La technologie des bétons à très haute résistance en Amérique du Nord

C'est vers le début des années 1960 que certains producteurs de béton prêt à l'emploi de la région de Chicago commencent à développer des bétons commerciaux à très haute résistance. La résistance en compression de ce nouveau type de béton augmente petit à petit au fil des ans, si bien qu'il est possible à l'heure actuelle de commander à Chicago un béton prêt à l'emploi dont la résistance en compression garantie à 91 d est de 100 MPa. L'intérêt technologique et économique de tels bétons ne fait plus aucun doute aux yeux des concepteurs américains et le mouvement amorcé dans la région de Chicago se répand rapidement à travers les Etats-Unis et le Canada. Pourquoi et comment fabriquer des bétons à très haute résistance? S'il est assez facile de trouver des réponses à la première question, il faut bien avouer que les recherches effectuées jusqu'à présent dans le domaine de la fabrication des bétons à très haute résistance l'ont été de façon très empirique, si bien qu'il n'existe pas encore de recette miracle pouvant garantir à n'importe quel producteur de béton la possibilité de liverer un béton de chantier de 100 MPa. Il existe cependant un certain nombre de lignes directrices qu'il y a lieu de suivre et un certain nombre d'erreurs qu'il est préférable d'éviter. Quelles sont les propriétés mécaniques des bétons à très haute résistance? Quelles sont les recherches qu'il y aurait lieu de développer pour mieux connaître ce nouveau matériau? A quel niveau s'arrêtera cette ascension de la résistance en compression du béton prêt à l'emploi? Voilà un certain nombre de questions qui seront abordées dans le cadre de cette présentation sur les bétons à très haute résistance.     

Residual compressive strength and microstructure of high performance concrete after exposure to high temperature

Experimental programs were carried out to study compressive strength and microstructure of high performance concrete (HPC) subjected to high temperature compared with normal strength concrete (NSC). After the concrete specimens were exposed to a peak temperature of 800°C, the compressive strength was tested. Changes of porosity and pore size distribution of the concrete were measured by using mercury intrusion porosimetry (MIP). Test results show that high performance concrete had higher residual strength although the strength of high performance concrete degenerated much more than the normal strength concrete after high temperature exposed. Variations in pore structure of high performance concrete after high temperature indicated the degradation of the mechanical properties. A model by optimizing the parameters in Ryshkewitch model was developed to predict the relationship between porosity and compressive strength of the high performance concrete.

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Résumé Une série de programmes expérimentaux a été réalisée afin d'étudier la résistance à la compression et la microstructure des bétons à haute performance (BHP) soumis à de fortes températures par comparaison aux bétons ordinaires. Les bétons ont été soumis à une température extrême de 800°C, puis la résistance à la compression a été testée. Les changements de porosité et la répartition de la taille des pores dans le béton ont été mesurés par la technique de porosimétrie au mercure. Les résultats des essais ont montré que les bétons à haute performance présentaient des niveaux de résistance résiduelle mais que la résistance des bétons à haute performance se dégradait beaucoup plus que celle des bétons ordinaires après exposition à haute température. Des variations dans la structure des cavités des bétons à haute performance après exposition à de hautes températures ont indiqué la dégradation des propriétés mécaniques. L'étude a donné lieu au développement d'un modèle par optimisation des paramètres du modèle Ryshkewitch afin de prévoir les relations entre la porosité et la résistance à la compression du béton à haute performance.

     

Evaluating the reaction of actual compositions of concrete with respect to alkali-aggregate reactions preliminary testing at 110°C and 150°C

Different curing methods at 110°C and 150°C were tested on concrete prisms of various compositions in order to develop a rapid expansion test to evaluate the risl of AAR in actual concrete compositions. While no significant expansion occurred at 110°C (in water or water vapour), we obtained expansion values in the range 0–0.35% for concrete prisms cured at 150°C in water or in alkaline solution during 3–5 weeks. For both curing methods at 150°C, the highest expansion values are obtained for potentially reactive aggregates and high alkali levels in the concrete, whereas the lowest expansions correspond to the concrete mixes containing only non-reactive aggregates or having a total alkali content of less than 2.5 kg m⁻³. However, alkaline treatment accounts better for the effectiveness of mineral admixtures and, in general, for the reactivity of the concrete compositions, than curing in water. From the correlations obtained with data at 38°C or 60°C and 100% RH after 12 and 4 months, respectively, alkaline curing for 3 weeks at 150°C shows a reasonable potential for predicting accurately the influence of the total alkali content, nature of the aggregates, water/cement ratio and effectiveness of mineral admixtures on concrete expansion.

