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.

---

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.

     

Seismic performance behavior of beam-column connections in prestressed concrete bridges

Test results for four prestressed concrete beam-column connections subjected to reversed cyclic loading are reported. The specimens were part of an experimental program designed to investigate the effect of design provisions/specifications and concrete strength on seismic performance behavior of such connections. The major design parameters varied in the specimens were the design code (AASHTO versus New Zealand codes) and the concrete strength (high versus normal strength concrete). From the test results, it was concluded that both the AASHTO and New Zealand codes provide sufficient capacities for earthquake-resistant design, and before spalling of the concrete cover, the stiffness degradation of the specimen with high strength concrete was less serious than that with normal strength concrete. To account accurately for the hysteretic behavior, a new set of rules for such connections to predict the hysteretic loops is proposed.

---

Résumé On présente les résultants des essais menés sur quatre connections poutres-colonnes en béton précontraint soumises à des sollicitations cycliques inversées. Ces essais faisaient partie d’un programme expérimental ayant pour but d’étudier l’effet des spécifications pour la conception et de la résistance du béton sur la performance sismique de telles connections. Les principaux paramètres de conception que l’on a fait varier furent les codes (codes AASHTO et codes de la Nouvelle Zélande) et la résistance du béton (béton de haute résistance versus béton ordinaire). Sur la base des résultats, il a été conclu que les deux codes (AASHTO et de la Nouvelle Zélande) fournissent des capacités suffisantes pour une conception résistante aux séismes, et que, avant l’éclatement de la couverture du béton, la dégradation de la rigidité de l’éprouvette en béton de haute résistance était inférieure à celle du béton de résistance normale. Afin de prendre en compte de manière précise le comportement d’hystérésis, de nouvelles règles pour de telles connections sont proposées afin de prédire les boucles d’hystérésis.

     

Measurement of internal strains in concrete

Summary An electrical resistance strain gauge was embedded in the concrete during its casting to measure the internal strains due to uniaxial compressive loading. Details are given of the method of preparation of the strain gauge, embedding the strain gauge and comparisons have been made between the strains measured inside and on the surface of the specimen. It has been found that the internal strains were more than the surface strains.

---

Résumé Afin de mesurer les déformations internes dues à un effort de compression uniaxiale, on a noyé dans le béton lors de son coulage une jague de déformation à résistance électrique. On donne des précisions sur la méthode de préparation de la jauge, sur sa mise en place et sur l’étude comparative qui a été faite entre les déformations mesurées à l’intérieur et à la surface de l’éprouvette. On a constaté que les déformations internes avaient des valeurs supérieures aux déformations superficielles.

     

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

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

---

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

     

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

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

---

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

     

A penetration test to study the mechanical response of mortar in ancient masonry buildings

A simple method for studying the mechanical response of the mortar in existing masonry buildings is presented herein. The method is based on the measurement of the penetration depth increment of a steel probe (4 mm diameter) at each hammer blow (impact energy=2.2 J). Numerous tests were carried out on different laboratory specimens in order to formulate a relationship between the compressive strength and the probe penetration rate, and a series of tests on actual masonry elements confirmed that the proposed relationship is sound.

---

Résumé On présente une méthode d’essai simple pour évaluer la resistance à la compression des mortiers des murs existants. La méthode proposée ici est basée sur la mesure de la profondeur de pénétration d’une sonde d’acier (4 mm de diamètre), à chaque coup de scléromètre (énergie d’impact=2,2 Joule). Les résultats de nombreux essais effectués sur des éprouvettes construites en laboratoire ont permis d’obtenir une relation entre la résistance à la compression du mortier et la vitesse de pénétration de la sonde. En outre, la validité de cette méthode a été confirmée par une série d’essais effectués sur des murs existants.

     

The impact-echo response of concrete plates containing delaminations: numerical,experimental and field studies

This paper describes the use of the impact-echo technique— a non-destructive testing technique based on the use of transient stress waves— for detecting delaminations in concrete plate-like structures such as bridge decks, slabs, and walls. Results obtained from numerical (finite element) analysis and controlled-flaw laboratory studies are presented and used to explain the elastic impact response of delaminated plates. Current impact-echo instrumentation is described, and results obtained from concrete bridge decks containing delaminations caused by corrosion of reinforcing steel are presented. These results provide a better understanding of the impact response of delaminated plates.

