosphère sèche. Le comportement des poutres de béton traitées a été supérieur à celui des poutres non traitées, mais, même en milieu sec, elles ont accusé une perte de résistance avec le vieillissement et on peut s’interroger sur leur stabilité à long terme. Le vieillissement en milieu humide a un effet destructif sur le comportement structural de toutes les poutres de béton de soufre. La perte de résistance et l’adoucissement du béton soufré conduisent à la rupture par cisaillement; d’autre part une corrosion et une fissuration importantes se produisent. On ne peut garantir la stabilité des poutres de béton de soufre que lorsqu’elles sont non traitées et conservées à sec. En régime humide, le béton de soufre ne peut être ni stable ni durable.

     

Essais d’adhérence des époxydes au béton hydraulique (Tests on bonding between epoxies and hydraulic concrete)

Summary The importance of techniques of repair and glued assembly of concrete structures is becoming increasingly obvious. The need to repair these structures arises from their age or construction defects. Polymers are now being used in glued assembly and repairs because of their adhesion quality which ensures bonding of hardened concrete-hardened concrete, hardened concrete-fresh concrete and hardened concrete-metallic materials. This article presents two tests, one under direct tension and the other based on the priciples of fracture mechanics. The latter offers the possibility of a more rigorous evaluation of the bond than direct tension tests. The author has determined the tensile strength and the energy recovery rate for the bond between hardened concrete and epoxy.

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Résumé La réparation et les collages de structures en béton sont des travaux dont l’utilité se fait de plus en plus sentir. La nécessité de réparer ces structures provient de leur ancienneté ou de défauts de construction. Les polymères sont toujours davantage utilisés dans les travaux de réparation et de collage en raison de leur capacité d’adhérence qui rend possible la liaison béton durci-béton durci, béton durci-béton frais et béton durci-matériaux métalliques par collage. Nous présentons deux essais, l’un de traction direct et l’autre basé sur les principes de la mécanique de la rupture. Ce dernier nous a permis d’évaluer l’adhérence de fa?on plus rigoureuse que les essais de traction directe. Nous avons déterminé la résistance à la traction et les taux de restitution d’énergie pour l’adhérence entre béton durci et époxyde.

     

Bleeding: Evaluation of its effects on concrete behaviour

In many existing structures strength variations of about 20–30% between upper and lower levels have been registered. These differences are attributed to bleeding and segregation of concrete. In the present work standard specimens and structural elements (2.00 m high) were molded with concretes of different bleeding capacity and velocity. The influence of bleeding on hardened concrete characteristics was studied: visual appreciation of localized defects, determination of absorption, specific gravity, compressive and tensile strength, and strain measurements. With a high bleeding velocity the formation of vertically-oriented channels was observed. With a high bleeding capacity water accumulated under coarse aggregates causing on drying approximately horizontally-oriented fissures. These localized defects are responsible for concrete anisotropic behaviour. The presence of defects was not detected in standard specimens owing to their small volume and height. According to the measured bleeding parameters a decrease of strength of up to 30% in the upper levels and a difference of about 25% according to the loading direction were registered. From the evaluations realized it comes out that when the bleeding of concrete is high the results of tests made on molded specimens are not representative of the real state of the structure.

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Résumé Plusieurs structures existantes présentent des variations de résistance pouvant atteindre 20 à 30% selon la hauteur considérée. Ces différences sont attribuées au ressuage et à la ségrégation du béton. Dans ce travail on a préparé des éprouvettes normalisées ainsi que des éléments de structure (hauteur 2 mètres) avec des bétons dont la vitesse et la capacité de ressuage étaient différentes. On a étudié l’influence du ressuage sur le béton durci: appréciation visuelle des défauts localisés, détermination de l’absorption, masse volumique apparente, résistance à la compression et à la traction ainsi que déformabilité. Avec une vitesse de ressuage élevée on a observé la formation de canaux orientés verticalement. Lorsque la capacité de ressuage est élevée, on constate une accumulation d’eau sous les granulats grossiers, qui lors du séchage, provoquent des fissures à peu près horizontales. Ces défauts localisés sont les causes de l’anisotropie du béton. Ces défauts, par contre, n’ont pas été décelés dans les éprouvettes normalisées à cause de leur petite taille (hauteur et volume). On a observé une baisse de résistance pouvant atteindre plus de 30% à la partie supérieure et une variation de cette résistance, en fonction de la direction de la charge, de l’ordre de 25%. De ce qui a été réalisé, on déduit que lorsque le béton a un ressuage important, les résultats des essais faits sur de petites éprouvettes ne représentent pas l’état réel d’une structure.