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Resume La réactivité potentielle des granulats vis à vis des alcalins du béton a fait l'objet de travaux nombreux portant sur des méthodes cccélérées de dépistage des granulats. Cependant, les essais visant à évaleur le risque associé à une composition réelle de béton sont appelés également à connaitre un développement rapide. Des travaux précurseurs ont été menés au Canada, au Royaume Uni, au Japon et en France. Nos travaux ont porté sur des méthodes d'expansion sur prismes de béton 7×7×28 cm de compositions variées. 12 ciments Portland, 19 sables, 20 graviers, ainsi que 11 ajouts pouzzolaniques et divers adjuvants ont été utilisés pour ces combinaisons. Les éprouvettes ont été soumises à des traitements tels que bain de vapeur à 110°C ou 150°C, immersion dans l'eau à 110°C ou 150°C, ou immersion en solution alcaline à 150°C, et cela pendant des durées allant jusqu'à 8 semaines. Parallèlement, des mesures d'expansion après conservation de prismes dans des conditions conventionnelles (38°C et 60°C en milieu saturé d'humidité) étaient réalisées. Les gonflements obtenus après plusieurs semaines de conservation à 110°C se sont révélés faibles quelle que soit la réactivité supposée des compositions de béton (présence de granulats réactifs, niveau élevé d'alcalins dans le béton). Les traitements à 150°C, que ce soit dans l'eau ou en solution alcaline, conduisent à des expansions de 0,00 à 0,35% en trois semaines. Les valeurs mesurées sont liées à la réactivité (ou la non réactivité) suspectée des bétons étudiés: présence de granulats très réactifs (respectivement non réactifs), teneur élevée (respectivement faible) en alcalins totaux dans le béton. Par contre, s'agissant de certains bétons, notamment à ajouts siliceux, le traitement dans l'eau à 150°C ne produit pas les résultats escomptés. En conséquence, les résultats d'expansion provoquée par ont été corrélés aux mesures de gonflement après conservation à 38°C pendant un an et plus d'une part, et à 60°C pendant 4 mois d'autre part. Les corrélations sont jugées satisfaisantes pour la plus grande partie des compositions testées, à, l'exception de certaines formules contenant des fumées de silice ou de la silice micronisée. Toutefois, la méthode proposée rend bien compte de l'influence vis à vis du gonflement de la teneur en alcalins totaux du béton, de la présence de granulats pouvant présenter un effet de pessimum, et des proportions des constituants tels que eau et ciment.

     

The three dimensional modelling of thermal cracks in concrete structure

The occurence of thermal cracks in massive concrete structures is a common phenomenon. In order to modell this kind of cracks the material properties of hardening concrete, temperature and stress developments must be dealt with. According to Laube [1] the thermal and mechanical properties of concrete may be expressed as functions of the reference parameter—the degree of hydration which depends on the hardening time and on the temperature process, therefore, a non-linear coupled calculation of temperatures and stresses should be carried out. On the basis of these material laws a numerical modell is set up for the process simulations of the material properties, the temperature and the stress fields as well as the development of cracks. Then the modell is implemented into a three dimensional finite element programme. As an example a freshly concreted wall on top of an old foundation is investigated. Finally attention is paid to the numerical process modelling two typical thermal cracks,i.e. the surface cracks and the inner cracks, by employing the smeared approach of crack distributions in three dimensional hardening concrete.

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Résumé L'occurrence des fissures thermiques des structures en béton massives est un phénomène bien connu. Pour modéliser le comportement mécanique du béton pendant la phase de durcissement, il faut considérer le développement de la température, de la contrainte et des paramètres matériau. Laube [1] a proposé d'utiliser le degré de maturité comme paramètre de référence pour modéliser les propriétés thermiques et mécaniques du béton. Ce paramètre dépend de la durée de durcissement et de la température. Donc pour un calcul couplé non linéiare des températures et des contraintes doit être effectué. à partir de ces lois relatives au matériau, un modèle numérique est développé pour simuler le développeent des propriétés du matériau, de la température et de la contrainte, ainsi que le développement des fissures. Ensuite, le modèle est mis en oeuvre dans un programme de calcul aux éléments finis tridimensionnel. A titre d'exemple, le cas d'un mur récemment bétonné sur une fondation ancienne est examiné. Finalement, on s'occupe du traitement numérique employé pour modéliser deux sortes de fissures thermiques typiques-c'est-à-dire les fissures superficielles et les fissures internes—à partir d'une approche tridimensionnelle de la distribution des fissures dans le béton.

