Etude de l'extrusion et de la stabilisation par le ciment d'argiles monominérales

L'étude présentée porte sur trois argiles monominérales, choisies de façon à individualiser les paramètres qui peuvent intervenir dans l'évolution des propriétés de terres stabilisées au ciment. Ces terres sont mises en forme par extrusion sous vide dans le but d'obtenir un matériau de construction économiquement intéressant. La montmorillonite ne peut pas être stabilisée par ce procédé car le produit obtenu n'a pas de résistance mécanique et ne présente aucune tenue à l'eau. La palygorskite donne un matériau qui possède une certaine résistance à la compression et à la traction mais qui n'offre qu'une mauvaise tenue à l'eau. Seule la kaolinite permet, après stabilisation par le ciment, de satisfaire à des exigences de fabrication, de résistances mécaniques, de tenue à l'eau, et de stabilité dimensionnelle. Il est important de souligner l'influence des caractéristiques physico-chimiques (limites d'Atterberg, capacité d'échange cationique) sur ces comportements.     

Premix PCC materials: mechanical properties as a function of technological factors

Mechanical properties, microstructure, dimensional stability and phase interactions of premix polymer-cement composite materials (PCC) were investigated as a function of polymer content, water/cement (w/c) ratio and preparation and curing procedures of the samples. The investigated PCC materials were made of normal cement mortar with the addition of variable amounts of water-soluble or dispersible epoxy resins and polyelectrolytes of different functionality. Mechanical strength (compressive and flexural), dimensional changes and microstructure after various curing times were then evaluated in comparison with the same parameters for plain mortar samples prepared by standard procedures. The results so far obtained show that a strong reduction of the w/c ratio in PCC materials can be obtained through polymer addition. Hence, a proper design of the mixing and curing procedures, combined with an optimum reduction of the w/c ratio, causes a remarkable mechanical strength increase in the PCC materials investigated.

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Résumé On a étudié les propriétés mécaniques, la microstructure, la stabilité dimensionnelle et les interactions de phase de matériaux prémix des composites ciment/polymères (PCC) en fonction de la teneur en polymères, du rapport eau/ciment, de la préparation et des méthodes de conservation des échantillons. Les matériaux PCC examinés étaient confectionnés de mortiers de ciment normal additionné de taux variables de solution aqueuse ou de résines époxy dispersibles et de polyélectrolytes anioniques ou cationiques. On a ensuite évalué la résistance mécanique (en compression et en flexion), les modifications dimensionnelles et structurelles à différents intervalles de conservation, en les comparant avec les mêmes paramètres pour des échantillons de mortier préparés selon les normes. Jusqu'ici les résultats montrent qu'on peut obtenir une forte réduction du rapport eau/ciment dans les matériaux PCC par addition de polymère. D'ouù il ressort que des méthodes appropriées de dosage et de conservation ainsi qu'une réduction optimale du rapport eau/ciment déterminent une augmentation remarquable de la résistance mécanique dans les matériaux PCC examinés.

     

Influence de la teneur en eau sur la diffusivité thermique du plâtre

Résumé La mesure globale de la diffusivité thermique du platre dans différentes conditions de teneur en eau (matériau humide) est faite par la méthode classique du signal sinuso?dal (méthode de Angstro?m) délivré par und générateur à effet Peltier. On constate, que quel que soit le type de platre utilisé, un maximum très net de diffusivité se manifeste pour une teneur en eau voisine de 5 à 7%. Une explication de ce phénomène est avancée.     

Active and non-active porosity in concrete Part II: Evaluation of existing models

Mechanical, semi-empirical, and theoretical models suitable for describing concrete mechanical properties (modulus of elasticity, bulk modulus, and ultrasonic pulse velocity) are evaluated. Extensive experimental data is generated from saturated and dry concrete specimens with varying volume of active and non-active pores. Experimetnal data established that active and non-active pores appear at different aspect ratios furthermore, active pores change shape with moisture content. The experimental data is compared to those obtained from these three model categories. Models are evaluated based on their capability in evaluating the effect of pores during dry and saturated states. One model, capable of representing pores at various aspect ratios, was successful in describing mechanical properties in dry and saturated states.