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This research was realized in the Laboratories of LEMIT-CIC (Commission of Scientific Research) and Engineering Faculty of the National University of La Plata (UNLP), Argentina     

Behaviour of concrete affected by sea-water under high pressure

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

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

     

Role of casting position on bond strength of reinforcement in eccentric pullout silica fume concrete specimens

This paper reports on a study designed to investigate the effect of silica fume, bar size, and concrete confinement on the bond-slip characteristics of bottom cast reinforcing bars anchored in eccentric pullout silica fume specimens. The main objective was to assess the effect of casting position by comparing the test results with those of top cast specimens tested earlier and identical except for the casting position. Forty-eight eccentric pullout specimens were tested. The variables were the percentage replacement by mass of cement by silica, the concrete cover over the reinforcing bar, and bar size. Failure of the specimens was governed by splitting of the concrete cover over the anchored bar. The test results indicated that as the percentage silica fume increased, the maximum load capacity and the stiffness of the load-slip curve of the bottom cast bar decreased regardless of bar size or the concrete cover used. The reduction in the ultimate load due to presence of silica fume was independent of casting position. Companion bottom and top cast anchored bars developed similar ultimate load capacity regardless of the percentage replacement silica fume.

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Résumé Ce rapport se base sur une étude relative à l’effet de la fumée de silice, du diamètre des armatures et du confinement du béton sur les caractéristiques de glissement des armatures moulées d’en bas, dans le cas d’échantillons en béton avec pour adjuvant de la fumée de silice. L’objectif principal était de déterminer l’effet de la position de moulage en comparant les résultats d’essais à ceux d’échantillons testés auparavant et identiques sauf pour la position de moulage. Quanrante-huit échantillons ont été testés par le biais d’une extraction excentrée, les variables étant le pourcentage de substitution du ciment par des fumées de silice (en poids), la couverture de béton et la diminution des armatures. Le mode de rupture des échantillons est dominé par l’éclatement de la couche de béton recouvrant les armatures. Les résultats obtenus ont montré que plus le pourcentage de la fumée de silice augmente, plus la capacité maximale de charge ainsi que la courbe glissement-charge des armatures moulées d’en bas diminuent, quel que soit le diamètre des armatures ou l’enrobage de béton. La réduction de la capacité maximale de charge due à la présence de fumée de silice est indépendante de la position du moulage. En effet, des armatures, semblables moulées d’en haut et d’en bas ont développé des capacités maximales de charge similaires quel que soit le pourcentage de substitution en fumée de silice.

     

The effect of shale in quartzite aggregate on the creep and shrinkage of concrete—A comparison with RILEM model B3

This paper presents the results of an investigation into the effects of increasing shale content in nominally “quartzite” aggregates on the creep and shrinkage behaviour of concretes made with such aggregate. The investigation was prompted by concern because of the increasing presence of the weaker and poorly shaped shale particles appearing in the quartzite aggregates being used in the Gauteng region of South Africa. In this investigation, two strength grades of concrete were prepared using varying proportions of shale in the stone and sand fractions of the quartzite aggregates. A secondary outcome of this investigation was the opportunity to assess the effect of aggregate type on the prediction of concrete creep and shrinkage using Model B3. The results indicate that increasing shale content in concrete has a significant effect in increasing both creep and shrinkage strains. Shrinkage increases almost linearly with increasing shale content of the total aggregate. On the other hand, shale in the sand fraction appears to have a larger effect in increasing creep than shale in the stone fraction. An assessment of the need for an aggregate-based adjustment to Model B3 is also presented.