     

Strength of concrete subjected to high temperature and biaxial stress: Experiments and modelling

The mechanical behaviour of normal weight concrete subjected to high temperature and biaxial stress is not well understood. The investigation reported is twofold. The strength is studied of unsealed concrete and mortar incorporating quarzitic aggregate and bound by Portland cement and subjected to high temperature and biaxial stresses. This involves short-term tests and includes the influence of the composition. Additionally a mechanical model is developed for the failure of concrete subjected to these stresses which incorporates not only the main variable temperature, but also compositional variables which have a significant influence on the strength of concrete at high temperatures.

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Resume Le but de cette recherche était d'améliorer nos connaissances sur la résistance du béton soumis à de hautes températures ainsi qu'à des contraintes biaxiales. De nombreux essais ont été menés sur des éprouvettes non scellées de béton et de mortier à base de CPA. On a aussi étudié, outre le type de sollicitations, l'influence des paramètres de composition les plus importants. Les essais ont révélé que, dans tout le domaine des sollicitations biaxiales en compression, la composition influence directement la diminution de la résistance du béton en fonction de l'augmentation de la température. Le diamètre maximal des granulats s'avère être un facteur déterminant alors que la nature de ces derniers et le rapport eau/ciment n'ont en général que des effects secondaires. L'amplitude de ces influences diffère. Comme le montrent les essais à température normale, les valeurs de la résistance du béton sont affectées par sa composition avant la désintégration de la portlandite entre 450°C et 550°C. Afin de généraliser le comportement observé, on a modélisé la résistance du béton soumis à des contraintes biaxiales à haute température; pour ce faire, le critère de defaillance de Podgorski a été modifié afin de prendre en compte les paramètres suivants: haute température, rapports eau/ciment et granulats/ciment. Avec quelques simples essais de résistance à température normale et élevée, le modèle peut être facilement ajusté pour décrire le comportement d'un béton possédant une composition spécifique. La théorie ainsi développée est bien vérifiée par les résultats des essais.

     

Résistance au gel-dégel du béton compacté au rouleau pour les barrages à base de liant Rolac

Ce texte présente les principaux résultats d'une étude sur la résistance au gel-dégel du béton compacté au rouleau à base de liant Rolac. Au total, 18 mélanges de béton compacté au rouleau ont été réalisés en laboratoire et soumis à des essais de gel dans l'air—dégel dans l'eau (norme ASTM C 666, procédure B). Les caractéristiques du réseau de vides d'air de tous les mélanges on été déterminées en suivant la méthode dite ‘Modified Point Count’ de la norme ASTM C457, en faisant la distinction entre les bulles d'air sphériques et les vides de compactage de forme irrégulière. Les résultats démontrent qu'il a été possible d'entraîner de l'air dans ces bétons (environ 1,5 à 2% de bulles sphériques) et que cette quantité d'air était suffisante pour protéger le béton contre le gel. En effet, tous les mélanges sans agent entraîneur d'air se sont détruits en moins de 50 cycles alors que tous les bétons fabriqués avec un agent entraîneur d'air ont passé le cap des 300 cycles de gel sans détérioration significative.     

La durabilité au gel du béton

La première partie de ce texte est un résumé des principales théories décrivant les mécanismes de détérioration du béton par le gel. Ces théories font toutes ressortir l'importance des bulles d'air et particulièrement de l'espacement entre celles-ci. On décrit ensuite l'influence de la nature des constituants (surtout des granulats) et de différents paramètres sur la tenue au gel. Une section est consacrée au concept du facteur d'espacement critique des vides d'air, c'est-à-dire la valeur limite au-delà de laquelle la détérioration par microfissuration interne peut se produire. Le phénomène de l'écaillage des surfaces dû au gel en présence de sels déglaçants fait aussi l'objet d'une section distincte, de même que la question de l'air entraîné et de tous les facteurs qui peuvent l'affecter. En dernier lieu, des résultats d'essais de chantier sont présentés.     

Fibre reinforced gypsum binder composite, its microstructure and durability

The effect of E-type glass fibre on the strength and durability of gypsum binder composites was studied under different climatic conditions and by accelerated methods. After 50 cycles of wetting and drying at 60°C an irregular deposition of gypsum binder products was found at the surface of glass fibres. Durability of E-type glass (borosilicate) fibres employed as reinforcement in the gypsum binder composites was examined after immersion into aqueous extract of gypsum binder at temperature 27° to 60°C. The exposed glass fibres were studied by scanning electron microscope and by weight loss determination. Deterioration of E-type glass fibres was observed at 50° and 60°C on exposure to aqueous gypsum binder extract which is directly related to the durability of gypsum binder composites. It is concluded that gypsum binder composites should be used under 50°C.