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Résumé Les résultats d'une étude visant à évaluer la fiabilité de différents modèles permettant de prédire les propriétés mécaniques (module élastique, vitesse de propagation d'une onde ultrasonique) sont présentés. Trois différents types de modèles ont été considérés: des modèles mécaniques, semi-empiriques et théoriques. De nombreuses données expérimentales ont été générées dans le cadre de cette étude. Le programme expérimental visait à étudier le comportement d'éprouvettes de béton sec et humide préparé à différentes teneurs en pores actifs (pores capillaires) et non-actifs (vides d'air). Les résultats des essais indiquent que les pores actifs et non-actifs ont différents coefficients de forme et que la géométrie des pores actifs varie en fonction de la teneur en eau du béton. Les prédictions obtenues avec les différents modèles sont comparées aux valuers expérimentales. La capacité des modèles à prendre en considération l'influence des pores et de l'état hygrométrique du matériau a été évaluée. Les résultats de cette évaluation systématique démontrent que seul le modèle qui considère le coefficient de forme des pores permet de prédire correctement les propriétés mécaniques du béton à l'état sec et humide.

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Editorial Note Dr. Nataliya Hearn is a RILEM Affiliate Member.     

Compression densitification of beech wood plasticized with anhydrous ammonia

Compression densitification of ammonia plasticized beech wood is shown to yeild mechanical properties comparable to the best tropical woods. Continued research leading to effective moisture stabilization of the new products is required in order to utilize the outlined production method commercially.

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Résumé Le bois est plastifié par adsorption d'ammoniac. Après désorption de l'ammoniac, la substance du bois retrouve ses propriétés de résistance. Par l'utilisation de cette méthode de plastification temporaire découverte aux Etats-Unis, on a pu montrer que le bois est susceptible de prendre de fortes courbures permanentes. L'étude décrite ici a été entreprise afin de déterminer si le bois de bouleau danois à l'état plastifé peut être densifié par compression perpendiculaire au grain de sorte qu'il constitute un matériau de construction à résistance mécanique accure. On est parti de la présomption que si la paroi de la cellule était réellement plastifiée, le bois densifié devrait montrer des propriétés mécaniques proportionnelles à sa densité après désorption de l'ammoniac. Les résultats expérimentaux ont montré que la densification par compression du bois de bouleau plastifié à l'ammoniac possède des propriétés mécaniques comparables aux meilleurs bois tropicaux. Il s'impose de poursuivre les recherches quant à la stabilisation effective de ces nouveaux produits avant de commercialiser la méthode de production indiquée.

     

Relation entre formulation et quelques propriétés mécaniques des bétons à hautes performances

Résumé On s'intéresse dans cette publication aux relations entre composition et propriétés mécaniques (résistance en compression, module élastique, retrait endogène) des bétons à hautes performances (BHP) dans la gamme 50–100 MPa. Les modèles proposés pour chacune de ces propriétés s'appuient sur une analyse du béton durci en tant que matériau composite, permettant de passer des propriétés du béton à celles de sa matrice. Les propriétés de la matrice sont reliées aux deux principaux paramètres de composition (rapports eau/ciment et silice/ciment) par des lois empiriques obtenues par lissage de données expérimentales. Onze bétons ont été fabriqués avec les mêmes composants, en faisant varier séparément les paramètres de composition, afin de mettre en évidence l'influence de ces paramètres sur les propriétés en question. Ces données expérimentales, ainsi que d'autres données tirées de la littérature, ont permis d'évaluer la précision des modèles proposés. Il est montré finalement que ces modèles, synthétisant la connaissance actuelle du matériau, peuvent constituer une aide précieuse à la formulation de BHP définis à partir d'un cahier des charges.

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Summary This paper studies the relationship between design mix and mechanical properties (compressive strength, modulus of elasticity, endogenous shrinkage) of high-strength concretes of the 50–100 MPa range. The models proposed for each of these properties are based on an analysis of the hardness of concrete considered as a composite material, offering the possibility of tracing the properties of the concrete through to those of the matrix. The properties of the matrix are linked to the two main parameters of the mix (water/cement and silica/cement ratios) by empirical laws obtained by averaging out experimental data. Eleven concretes were made with the same ingredients, by varying separately the design mix parameters, also with the aim of identifying the effect of these parameters on the properties under study. The accuracy of the models proposed has been evaluated from these experimental data and other data drawn from the literature. Since these models form a synthesis of present knowledge of the material, they constitute a valuable contribution to the specification of high-strength concretes.