---

Resume On décrit ici l’utilisation de la technique impact-écho-méthode d’essai non destructive basée sur l’utilisation d’ondes de pression acoustique transitoires-pour détecter les clivages dans des plaques de béton, telles que tabliers de pont, poutres et murs. On présente les résultats fournis par les méthodes numériques (élément fini) et l’étude en laboratoire sur éprouvette fissurée témoin, qui sont utilisées pour expliquer la réponse élastique à l’impact des plaques détériorées. On décrit l’appareillage courant et l’on expose les résultats obtenus sur des tabliers de ponts en béton qui présentent des clivages dus à la corrosion de l’armature. Ces résultats contribuent à mieux faire comprendre la réponse à l’impact de plaques détériorées.

     

On the use of nanoindentation for cementitious materials

Recent progress in experimental and theoretical nanomechanics opens new venues in materials science for the nano-engineering of cement-based composites. In particular, as new experimental techniques such as nanoindentation provide unprecedented access to micromechanical properties of materials, it becomes possible to identify the mechanical effects of the elementary chemical components of cement-based materials at the scale where physical chemistry meets mechanics, including the properties of the four clinker phases, of portlandite, and of the C-S-H gel. In this paper, we review some recent results obtained by nanoindentation, which reveal that the C-S-H gel exists “mechanically” in two different forms, a lowdensity form and a high-density form, which have different mean stiffness and hardness values and different volume fractions. While the volume fractions of the two phases depend on mix proportions, the mean stiffness and hardness values do not change from one cement-based material to another; instead they are intrinsic properties of the C-S-H gel.

---

Résumé Les récents progrès en “nanomécanique”, aussi bien sur le plan théorique qu’expérimental, ouvrent de nouvelles perspectives en science des matériaux pour la nano-ingénierie des composites à base de ciment. Grace à de nouvelles techniques expérimentales telles que la ‘nanoindentation’, qui permet d’avoir un accès sans précédent aux propriétés micromécaniques des matériaux, il devient notamment possible d’identifier les effets mécaniques des composants chimiques élémentaires à l’échelle où la chimie rejoint la mécanique; cela inclut les propriétés des quatre phases de clinkers, de la portlandite et du gel de C-S-H. Dans le présent article, nous analysons quelques résultats récents obtenus par nanoindentation; ces résultats révèlent que le gel de C-S-H existe “mécaniquement” sous deux formes différentes, l’une à faible densité et l’autre à forte densité. La valeur moyenne du module d’élasticité, de la dureté, ainsi que la fraction volumique de ces deux formes sont différentes. Alors que la fraction volumique des deux phases dépend de la formulation du mélange, les valeurs moyennes du module d’élasticité et de la dureté sont identiques d’un composite à l’autre; il s’agit de propriétés intrinsèques du gel de C-S-H.

---

---

Editorial Note Prof. Franz-Josef Ulm is a RILEM Senior Member. He was awarded the 2002 Robert L’Hermite Medal. He is Associate Editor forConcrete Science and Engineering.     

Alternative adsorption methods for determination of the specific surface of porous solids

Methods of evaluating specific surface from gas adsorption measurements, based on alternatives to the BET equation, are described.

---

Résumé On décrit ici les méthodes d’évaluation de la surface spécifique à partir des mesures d’adsorption de gaz, fondées sur les alternatives de l’équation de Brunauer-Emmett-Teller. On les distingue en analytique et comparative, selon que les données expérimentales correspondent à une expression analytique ou qu’elles sont comparées à des données de référence, dans le but d’obtenir une estimation de la surface spécifique. On décrit aussi des méthodes d’études des solides microporeux pour lesquels la méthode BET ne convient pas.

     

Modelling of water permeability in cementitious materials

This paper presents a network model to predict the permeability of cement paste from a numerical simulation of its microstructure. Based on a linked list pore network structure, the effective hydraulic conductivity is estimated and the fluid flow is calculated according to the Hagen–Poiseuille law. The pressure gradient at all nodes is calculated with the Gauss elimination method and the absolute permeability of the pore network is calculated directly from Darcy’s law. Finally, the permeability model is validated by comparison with direct water permeability measurements. According to this model, the predicted permeability of hydrating cement pastes is extremely sensitive to the particle size distribution of the cement and especially to the minimum size of the cement particles. Both in simulations and experiments, the permeability of cement pastes is mainly determined by the critical diameter and by the connectivity of the pore structure, regardless of w/c ratio and curing age. The permeability of cement pastes could be predicted reasonably well when a minimum particle size 1 μm was chosen for the cement.