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Résumé L’effet de la fibre de verre de type E sur la force et la durabilité des matériaux liants à base de gypse a été étudié sous différentes conditions climatiques et par des méthodes accélérées. Après 50 cycles de mouillage et séchage à 60°C, une déposition irrégulière de liants à base de gypse a été dévouverte à la surface des fibres de verre. La durabilité des fibres de verre (borosilicate) de type E utilisées afin de renforcer les matériaux liants à base de gypse a été examinée après immersion dans un extrait aqueux du liant à base de gypse à une température de 27 à 60°C. Les fibres de verre exposées ont été scannées et étudiées à l’aide d’un microscope électronique et leur perte de poids a été déterminée. Une détérioration des fibres de verre de type E a été observée à 50 et 60°C après exposition à l’extrait aqueux du liant à base de gypse, qui est directement lié à la durabilité des liants à base de gypse. En conclusion, les composites liants à base de gypse doivent être utilisés à une température inférieure à 50°C.

     

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.     

Caractéristiques mécaniques et élastiques de bétons à haute performance confectionnés avec différents types de gros granulats

Résumé Dans cette étude, on a mis en évidence le r?le que jouent les gros granulats sur les propriétés mécaniques et élastiques d'un béton à haute performance. Quatre types de roches, desquelles ont été extraits les gros granulats, ont été sélectionnés. Deux rapports eau/liant de 0,27 et 0,22 ont été utilisés pour la détermination des mélanges des bétons à haute performance. Des essais physico-mécaniques sur les huit bétons à haute performance et sur les quatre types de roches ont été entrepris. Aussi, aux fins de comparaison, on a déterminé les propriétés mécaniques et élastiques de quatre bétons normaux au rapport eau/liant de 0,50, confectionnés avec les mêmes quatre gros granulats que ceux utilisés pour les bétons à haute performance. Les résultats obtenus ont montré que la résistance à la compression et le module d'élasticité d'un béton à haute performance peuvent varier de 24% et 50% respectivement selon le type de gros granulat utilisé. Par ailleurs, cette étude remet en question, dans certains cas, les relations recommandées par les codes nationaux, les modèles mathématiques proposés ou certaines relations empiriques pour déterminer le module d'élasticité d'un béton. Nous sommes en outre arrivés à prouver que la résistance de la pate de ciment, c'est-à-dire le rapport eau/liant, contr?le l'épaisseur des hystérésis lorsque l'on reproduit des courbes contrainte-déformation d'un béton, tandis que les gros granulats contr?lent la forme de ces courbes.

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Summary In this study, the effects of coarse aggregate on the mechanical and elastic properties of high performance concrete are examined. Four types of rock were selected and coarse aggregates were prepared from each. Eight high performance concretes were made with water/cement ratios of 0.27 and 0.22. In addition to characterizing some physical and mechanical properties of the rocks and concretes, the mechanical and elastic properties were investigated of four normal strength concretes made using the same four coarse aggregates with a water/cement ratio of 0.50. Test results showed that the compressive strength and modulus of elasticity of high performance concrete can vary by as much as 24% and 50%, respectively, depending on the type of coarse aggregate in use. This study, however, raises some questions concerning the validity, in some cases, of equations recommended in national codes and of some proposed mathematical models and empirical relationships used to determine the modulus of elasticity of concrete. The study proves that the strength of the cement paste, which depends on the water/cement ratio, controls the width of the hysteresis loops in the stress-strain curves, whereas the coarse aggregate controls the shape of these curves.

     

Mechanical behaviour of thermally damaged high-strength steel fibre reinforced concrete

The incorporation of steel fibres can compensate the inherently brittle behaviour of high strength concrete. This paper studies the residual mechanical behaviour of thermally damaged high strength steel Fibre Reinforced Concrete (FRC). The type and content of fibres were included as variables, a mortar and a normal strength fibre concrete were also tested. Two exposure conditions werre selected, I hour at 500°C and 24 hours at 150°C. FRC follow similar residual compressive behaviour as the plain concrete, but the presence of fibres lead to slight increase in strength and in the stress at which cracks initiate. Flexural tests on notched beams were performed (RILEM TC 162-TDF recommendation). It was found that the shape of the load-deflection curves in FRC exposed to 150°C was similar to the undamaged concrete. The reductions in flexural strength were lower in FRC than in plain concrete, and the equivalent post-peak strength was less affected than first-crack strength, showing the effect of fibre reinforcement. For the most severe exposure condition the degradation of the material is reflected by an increased non-linearity, nevertheless some FRC still exhibited a strengthening type behaviour and kept an almost constant load capacity during the post-peak.