     

Contribution à l'étude de l'adhésivité colle-acier en fonction des états micro-géométriques des surfaces rectifiées et rectifiées sablées

Nous avons mis au point une éprouvette du type double recouvrement symétrique, sollicitée en traction, pour étudier l'adhésivité colle-acier en fonction de l'état de surface des subjectiles. Celui-ci est déterminé par plusieurs procédés, en particulier par la méthode RNUR-ENSAM. Nous montrons que:

- des sablages identiques exécutés sur des subjectiles de même nature assurent une bonne reproductibilité dans la mesure de la résistance aucisaillement;

- la qualité d'un collage dépend des propriétés micro-géométriques des subjectiles;

- notre modèle expérimental permet de déterminer avec précision, et avec un nombre d'essais limité, les caractéristiques mécaniques d'une colle.

La faible dispersion des résultats obtenus avec les subjectiles sablés devrait permettre d'étudier avec succès l'évolution des propriétés mécaniques du matériau en fonction du temps, c'est-à-dire la susceptibilité au vieillissement.     

Microstructural characteristics of HPC under different thermo-mechanical and thermo-hydraulic conditions

The microstructural characteristics of high performance concrete (HPC) samples were analysed using scanning electronic microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) following thermo-hydraulic and thermo-mechanical testing. The relationship between engineering behaviour (transport and mechanical properties) and microstructure for HPC was then analysed. The failure mechanism of HPC under thermo-mechanical conditions was also discussed. Lower porosity, a higher content of calcium silicate hydrate (C−S−H) and a lower content of the crystalline-phase calcium hydroxide (CH) in both the cement paste and transition zone all exerted a positive influence on the transport and mechanical properties of HPC. By increasing temperature to 200°C, the evaporation of water led to an increase in capillary porosity as well as to a reduction in the cohesive forces between C−S−H layers, which cause degradation of the concrete’s transport and mechanical properties. Microcracking under thermo-mechanical conditions proved to be the main failure mechanism of HPC.

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Résumé Les propriétés microstructurelles des échantillons de béton à haute performance (BHP) ont été analysées par microscopie électronique à balayage (MEB) et diffraction X, suite aux tests thermo-hydrauliques et thermo-mécaniques. Les relations entre le comportement en matière d’ingénierie du matériau (propriétés mécaniques et de transfert) et les microstructures de BHP ont été ensuite évaluées. Le mécanisme de rupture du BHP sous des conditions thermo-mécaniques a aussi été abordé dans ce papier. Un niveau de porosité plus faible, une plus grande concentration en silicate de calcium hydraté (C−H−S) et une concentration plus faible de l’hydroxyde de calcium (CH) à la fois dans la pate de ciment et dans la zone de transition ont joué une influence positive sur les propriétés mécaniques et de transfert des BHP. En élevant la T° à 200°C, l’évaporation de l’eau a conduit à une augmentation de la porosité capillaire de même qu’à une réduction des forces de cohésion entre les couches de H−S−C, engendrant une dégradation des propriétés mécaniques et de transfert du béton. Les microfissures sous l’effet des conditions thermo-mécaniques se sont avérées être la cause principale de dégradation mécanique du BHP.

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Editorial Note. Prof. Z. Li is a RILEM Senior Member. Prof. G. Ballivy and Prof. K. Khayat work at the CRIB—University of Sherbrooke, a RILEM Titular Member.     

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.

     

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

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

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

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

Séchage du béton: analyse et modélisation

Résumé Le séchage naturel du béton est un phénomène très lent qui a des conséquences importantes sur son comportement physique et mécanique et plus particulièrement sur deux aspects spécifiques de ce matériau: les déformations différées (retrait, fluage) et sa durabilité (fissuration superficielle, pénétration d'agents agressifs). En plus de la modification des caractéristiques mécaniques et physiques locales qui résultent des variations de teneur en eau, la non-uniformité de ce paramètre au cours du temps induit un effet de structure particulièrement important (effet d'échelle pour le retrait et le fluage de dessiccation, et fissuration de retrait). A partir de l'analyse physique des mécanismes qui régissent les mouvements d'eau dans le matériau, on a développé un modèle de diffusion non-linéaire qui a été validé, grace à la détermination expérimentale des distributions spatiales de teneur en eau, et de leur évolution au cours du temps, par la méthode de densimétrie par absorption des rayons gamma, au moyen d'un banc gamma rotatif. Le modèle ainsi validé permet d'une part d'extrapoler, dans certaines limites, les résultats expérimentaux, et d'autre part, il aide à exploiter et interpréter les essais de retrait et de fluage.