---

Résumé Cet article présente un modèle de réseau visant à prédire la perméabilité de la pate de ciment à l’aide d’une simulation numérique de sa microstructure. Sur la base d’une liste liée de la structure du réseau de pores, la conductivité hydraulique efficace est estimée et le flux de fluide est calculé selon la loi de Hagen–Poiseuille. Le gradient de pression est calculé à tous les nœuds par la méthode d’élimination de Gauss et la perméabilité absolue du réseau de pores est directement calculée à partir de la loi de Darcy. En conclusion, le modèle de perméabilité est validé par comparaison avec des mesures de perméabilité à l’eau. Selon ce modèle, la perméabilité prévue des pates d’hydratation de ciment est extrêmement sensible à la distribution des dimensions des particules du ciment et particulièrement à la taille minimale. Dans les simulations ainsi que dans les expériences, la perméabilité des pates de ciment est principalement déterminée par le diamètre critique et par la connectivité de la structure de pore, indépendante du rapport de l’eau au ciment et de la période de traitement. La perméabilité des pates de ciment pourrait être raisonnablement bien prédite lorsque l’on choisit 1 μm comme dimension de grain minimale du ciment.

     

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

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

The theoretical basis of a method to determine 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. The significance of G_F in the strength of concrete structures is discussed and it is demonstrated that G_F in some cases, for example for shear failure of beams and slabs without shear reinforcement, is a material property which may be as important as normal strength properties. For the measurements of energy absorption a three-point bend test on a notched beam has been proposed. The choice of test specimen and of evaluation method is discussed.

---

Résumé La Commission Technique 50-FMC de la RILEM, Mécanique de la rupture du béton a proposé, en vue d’une recommandation, une méthode de mesure de l’énergie de rupture G_F. Les bases de cette méthode sont exposées dans le présent rapport. La rupture du béton par traction peut être décrite par deux courbes (fig. 2). La première décrit la relation contrainte/déformation relative à l’ensemble du matériau et la seconde représente la relation contrainte/déformation dans la seule zone endommagée, durant le processus de rupture. L’aire de la surface délimitée par la seconde courbe est représentative de l’énergie de rupture appelée G_F. Au moyen de courbes approximatives simplifiées, données à la figure 3, on a analysé la résistance de certaines structures dont la rupture survient par traction (fig. 4 à 6). II a été démontré que la sensibilité de la résistance par rapport aux variations des propriétés du matériau peut être déduite de ces courbes. Pour des échantillons de béton de qualités et de dimensions usuelles, la sensibilité par rapport aux variations de G_F peut être à peu près du même ordre de grandeur que celle relative aux variations de la résistance à la traction f_t. On peut donc conclure que G_F est une propriété importante du matériau qu’il conviendrait de prendre en compte dans certains types de sollicitations de structures comme par exemple la résistance au cisaillement dans les dalles. C’est la raison pour laquelle il est nécessaire de disposer d’une méthode standard pour sa détermination. La méthode d’essai proposée par la Commission Technique RILEM 50-FMC est un essai par flexion sur une poutre entaillée où l’énergie absorbée durant l’essai est mesurée. Le choix des dimensions du spécimen et l’évaluation des résultats de l’expérience sont également discutés.

---

     

Determination of pore-size distribution from freezing-point depression

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

---

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

     

Multiaxial strain-softening of concrete

The present paper deals with an experimental investigation of the strain-softening behaviour of concrete subjected to multiaxial loading conditions. A multiaxial apparatus for testing cubical specimens was developed and built at Eindhoven University of Technology. Servocontrols in combination with stiff loading frames allowed for measuring stable post-peak response. Loading was applied to the specimens using brush bearing platens. The failure modes of uni- and triaxially loaded specimens are discussed in the first part of this paper. Important in this context were the results of uniaxial compression tests on prisms with varying height. The experiments revealed a localised fracture mode in uniaxial compression. A constant fracture energy was measured, irrespective of the specimen’s size. Furthermore, from the multiaxial tests it was found that the slope of the descending branch is dependent on the applied symmetric or non-symmetric confinement. It was concluded that strain-softening is the response of the structure formed by the specimen and the complete loading system. In Part II [15] attention will be paid to the behaviour of this “structure” subjected to multiaxial load histories.

---

Résumé On expose ici une étude expérimentale du phénomène d’adoucissement pour un béton soumis à une sollicitation pluriaxiale. Un équipement d’essai pluriaxial pour éprouvettes cubiques a été mis au point et construit à l’Université de Technologie d’Eindhoven. Un système de servo-commandes et de batis de chargement rigide a rendu possible la mesure de réponses post-crêtes stables. Les charges ont été appliquées aux éprouvettes avec utilisation de balais montés sur les plateaux. On considère dans la première partie de cet article les modes de rupture sous charge uni- et tri-axiale. En regard de cette étude, les résultats d’essais de contrainte uniaxiale sur prismes de différentes hauteurs ont pris de l’importance. On a mis en évidence un mode de rupture localisée sous compression uniaxiale. Quelle que soit la dimension de l’éprouvette, on mesure une énergie de rupture constante. En outre, les essais pluriaxiaux montrent que la pente décroissante de la courbe dépend du choix du confinement symétrique ou pas. La conclusion est que l’adoucissement est la réponse de la structure que composent l’éprouvette et l’ensemble du système de chargement.