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Résumé L'incorporation des fibres d'acier dans le béton peut compenser le comportement fragile du béton de haute résistance. Est étudié dans ce travail le comportement mécanique résiduel du béton de haute résistance renforcé de fibre d'acier (BRF) endommagé par la température. On a considéré comme variables le type et le dosage de fibres; et on a aussi étudié un mortier et un béton de résistance normale. On a adopté deux conditions d'exposition à haute température, 1 heure à 500°C et 24 heures à 150°C. Les bétons renforcés de fibres d'acier (BRF) présentent un comportement résiduel en compression identique à celui du béton normal, mais la présence de fibres produit un léger accroissement de la résistance à la compression et de la contrainte où la formation de fissures commence. On a réalisé des essais de traction en flexion dans des éprouvettes prismatiques entaillées (recommandation de la commission technique RILEM TC 162-TDF). Les courbes charge-déformation du BRF exposé à 150°C présentent la même forme que celles du béton de référence. Par rapport au béton normal, les BRF ont une réduction inférieure de la résistance en flexion; de plus, la résistance équivalente après pic a·été moins affectée que la résistance des premières fissures, mettant en évidence l'effet de la présence des fibres. On a trouvé un accroissement de la non-linéarité dans les échantillons plus endommagés, alors que les BRF présentaient toujours un comportement de renforcement et maintenaient une capacité de charge pratiquement constante pendant l'après-pic.

     

Residual fracture energy of high-performance and normal concrete subject to high temperatures

Test data on the residual fracture energy of two significantly different concrete types are presented. About 80 beams of high performance basalt concrete and ordinary gravel concrete have been tested in accordance with the RILEM work of fracture method. The beams are heated at 1°C per minute up to a certain maximum temperature and kept at this temperature for 8 hours before cooling them back to room temperature and testing in three-point bending. The tests show that the two concretes behave almost identifical when the fracture energyG _F is considered as a function of maximum temperature. It is found that the damage introduced by a maximum temperature of 300 to 400°C increases the fracture energy by 50% compared with the reference tests at room temperature. A more tortuous crack surface is one plausible explanation for the significant increase inG _F. The article also presents temperature and weight loss recordings from the heating scenarios and finally, the characteristic length and the cohesive tensile softening curve are shown to depend on the maximum temperature. Basically it is demonstrated that the temperature exposure makes the concrete significantly more ductile.

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Résumé Des données sur l'énergie résiduelle de rupture de deux bétons différents sont présentées. Environ 80 poutres de béton à base de basalte de très haute performance et de béton à base de gravier ordinaire ont été examinées conformément au travaux de la RILEM sur l'énergie de rupture. Les poutres sont chauffées à 1°C par minute jusqu'à une température maximale, puis maintenues à cette température pendant 8 heures avant d'être refroidies de nouveau à la température ambiante. Les poutres sont ensuite testées en flexion (système de flexion en trois points). Les essais prouvent que les deux bétons se comportent d'une manière presque identique quandG _F est considéré comme une fonction de la température maximale. On peut aussi constater que le dommage occasionné par une température maximale de 300 à 400°C augmente l'énergie de rupture de 50% par comparaison aux essais de référence réalisés à la température ambiante. Une surface de rupture plus tortueuse semble être une explication plausible pour l'augmentation significative deG _F. L'article présente également les évolutions de la température et de la perte de poids pour les scénarios de chauffage utilisés. En conclusion, cette étude montre que la longueur caractéristique et la courbe de post pic dépendent de la température maximale. Fondamentalement cela démontre que l'exposition à la température rend le béton sensiblement plus ductile.

     

Fire resistance of self-compacting concrete,SCC

This article outlines laboratory and full-scale studies on fire resistance of SCC. For this purpose 40 pre-stressed columns and 140 cylinders of concrete were subjected to compressive loading at high temperature. The SCC included water-binder ratios, w/b, between 0.40 and 0.70 and large amount limestone powder. Comparison was done with vibrated concrete, VC, with the same w/b. Mix proportions were chosen as regards tunnel concrete (w/b=0.40), prefabricated concrete (w/b=0.55) and concrete for production of dwelling houses (w/b=0.70). The waterpowder ratio, w/p varied between 0.28 and 0.70. The fullscale behaviour showed extensive fire spalling for water-cured concrete at w/p<0.40 and for air-cured concrete at w/p<0.35. One way of avoiding the fire spalling was to introduce polypropylene fibres, PPF, in the mix proportions, which was chosen to be very effective. The laboratory results on small cylinders indicated similar material behaviour of SCC and VC at high temperature when spalling did not occur. The project was performed 1999–2002.