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Summary Natural drying of concrete is a very slow phenomenon involving important consequences on the physical and mechanical behaviour of this material and affecting more particularly two specific aspects: different strains (shrinkage, creeping) and the durability (surface cracking, infiltration of aggressive agents). In addition to the modification of local mechanical and physical properties resulting from the variations in water content, the non-uniformity of this parameter as a function of the time induces a structural effect which is particularly important (scale effect for shrinkage and creep in the course of dessiccation, shrinkage cracking). From a physical analysis of the mechanisms governing water movements within the material a model of non-linear diffusion has been developed and validated by means of the densimetry method using gamma-ray absorption (with a rotative gamma-ray bench) which experimentally determines space distributions of water content and their evolution as a function of time. The model thus validated allows us on one hand to extrapolate, with certain limitations, experimental results and on the other hand it helps us to make use of and to interpret shrinkage and creep test results.

     

Effet de la longueur des fibres sur les propriétés mécaniques des ciments renforcés de fibres cellulosiques

On a étudié l'effet de la longueur des fibres sur les propriétés mécaniques et physiques des ciments renforcés de fibres de cellulose. L'augmentation de la longueur de la fibre renforçante améliore la résistance à la flexion, l'énergie de rupture statique, la résistance au choc et n'a pratiquement aucune influence sur le module de Young, par contre elle diminue la densité du matériau. Les résultats expérimentaux concernant le module de Young, la résistance à la flexion et la densité sont bien en accord avec les prédictions théoriques. L'examen des surfaces de rupture a montré que le mécanisme de rupture dépend aussi de la longueur des fibres incorporées; on passe du mécanisme de fibres déchaussées pour de petites longueurs de fibres au mécanisme de fibres fracturées quand la longueur des fibres devient plus importante.     

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

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

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

     

Methodological developments in the testing of wood based panels. Part I: Tensile and compression tests

As part of the European standards studies of CEN Communittee 124, dealing with wood structures, a test methodology has been worked out to establish certain mechanical prosperites of board for structural uses. This article discusses the methodological aspects of calculating the modulus and the strength of wood based board (particleboard and plywood) for tensile and compression stresses. The development of the initial ISO/DIS 8982 standard into a European norm is described with the help of various examples.

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Resume Dans le cadre des travaux normatifs europées du comité 124, traitant de structure bois, une méthodologie d'essais aété élaborée afin d'établir certaines propriétés mécaniques des panneaux pour l'utilisation en structure. Le présent article traite des aspects méthodologiques de la déetermination du module et de la résistance des panneaux à base de bois (panneaux de particules et contreplaqués) pour des sollicitations de traction et de compression. La trans-formation du texte initial ISO/DIS 8982 en norme européenne est relatée à l'aide de différentes illustrations. Les méthodes d'essais pour déterminer les propriétés mécaniques de panneaux en traction et compression semblent adaptées à la vaste famille des panneaux à base de bois. Il ressort d'un point de vue expéerimental, qu'une famille de panneaux, conreplaqués pour notre cas, peuvent être testés avec une seule valeur de vitesse de chargement, ce pour toutes les éprouvettes, tout en satisfaisant aux conditons requises sur le temps à la rupture de chaque éprouvette. La déterminsation du module par moyenne de la rigidité déterminée sur chaque face doit être conduite avec vigilance, les différences entre chaque détermination pouvant excéder 10%. Le comportement en tractino et compression est différent, de par la nature du matériau (résistance) et la forme d'éprouvette (module).

     

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’.     

Material aspects of concrete consolidated by vibration

First the properties of fresh concrete that affect directly the efficiency of consolidation are discussed. These are: workability, consistency, and compactability. Then influences of several factors, primarily the amount of water content and the effect of the time elapsed, upon the consistency are analyzed. It is shown that the specific gravity of the coarse aggregate and the consistency are two important factors influencing the trend for internal segregation during vibration. The increase in concrete strength resulting from the use of drier mixtures for vibration is illustrated both through the strength versus water-cement ratio relationship and through a strength versus slump relationship. The effects of air content and, therefore, that of the degree of consolidation on the properties of hardened concrete are also discussed numerically. Finally, it is pointed out that the stiffness of vibrated fresh concrete causes certain changes in the proportioning.