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Résumé Cet article présente les résultats d’une recherche relative aux effects que peut avoir l’augmentation de la teneur en schiste dans des granulats nominalement “quartzites” sur le comportement des bétons faits avec de tels granulats. La présente recherche est née du souci de comprendre la teneur croissante des particules de schiste plus faibles et mal formées apparaissant dans les granulats quartzites utilisés dans la région de Gauteng en Afrique du sud. Au cours de cette recherche, deux gammes de résistance de béton ont été préparées en utilisant des proportions variables de schiste dans les fractions de pierre et de sable des granulats quartzites. La recherche a aussi été l’occasion d’évaluer les effets du type granulat sur la prévision du fluage et du retrait du béton en utilisant le modèle B3. Les résultats indiquent qu’une augmentation de la teneur de schiste dans du béton a un effet significatif sur l’augmentation des contraintes du fluage et du retrait. Le retrait augmente presque linéairement avec l’augmentation de la teneur en schiste du granulat total. D’autre part, le schiste dans la fraction de sable semble avoir un plus grand effet sur l’augmentation du fluage que le schiste dans la fraction en pierre. Une évaluation du besoin d’un réglage basé sur le granulat par rapport au modèle B3 est également présentée.

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Editorial Note Dr. Yunus Ballim is a RILEM Senior Member.     

Numerical simulation of potential distribution due to the corrosion of reinforcement in concrete structures

Corrosion of the reinforcement is one of the causes of reducing service-life of concrete structures. The methodologies used for making a decision on the repair or the replacement of damaged elements require in situ measurements for locating corroding areas. This paper is focussed on the results of the application of half-cell potential mapping for locating corroding areas on reinforced concrete pipeline and on six concrete columns. For reinforced concrete pipelines the validity of the half-cell potential measurements was confirmed by using finite-element calculations based on the distribution of the electrical field in soil. For the reinforced concrete columns, it was observed that the value of the half-cell potential can be inaccurate for locating corroding zones, when steel-concrete interface is cracked or when concrete cover is delaminated due to the expansion of corrosion products. This means that highly corroding areas are not always detected by this method. The occurrence of cracking and delamination in reinforced concrete structures was also studied by using a finite-element approach. It is shown that the absolute values of potential of steel in concrete depend on the delamination of concrete cover. So, the value of half cell potential should not be used as an indicator of corrosion. On the contrary, the potential gradient is a good indicator for locating corroding reinforcement in crack-free concrete surface. Some additional finite-element calculations were carried out to study the influence of concrete conductivity, cover thickness and delamination size on the size of concrete surface influenced by corrosion. So, this size increases with concrete cover thickness.

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Résumé La corrosion des armatures est une des causes principales de la réduction de la marge de sécurité des structures en béton armé. La réparation (ou la destruction) des structures corrodées nécessite au préalable l’inspection de l’ouvrage, la localisation des zones corrodées et, si possible, l’estimation de l’importance de la corrosion. Les mesures du potentiel électrochimique ont été utilisées dans cette étude comme moyen de localiser les zones corrodées dans une canalisation enterrée et pour six poteaux en béton armé. Dans le cas de la canalisation enterrée, l’efficacité des mesures en surface du potentiel d’électrode est confirmée, grace à une approche numérique simplifiée. En ce qui concerne les six poteaux en béton armé, le potentiel électrochimique mesuré à la surface du béton peut être entaché d’erreurs dans le cas d’une fissuration du béton ou de l’apparition d’épaufrures suite à l’expansion volumique des oxydes formés à l’interface acier-béton. En conséquence, des zones fortement corrodées ne sont pas toujours détectées par cette méthode. L’influence de la présence de fissures et d’épaufrures dans les structures en béton armé sur la répartition du potentiel a été étudiée par l’utilisation de la méthode aux éléments finis. Ces calculs confirment que la valeur absolue du potentiel électrique dépend de la fissuration à l’interface acier-béton. Des calculs supplémentaires ont été faits pour étudier l’influence de la conductivité du béton, des dimensions de la fissure à l’interface acier-béton, de la présence d’oxydes à l’interface acier-béton et de l’épaisseur de l’enrobage sur les dimensions de la zone affectée par la corrosion. Les simulations numériques mettent en évidence que la taile de cette zone augmente proportionnellement avec l’élargissement de la partie corrodée de l’armature.