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Résumé Cet article traite des études en laboratoire et des essais en grandeur nature sur la résistance au feu du béton autocompactant. Pour cette étude, plus de 40 poutres précontraintes et 140 cylindees ont été soumis à des charges compressives à haute température. Le béton présentait un rapport eau/liant se situant entre 0.40 et 0,70 et contenait une forte proportion de poudre de pierre à chaux. Des comparaisons ont été effectuées avec des bétons vibrés ayant le même rapport eau/liant. Les compositions ont été choisies en fonction du béton destiné à la construction de tunnels (0,40), de celui pour la construction préfabriquée (0,55) et du béton destiné à la production d'immeubles (0,70). Le rapport eau/poudre variait entre 0,28 et 0,70. Lors des essais en grandeur nature, le comportement démontrait un important écaillage au feu pour le béton conservé sous eau ayant un rapport eau/poudre<0,40 et pour le béton conservé à l'air d'un rapport eau/poudre<0.35. Un moyen d'évier cet écaillage a été d'incorporer dans les compositions, des fibres de polypropylène choisies pour leur haute performance. Les résultats en laboratoire sur des cylindres de petites dimensions ont indiqué un comportement similaire du matériau pour le béton auto-compactant et le béton vibré à haute température et il ne s'est pas produit d'écaillage. Ce projet a été réalisé entre 1999 et 2002.

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

Quelques Résultats Récents Concernant les Techniques de Préparation et L'étude Optique des Couches Minces Solides

Toute tentative d'interprétation des propriétés optiques des couches minces suppose, nécessairement, une connaissance aussi exacte que possible de la structure géométrique de ces couches. En effet, celles-ci ne sont pratiquement jamais assimilables à une simple lame homogène, à faces planes et parallèles, mais ont une forme et une structure beaucoup plus compliquées. Les couches relativement épaisses sont généralement lacunaires et sont limitées par des surfaces irrégulières; les plus minces sont le plus souvent granulaires, c'est-à-dire formées par une répartition bidimensionnelle de grains séparés. En plus des méthodes classiques en microscopie électronique, on décrit une technique, qui permet de connaître exactement le profil des surfaces et la forme des grains. On donne quelques uns des résultats ainsi obtenus, notamment pour des couches lacunaires de fluorure de calcium et des couches granulaires de sélénium. L'étude optique des couches minces métalliques permet de mettre en évidence l'existence de bandes d'absorption qui ne se retrouvent pas lorsque le métal est à l'état massif ou qui font appel á des mécanismes encore mal connus. Ce sont ces bandes que l'on qualifie d'anormales. Récemment, grâce à la mise en service de groupes de pompage permettant d'atteindre des vides très poussés et à la mise au point de techniques particulières (supports refroidis) ces recherches ont été étendues aux métaux alcalins et alcalino-terreux. Les résultats obtenus seront rapidement résumés. Enfin, on a réussi à préparer des lames minces sans support, optiquement homogènes et continues, d'épaisseur égale ou supérieure à 200 Å pour les lames polycristallines et 600 Å pour les lames monocristallines, ayant une surface de l'ordre du centimètre carré.     

Hygrothermal and mechanical model of concrete at high temperature

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

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

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

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.

     

Stress-strain curve for the design of high-strength concrete elements

Although the great advances in concrete technology have led to the possibility of obtaining ready-mix concrete with compressive strength around 100 MPa, some national and international codes for concrete structures do not cover concrete strengths above 50 MPa. Many codes are under revision, but some of them (including the Brazilian Code) will still not include high strength concretes. Due to the different characteristics of higher strength concrete some design procedures traditionally used in normal strength concrete structures have to be changed. Different types of stress-train relationships for concrete have been proposed for the non-linear analysis of member behavior and for the ultimate state analysis of high strength concrete elements under combined flexure and axial load. In this work comparisons are made between proposed stress-strain curves and between the axial load-moment interaction diagrams based on these curves. Comparisons of test results with these diagrams, for columns subjected to eccentric compression, give an idea of the different degrees of safety obtained using those curves.

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Résumé Malgré les grands progrès de la technologie en matière de béton, qui ont rendu possible l'obtention de bétons résistant à une compression d'environ 100MPa, quelques codes nationaux et internationaux relatifs aux constructions en béton ne couvrent pas des résistance du béton supérieures à 50 MPa. Plusieurs codes sont en cours de révision, mais beaucoup (dont le code brésilien) ne s'intéressent toujours pas aux bétons à haute résistance. En raison des différentes caractéristiques des bétons à haute résistance, certains procédés de définition traditionnellement utilisés pour les constructions en béton normal doivent être modifiés. Différents types de relations contraintes—déformations ont été proposés pour le béton dans le cadre de l'analyse non-linéaire de son comportement et dans celui de l'analyse finale des éléments en béton armé en flexion combinée avec une charge axiale. Cet article compare les courbes contraintes—déformations proposées et les diagrammes interaction charge axiale—moment qui résultent de ces courbes. Les comparaisons effectuées entre les résultats expérimentaux et ces diagrammes, pour des colonnes soumises à des compressions excentriques viennent illuster les différents degrés de sécurité obtenus grace à ces courbes.