     

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.

---

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.

     

Effect of organic surface agents on properties of hydrated cement compacts

Summary This paper reports the treatment of bottle-hydrated portland cement with organosilanes, oleic acid and octadecylamine intended to reduce the sorption of water and the corresponding dimensional changes. Compacts were made from the treated hydrated cement powder to simulate cement paste and allow measurements of sorption-dimensional change characteristics and microhardness. It was found that organochlorosilanes are not suitable for the treatment because the HCl released during the reaction produced undesirable side effects and in some cases increased the adsorption and expansion of the cement. Hexamethyldisilazane was more effective, reducing odsorption by 10 to 20%. Oleic acid was effective at concentrations as high as 25% by weight, but serious loss in mechanical property of microhardness was experienced.

---

Résumé On expose le traitement de ciment Portland hydraté par des organosilanes, l’acide oléique et l’octadecylamine, afin de réduire la sorption d’eau et les variations dimensionnelles, correspondantes. Les mesures de ces variations dimensionnelles et de la microdureté ont été faites sur des éprouvettes de poudre de ciment hydraté traité et compacté, comme modèle de la pate de ciment hydraté. Il est apparu que les organochlorosilanes ne conviennent pas à cause de l’acide chlorhydrique produit durant la réaction, qui entra?ne des effects secondaires indésirables, et même, dans certains cas, augmente l’adsorption d’eau, et l’expansion du ciment. Plus efficace, l’hexamethyldisilazane réduit l’adsorption de 10 à 20% et l’expansion de 20 à 30%. L’acide oléique agit à des concentrations en poids de l’ordre de 25%, mais on a constaté une importante diminution des propriétés mécaniques et de la microdureté.

     

Acoustic emission monitoring and numerical modeling of FRP delamination in RC beams with non-rectangular cross-section

A case study concerning both numerical modeling and in-situ monitoring of a retrofitted RC beam with non-rectangular cross-section is presented. Before retrofitting, non-destructive techniques, such as pull-out and impact tests, were used to estimate the mechanical parameters of concrete. At the same time, a long-term monitoring with the Acoustic Emission (AE) technique was carried out in order to investigate on creep effects and microcracking phenomena. Then, after a complete removal of the overload and retrofitting with FRP sheets, an in-situ loading test was performed. At that stage, the AE technique was again profitably used for the analysis of the cracking progression leading to FRP debonding. A numerical model of the structure is then proposed in the framework of the FE discretization with mechanical parameters estimated according to an inverse analysis on the monitored mechanical behavior of the structure before retrofitting. According to this model it is shown that, when the flexural inertia of the retrofitted beam is considerably higher than that of the unrepaired beam, snap-back instabilities can take place. Finally, considering the self-similarity between the acoustic emission phenomenon and seismicity, an analogy between the snap-back instability of the FRP delamination and that occurring during fault growth is proposed.

---

Résumé Une étude de cas au sujet de modeler numérique et de surveiller in-situ d’un faisceau monté en rattrapage de RC avec la section transversale non-rectangulaire est présentée. Avant l’adaptation d’un faisceau, des techniques non destructives, telles que des essais à dégagement et à choc, ont été employées pour estimer les paramètres mécaniques du béton. En même temps, une surveillance à long terme avec la technique d’émission acoustique (AE) a été effectuée afin d’étudier sur des effets de fluage et des phénomènes de microfissuration. Puis, après un déplacement complet de la surcharge et l’adaptation ultérieure avec des feuilles de FRP, un essai in-situ de chargement a été réalisé. á cette étape, la technique d’AE a été encore profitablement employée pour l’analyse de la progression de fissures menant au décollement du FRP. On propose alors un modèle numérique de la structure dans le cadre de la discrétisation FE avec des paramètres mécaniques estimés selon une analyse inverse sur le comportement mécanique surveillé de la structure avant l’adaptation ultérieure. Selon ce modèle, on le démontre que, quand l’inertie flexural␣du faisceau monté en rattrapage est considérablement plus haute que cela de la structure non réparé, les instabilités de snap-back peuvent avoir lieu. En conclusion, vu l’auto similarité entre le phénomène d’émission et la séismicité acoustiques, on propose une analogie entre l’instabilité de snap-back du décollement de FRP et cela qui se produit pendant la croissance de défaut.