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Editorial note Prof. André Raharinaivo works at LCPC (France), a RILEM Titular Member. He participates in RILEM TC 178-TMC ‘Testing and modelling chloride penetration in concrete’. Mr. Ilie Petre-Lazar is a RILEM Senior Member.     

Development of stresses in concrete structures with alkali-silica reactions

The present paper, deals with the development in time of stresses and strains in concrete structures suffering from alkali-silica reaction (ASR). The properties of the concrete are combined with the dimensions of the structure in which the concrete is placed. A geometrical model that permits the determination of stresses and strains is established for concrete. This model is combined with a computer program which is able to calculate the moisture flow into a given structure, and this moisture flow is connected with the development of ASR. The resulting calculation takes into account the dimensions of the structure, the concrete quality, the content of reactive silica and the climate around the structure, as it predicts the strains and stresses developed in concrete structures suffering from ASR. It is shown that, cracks are developed locally around the reacting particles, and it is proposed that most of the cracks that become visible on the surface of a structure originate from the period of construction.

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Resume Cet article traite de la croissance des contraintes et des déformations dansle béton de structure où se développent des réactions silico-alcalines (ASR). Les propriétés du béton sont associées aux dimensions de la construction dans laquelle la béton est mis en place. On a établi un modèle géométrique du béton permettant de déterminer les contraintes et les déformations, combiné avec un programme informatique qui, pour une construction donnée, peut calculer la migration d’eau qui est liée au développement de réactions silico-alcalines. L’ensemble des calculs pour la prédiction, des contraintes et déformations dans les constructions en béton où se développent, ces réactions prend en compte la dimension de la structure, la qualité du béton, la teneur en silice réactive et les conditions ambiantes. On montre que des fissures se produisent localement autour des particules réactives, et on présume que la plupart de celles qui aparaissent à la surface d’une structure remontent à l’époque de la construction.

     

Improved prediction model for time-dependent deformations of concrete: Part 1-Shrinkage

This paper is the first in a series of papers that present a new prediction model for creep and shrinkage of concrete, called for brevity the BP−KX model. This model represents an update and improvement of the BP model published in this journal in 1978–79. The improvement is possible because further experimental data became available in the literature and at the same time knowledge of physical concepts and mechanisms has improved. This first paper presents a prediction model for the mean (overall) shrinkage strain in cross-sections of long members, which takes into account the influence of environmental humidity, the effective thickness of the member, the effect of cross-section shape, the effect of age at the start of drying, and the effect of temperature. The proposed basic form of the shrinkage formulae is fustified by nonlinear diffusion theory for the movement of moisture through concrete. Extensive comparisons with important test data from the literature, altogether 23 data sets, reveal that the predictions are better than with the previous models. Statistics of prediction are also given. The main error of prediction arises from the estimation of the shrinkage parameters from concrete strength and composition. If limited short-time shrinkage data are available, the predictions can be greatly improved.

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Resume Ce rapport est le premier d’une série présentant un nouveau modèle de prédiction du fluage et du retrait du béton dénommé, pour abréger, modèle BKP. Ce modèle représente une mise à jour et une amélioration du modèle BP décrit dans ce journal en 1978/79. Des données expérimentales ultérieures disponibles dans la littérature, en même temps qu’une meilleure connaissance des concepts et mécanismes physiques, ont permis ce progrès. Ce premier rapport présente un modèle de prédiction pour une contrainte de retrait moyenne dans les sections transversales de longs éléments, qui prend en compte l’influence de l’humidité ambiante, l’épaisseur effective de l’élément, l’influence de la forme de la section, de l’age au début du séchage et de la température. On justifie l’expression de base des formules de retrait par la théorie de la diffusion non linéaire pour la circulation de l’humidité dans le béton. De vastes comparaisons avec d’importantes données d’essai prises dans la littérature-en tout 23 séries d’essai-ont montré que les prédictions étaient meilleures qu’avec les modèles précédents. On donne aussi des statistiques de prédiction. L’erreur de prédiction principale provient de l’évaluation des paramètres de retrait à partir de la composition et de la résistance du béton. Si l’on dispose de données de retrait limité, les prédictions peuvent être considérablement améliorées.