     

Etude de la déformabilité en traction d'un béton de réparation

Résumé La durabilité des réparations non armées en béton de ciment est souvent compromise par l'empêchement du retrait du nouveau béton au contact de l'ouvrage réparé, les contraintes dues au retrait contrarié au contact béton neuf-ancien, béton pouvant causer à terme le décollement de la réparation. Le fluage permet un certain relachement des contraintes dues au retrait; il est également possible que l'ouverture d'un réseau dense et uniformément réparti de microfissures puisse permettre une relaxation des efforts internes sans compromettre l'intégrité de la matrice. L'ajout de latex, d'air entra?né ou de fibres d'acier sont des moyens reconnus pour influencer la propagation de la fissuration et ils ont été employés pour évaluer la possibilité d'influencer la capacité de relaxation des efforts de bétons comparables à ceux employés pour la fabrication de chapes minces. La capacité de relaxation de huit mélanges de béton a été évaluée par des essais de traction rapide (rupture en 2 à 4 min environ) et des essais de traction lente (rupture en 6 à 12 h) à des échéances de 2, 16 et 30 jours. Les résultats démontrent que l'ajout de latex ou d'air entra?né améliore la déformabilité mesurée lors des essais de traction rapide. La comparaison de la déformabilité, mesurée lors des essais de traction rapide et lente montre cependant que la capacité de déformation différée du béton-latex est presque nulle après une conservation à l'air de 28 jours. L'ajout de fibres d'acier améliore grandement la capacité de déformation différée à 2 et 16 jours mais pas à 30 jours. D'autres études sont nécessaires pour établir le r?le exact de l'air entra?né. Par ailleurs, il appara?t que la traction lente est une méthode plus pratiqque que les essais de retrait empêché pour étudier la déformabilité des bétons de réparation. D'autres études sont nécessaires pour établir les facteurs influen?ant le fluage et la déformation par microfissuration, du béton en tension.

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Summary Thin bonded concrete repairs are typical cases of restrained shrinkage where the gradual shrinkage of the new material bonded to an almost non-shrinking old concrete causes stress and even failure at the interface. Some stress is relieved by creep but it is also possible that the formation of a dense and well-distributed network of microcracks can allow some stress relaxation. Addition of latex, entrained air and steel fibres is known to influence crack propagation in concrete, and these materials were used to investigate the possibility of improving the relaxation capacity of typical concretes used for thin bonded concrete overlays. The relaxation capacity of eight concrete mixes was analysed by tensile tests performed at a common loading rate (failure in 2 to 4 min) and at a very slow loading rate (failure in 6 to 12 h) at the age of 2, 16 and 30 days. Results show, that addition of latex or entrained air results in more ductile concretes in rapid tensile tests but addition of steel fibres does not. Results of slow tensile tests were found to be more variable than those of rapid ones, but the same trends were observed. Comparison of total strain measured in rapid and slow tensile tests shows that the relaxation capacity of latex-modified concrete seems to become very small after 28 days of air curing; this could be explained by the sealing effect of the latex that inhibits moisture movements associated with creep. The relaxation capacity of steel fibre-reinforced concrete is significantly higher at 2 and 16 days, but this effect seems to disappear after 28 days of air curing. The exact influence of air entrainment on relaxation by a well-distributed network of microcracks will need further investigation. It is concluded that, for research purposes, slow tensile tests are a more efficient procedure than true restrained shrinkage to study repair concretes, but more tests are required to investigate parameters influencing creep and relaxation capacity of concrete in tension.

     

The performance of lateritic stones as concrete aggregates and road chippings

Laterites and Lateritic Stones abound in the tropical and semi-tropical areas of the world, more than the igneous and other standard rocks which are used as concrete aggregates and road chippings. The paper studies the properties relevant to the use of lateritic aggregate as road chippings and concrete aggregates, and compares the results to those obtained by the use of an igneous control aggregate. The strength growth pattern of concrete made with lateritic stones, the variation of the tensile strength of the concrete (both flexural and split); the reproducibility of the strength pattern, despite the known variability in the properties of the lateritic aggregates; the influence of the iron and aluminium oxide contents of the aggregates on concrete made with them etc., are some of the parameters investigated in detail to assess the suitability of lateritic stones and crusts as concrete aggregates and road chippings. The results show that lateritic aggregates are good materials for road chippings and concrete aggregates although they give results slightly inferior to those obtained from igneous aggregates. There does not appear to be any simple relation between the iron and aluminium oxide contents or the sesquioxide contents of lateritic aggregates and the properties of the resulting concrete, although the sesquioxide contents of the lateritic stones give very broad indications of their quality.