     

Measuring the membrane potential across cement-based materials

Cement-based materials tend to self-establish an electric field when exposed to an ionic concentration gradient. This is of importance in several areas of cement technology, particularly where the prediction of ion transport is required, such as in service life prediction of concrete structures and cement-based solidification of hazardous waste. Measurement of the membrane potential across a specimen is the most direct method of quantifying the field. The outcome of research directed at developing a sound method of measuring membrane potentials is reported. Theory important to measure and interpret membrane potentials is presented. The main variables involved in measuring membrane potential are then considered, including specimen configuration, electrolytes and reference electrodes. The greatest obstacle to accurate membrane potential determination is the presence of junction potentials in the test set up. Methods of minimizing and estimating junction potentials are presented. An example is presented involving measuring the potential across 10-mm-thick OPC mortar specimens housed between 0.5 M NaCl and simulated pore solutions, using calomel electrodes and KNO₃ salt bridges. The total junction potential involved was calculated to be around 2.2 mV. The corrected membrane potential started at around −23 mV on first exposure, increasing to a value of around +30 mV by 38 days.

---

Résumé Les matériaux à base de ciment exposés à un gradient de concentration ionique tendent à auto-établir un champ électrique. Ceci a une grande importance dans plusieurs domaines de la technologie du ciment, en particulier quand la prédiction du transport d’ions est requise, comme pour la prédiction de la durée de vie des structures en béton ou la solidification à base de ciment des déchets toxiques. La mesure du potentiel de membrane sur une éprouvette est la méthode la plus directe de quantifier le champ. Les résultats de recherches destinées à développer une méthode de mesure des potentiels de membrane sont ici publiés. La théorie relative à la mesure et à l’interprétation des potentiels de membrane est présentée dans cet article. Les principales variables intervenant dans la mesure des potentiels de membrane, dont la configuration de l’éprouvette, les électrolytes et les électrodes de référence, sont alors prises en considération. L’obstacle le plus important à une détermination précise des potentiels de membrane est la présence de potentiels de jonction dans le dispositif expérimental. Les méthodes utilisées pour minimiser et estimer les potentiels de jonction sont décrites. Un exemple est présenté, mettant en jeu la mesure du potentiel à travers des éprouvettes de mortier de ciment Portland ordinaire de 10 mm d’épaisseur, disposées entre une solution de NaCl à 0,5 M et une solution intersticielle artificielle, en utilisant des électrodes au calomel et des ponts salins au KNO₃. Le potentiel de jonction total a été calculé autour de 2,2 mV. Le potentiel de membrane corrigé est parti d’environ −23 mV à la première exposition, augmentant jusqu’à une valeur d’environ +30 mV au 38^e jour.

---

---

Editorial Note Prof. Nick R. Buenfeld is a RILEM Senior Member, He participates in RILEM 178-TMC (Testing and modelling chloride penetration in concrete).     

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.

---

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).

     

Ultrasonic and laser measurements in structural contact problems

This paper deals with two experimental techniques recently set up by the authors which enable the study of contact problems between elastic bodies. The more widely used experimental techniques for determining the response of elastic bodies in unilateral contact include moiré fringes, holography and photoelasticity. The experimental techniques proposed here utilize either the ultrasonic pulse transit time method or the laser beam intensity method. Both techniques are applied to measure the relative displacements and the contact area of beam and plate models in unilateral contact with an elastic half-space model. The experimental results, compared with those obtained by numerical analysis, show the efficiency and validity of the measurement techniques proposed.

---

Resume Cet article traite de deux techniques expérimentales récemment mises au point par les auteurs, qui permettent d’étudier les problèmes de contact entre corps élastiques. Les techniques expérimentales les plus largement utilisées pour déterminer la réponse des corps élastiques dans le contact unilatéral sont la méthode du moiré, l’holographie et la photoélasticité. On propose ici deux méthodes expérimentales: l’une par la mesure du temps de réflexion ultrasonique, l’autre par la mesure de l’intensité d’un rayon laser. On applique les deux techniques à la mesure des déplacements relatifs et de la surface de contact entre des modèles de poutre et de plaque en contact unilatéral avec un modèle de semi-espace élastique. Les résultats experimentaux, quand on les compare avec ceux obtenus par analyse numérique, montrent l’efficacité et la validité des techniques de mesure proposées.

---