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Deceased 1989.     

Resistance of different types of concrete mixtures to sulfuric acid

The resistance of seven different concrete mixtures against a 0.5% sulfuric acid solution was examined. The difference between high sulfate resistant Portland cement and blast furnace cement, as well as the influence of polymer modifications of the concrete and the addition of silica fume were issues of the investigation. All concrete mixtures were submitted to an alternating immersion and drying during 18 weeks in a 0.5% sulfuric acid solution using a testing apparatus for accelerated degradation tests. The corrosion of the concrete was quantified by measuring the change in dimensions of the test specimens with laser sensors. The mixture with addition of silica fume was most vulnerable to corrosion. Depending on the polymer type used, polymer modification of the concrete resulted in an increase and a decrease in the resistance of the concrete respectively. The concrete made with blast furnace cement had the highest resistance of all tested concrete types.

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Résumé La résistance de sept bétons différents à l’action corrosive d’une solution contenant 0,5% d’acide sulfurique a constitué le sujet de cette recherche. La différence entre un ciment Portland à haute résistance aux sulfates et un ciment de haut fourneau, ainsi que l’influence de la modification de polymères et de l’ajovt de fumée de silice ont été examinées. Tous les bétons ont été soumis, en alternance pendant 18 semaines, à une immersion dans la solution sulfurique et à un séchage, au moyen de l’appareil d’essais de corrosion accélérée. L’action de la corrosion a été mesurée avec des lasers mettant en évidence les changements de dimension des éprouvettes. Le béton contenant de la fumée de silice a présenté la moins bonne résistance par rapport aux autres bétons. La résistance du béton augmente ou diminue suivant le type de polymère utilisé. Parmi tous les bétons, c’est le béton fait de ciment de haut fourneau qui a offert la meilleure résistance.

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Editorial Note Prof. Dr. Ir. Luc Taerwe is a RILEM Senior Member.     

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.

     

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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Sur les interactions macroscopiques entre armatures et béton de structure et leur influence sur la résistance à la fissuration d’éléments armés

Résumé Les mécanismes de fissuration des éléments de structures en béton armé font intervenir tous les aspects du couplage des armatures au béton de structure. Ces phénomènes de couplage peuvent conduire à des effects parfois défavorables, comme c’est en particulier le cas pour les dalles dont la résistance à la fissuration s’affaiblit lorsque le pourcentage d’armature augmente. Les auteurs ont examiné tour à tour les différents aspects macroscopiques du couplage entre le armatures et le béton de structure de plaques à pourcentage d’armature variable sollicitées sous pression. Les résultats qu’ils ont obtenus permettent de conclure que les micromécanismes de dégradation, par microfissuration locale initiés dans les zones de faiblesse localisées aux interfaces pate-granulat notamment, jouent un r?le essentiel dans la résistance à la fissuration de l’élément de structure.

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Summary The mechanisms of cracking in structural concrete involve all the aspects of the interaction between reinforcement and structural concrete. These coupling phenomena can lead to effects which are sometimes unfavorable as is particularly the case for slabs where the cracking resistance decreases when the percentage of reinforcement is increased. The authors have examined the different macroscopic aspects of the reinforcement/structural concrete coupling in plates of variable steel percentage loaded under pressure. The results obtained lead to the conclusion that the micromechanisms of degradation by local microcracking initiated in the zones of localized weaknesses at the paste-aggregate interfaces play an essential role in the cracking resistance of structural concrete.