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Résumé Les latérites et les pierres latéritiques abondent dans les zones tropicales et semi-tropicales. Leur utilisation comme matériau de construction a été contrariée dans le passé par un manque de définition valable. Dans ce rapport qui utilise une définition internationale récemment admise d'après la composition chimique du béton, on examine et on évalue, par rapport à celles d'un granulat igné, les propriétés, qui les rendent aptes à la construction, de sept échantillons de pierres latériques. On étudie l'influence des propriétés chimiques des latérites sur leur performance en tant que granulats du béton et produits de concassage routiers. Les résultats concordants sont soumis à des tests statistiques pour éviter des conclusions erronées. En outre, on a coulé des éprouvettes de béton pour étudier le développement de la variation des propriétés de bétons confectionnés avec des pierres latéritiques. On s'est efforcé d'étudier la variation de la résistance à la compression, à la flexion, à la traction, etc.; les indices obtenus à partir de rapports tels que résistance à l'écrasement de cubes/résistance à la traction par fendage, résistance de 7/28 jours, résistance à la flexion/résistance à la traction par fendage; les équations correspondant à ces rapports; la comparaison entre les relations les équations, etc, et les résultats obtenus pour des granulats de roche ignés. On a également fait des essais sur la reproductibilité du béton de pierres latéritiques et l'aptitude de ces pierres à produire des bétons de moyenne et haute résistance en utilisant deux méthodes de calcul du dosage. Les résultats montrent que, d'une manière générale, quelques unes des propriétés des pierres latéritiques dépendent de leur contenu en sesquioxyde, et que le béton et les matériaux routiers résultants sont de bonne qualité mais ne conviennent pas pour des constructions de grande qualité, des environnements abrasifs, etc. où il convient de considérer leur dureté, leur densité et leur contenu en sesquioxyde pour éviter des revêtements très médiocres. Les résultats montrent essentiellement que, dans le béton produit, le développement de la variation de la résistance, comme les rapports résistance/autres propriétés à des ages variables est semblable à celui rencontré dans des bétons obtenus à partir des granulats courants.

     

Long-term moisture transport in high performance concrete

Moisture is decisive for a large number of binding and transport processes in high performance concrete affecting the durability, shrinkage and performance in various environments. An experimental study on the moisture transport properties of 20 concrete mixes was made during seven years, with type of binder, additives and waterbinder ratio as parameters. An upside-down glass cup method was used to obtain the steady-state flow through concrete discs. The moisture diffusion coefficient decreases with a lower water-binder ratio, increasing amount of silica fume, especially when combined with fly ash and it continues to decrease also after four years for w/B lower than 0.40. The moisture diffusion coefficient is much less moisture dependent for HPC than for normal concrete, which means that steady-state moisture profiles through HPC structures will be almost linear. Long-term moisture profiles in submerged HPC will be affected by self-desiccation for a very long time because of the extremely small moisture flow.

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Résumé L'humidité a une influence prépondérante sur un grand nombre de processus d'interaction et de transport qui affectent de manière directe la durabilité, le retrait et le comportement des bétons à haute performance (BHP) soumis à différents types de conditions d'exposition. Une étude expérimentale sur les propriétés de transport d'humidité de 20 mélanges de béton a été effectuée durant une période de sept ans. Les variables étudiées concernaient le type de ciment et d'ajouts ainsi que le rapport eau/liant. Une procédure spéciale a été utilisée de manière à être en mesure de réaliser les essais de transfert d'humidité en régime permanent. Les résultats des essais indiquent que le coefficient de diffusion d'humidité diminue avec une réduction du rapport eau/liant, une augmentation de la teneur en fumée de silice, tout particulièrement lorsque celle-ci est utilisée avec des cendres volantes. Pour des bétons de rapports eau/liant inférieurs à 0,40, la réduction du coefficient d'humidité se poursuit toujours même après 4 ans d'hydration. Le coefficient de diffusion d'humidité des BHP semble être beaucoup moins sensible à la teneur en eau que celui des bétons ordinaires ce qui signifie que les profils d'humidité en régime permanent sont presque linéaires. Les profils d'humidité à long terme dans BHP submergés seront fortement affectés par l'autodessiccation.

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Editorial Note Prof. Lars-Olof Nilsson is a RILEM Senior Member. He participates in RILEM TC 178-TMC ‘Testing and modelling chloride penetration in concrete’.