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Résumé On examine d'abord les propriétés du béton frais qui ont une action directe sur l'accomplissement de la consolidation. Ce sont: l'ouvrabilité, la consistance et l'aptitude au compactage. On montre que la teneur en eau est un des plus importants facteurs connus qui agissent sur la consistance du béton. On examine aussi l'influence de plusieurs autres facteurs, et en premier lieu l'effet du temps écoulé, sur la consistance. On présente aussi des méthodes d'étude du processus de consolidation ainsi que du comportement du béton frais soumis à la vibration (courbe de sédimentation, mesure de la masse volumique, etc). Dans la seconde partie de l'article, on examine les effets directs ou indirects de la consolidation par vibration sur les propriétés du béton. On montre que la densité du gros agrégat et la consistance sont deux facteurs qui exercent une influence importante sur la tendance à la ségrégation en cours de vibration. L'augmentation de la résistance du béton qu'amène l'emploi de mélanges secs pour la vibration se révèle à la fois par la relation entre la résistance et le rapport eau-ciment et par la relation entre la résistance et l'affaissement. L'effet de la teneur en air, et donc du degré de consolidation, sur la résistance à la compression du béton fait l'objet d'une étude numérique. On montre, par exemple, qu'une augmentation de 5% de la teneur en air réduit d'un tiers la résistance à la compression. On met aussi en évidence l'effet de la quantité d'air sur plusieurs autres propriétés du béton durci (résistance à la flexion, module d'élasticité, etc.). Enfin, il est indiqué que la raideur du béton frais vibré détermine certains changements dans le calcul du dosage: par example, on peut avoir recours à une granulométrie à agrégats dans une certaine mesure plus gros.

     

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.     

Weathering of vegetable fibre-clinker free cement composites

Ground iron blast-furnace slag (BFS) activated by a mixture of gypsum and hydrated lime was examined as an alternative binder for fibre-cement mortars produced by a low energy consumption method. Brazilian fibrous wastes from sisal and banana crops and also from a eucalyptus pulp mill were chosen for reinforcement. The composite preparation followed conventional mixing, ordinary vibration and wet chamber curing for the seven initial days. The composites achieved a modulus of rupture of up to 3.92 MPa at an age of 28 days. Flexural toughness was at least 40% superior to that of the non-reinforced matrix. Microstructure analyses presented additional information on the understanding of fibre-matrix interaction and its correlation with composites macrostructural behaviour. The effects of natural weathering on the performance of fibre-cement composites were investigated in comparison with accelerated ageing tests. Sixteen months of exposure in tropical climate conditions caused the severest decay in the loading capacity and composite embrittlement, in spite of the absence of superficial darkening or visible cracks. The reduction of the mechanical properties was attributed to a combination of different processes, such as matrix carbonation, fibre mineralization and transition zone degeneration.

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Résumé Les laitiers de haut foumeau broyés et activés par un mélange de phosphogypse et de chaux hydratée ont été examinés comme un liant alternatif pour des mortiers en fibre-ciment produits par une méthode de basse consommation d'énergie. Des déchets, tels que les fibres de récoltes du sisal et de la banane et aussi ceux de la pate à papier d'eucalyptus, ont été choisis comme renforcement. Le mélange du composite a suivi le processus conventionnel de malaxage, vibration et cure en chambre humide pendant sept jours. Les composites ont présenté des modules de rupture jusqu'à 3,92 MPa après 28 jours. La tenacité en flexion a été au moins 40% supérieure à celle de la matrice non renforcée. Une analyse de la microstructure a exposé des informations supplémentaires sur la compréhension du mécanisme d'interaction de la fibre-matrice et sa corrélation avec le comportement macrostructural des composites. Les performances des composites fibres/ciment ont été étudiées sous des conditions climatiques naturelles et par des essais de vieillissement accéléré. Le stockage du matériau sous des conditions tropicales, pendant seize mois, a provoqué les pertes les plus sévères concernant la capacité de résistance et la fragilisation du composite, malgré l'absence de noircissement superficiel ou de fissures visibles. La réduction des performances mécaniques a été attribuée à une combinaison de différents processus, comme la carbonatation de la matrice, la pétrification de la fibre et la dégénérescence de la zone de transition.

     

Gypsum in construction: origin and properties

Calcium sulfate, commonly known as natural gypsum, is found in nature in different forms, mainly as the dihydrate (CaSO₄ · 2H₂O) and anhydrite (CaSO₄). They are products of partial or total evaporation of inland seas and lakes. Both the dihydrate and the anhydrite occur in nature in a variety of forms. The origin of gypsum, its genesis, varieties and properties are discussed, and the focus is then on the most common binding material produced from it, plaster of Paris (β-hemihydrate), known in France as ‘platre de Paris’, in the USA as ‘calcined gypsum’, and in Germany as ‘Stuckgips’. Details are given of the properties of gypsum paste (setting, expansion, and adhesion) and of hardened gypsum (strength, bulk weight, thermal expansion, volume and linear changes under humidity fluctuations, moisture absorption, paintability, corrosivity, thermal and acoustic insulation behaviour, and fire resistance).

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Resume Le sulfate de calcium, généralement appelé gypse naturel, se trouve dans la nature sous différentes formes, souvent comme dihydrate (CaSO₄ · 2H₂O) et comme anhydrite (CaSO₄), qui sont le résultat d'une évaporation totale ou partielle de mers intérieures et de lacs. Aussi bien l'anhydrite que le dihydrate existent dans la nature sous une variété de formes. Après un compte-rendu sur l'origine du gypse, sa genèse, ses variétés et propriétés, l'article traite de la matière la plus couramment produite à partir du gypse, qui est connue en France sous le nom de ‘platre de Paris’ (β-semi-hydrate), aux USA sous celui de ‘calcined gypsum’, et en Allemagne sous celui de ‘Stuckgips’. L'article décrit aussi en détail les propriétés de la pate de platre (prise, dilatation, adhérence) et celles du platre dur (résistance, poids, dilatation thermique, volume et changements linéaires sous l'influence des fluctuations de l'humidité, absorption d'eau, aptitude à être peint, corrosion, comportement à l'isolation thermique et acoustique et résistance au feu).

     

Salt transport in plaster/substrate layers

We have investigated how transport and accumulation of salt in a plaster depends on the underlying masonry material. To this end, moisture and sodium profiles have been measured non-destructively with a Nuclear Magnetic Resonance (NMR) technique during drying of plaster/substrate systems. The same plaster is applied on two substrates of which the pores are either an order of magnitude larger or smaller than those of the plaster. The moisture and salt transport and the salt accumulation differed significantly for these two systems. In a plaster/Bentheimer sandstone system (the pores of the plaster are smaller than those of the substrate) all salt is removed from the substrate and accumulates in the plaster. In a plaster/calcium-silicate brick system (the substrate has a considerable amount of pores that are smaller than those of the plaster) some salt crystallizes in the plaster layer, but a significant amount of salt remains within the substrate itself. The salt transport from substrate to plaster is quantified in terms of an efficiency number ɛ, which can be estimated from the pore-size distributions measured by mercury intrusion porosimetry.

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Résumé Nous avons étudié de quelle manière le transport et l’accumulation de sel dans du platre dépend du matériau de construction sous-jacent. Pour ce faire, les évolutions de l’humidité et de la teneur en sodium ont été mesurées de manière non destructrice à l’aide de la résonance magnétique nucléaire lors du séchage de systèmes platre/substrat. Un platre identique est appliqué sur deux substrats dont les pores sont un ordre de grandeur plus gros ou plus petits que ceux du platre. Le transport de l’humidité et du sel mais aussi l’accumulation du sel diffèrent de manière significative dans chacun de ces deux dispositifs. Dans un système platre/grès de Bentheimer (où les pores du platre sont plus petits que ceux du substrat), le sel a complètement disparu du substrat et se concentre dans le platre. Dans un système platre/brique de calcium-silicate (où le substrat possède un nombre significatif de pores qui sont plus petits que ceux du platre), une certaine fraction du sel cristallise dans la couche de platre mais la majeure partie demeure localisée au sein du substrat. Le transport du sel du substrat vers le platre est quantifié en termes d’efficacité ɛ. Celle-ci peut être estimée à partir de la distribution des pores suivant leur taille que l’on mesure grace à de la porosimétrie par intrusion de mercure.