Mechanical and physicochemical properties of self-consolidating concrete subjected to elevated temperature
Propriétés mécaniques et physico-chimiques de Bétons autoplaçants exposés à une température élevée
Résumé
The use of Self-consolidating concrete (SCC) has considerably developed during the last years and a growing attention has been brought to the study of its mechanical properties at hardened state. The mixture proportions of SCC (large paste volume, high content of mineral admixtures, coarse to fine aggregates ratio close to 1, . . .) in relation with its placing conditions could modify its mechanical behaviour, comparatively to traditional vibrated concrete. The behaviour of SCC subjected to high temperature has in particular to be evaluated. The materials tested are 3 concretes which 2 SCC and a TC (Traditional concrete). The characteristic of SCC is the important volume. Mechanical tests (Compressive strength, flexural strength and modulus of elasticity) were realized. Alongside that, the water porosity, apparent density, loss of mass as well as gas permeability allowed having additional parameters to characterize the behaviour. But, microscopic observations coupled with images analyses and thermal analyses help to have a vision more physical and chemical of the behaviour. The experimental results show significant behaviours between the SCC and TC. The compressive strength allowed distinguishing an increase in compressive strength between 150 and 300°C. This increase is explained by a rehydration of the cement paste due to water migration through the pores for the SCC, and also by the creation of stronger hydrates. The rehydration concerned the anhydrous elements of the cement paste. Alongside this study, a work in collaboration with the University of Alabama concerning the behaviour at high temperature of lightweight self-compacting concrete (LW-SCC). This study allowed characterizing the mechanical properties and the physico-chemical properties of lightweight self-compacting concrete (made in University of Alabama (USA)). For that, prismatic and cylindrical specimens underwent two different thermal treatments : a fire ISO-834 and a slow heating to 1°C/min. Through this study, the LW-SCC presented a better thermal stability to a fire ISO-834. About physico-chemical properties, we noted a behaviour similarity between LW-SCC and SCC in water porosity, density, thermal analyses. Nevertheless, a decrease in porosity is observed at 400°C. It can be attributed to a shrinkage due to a decrease in volume. About mechanical properties, LW-SCC present a better residual compressive and residual flexural strength than SCC. Therefore, lightweight aggregates improves the residual mechanical behaviour.
L'utilisation des Bétons autoplaçants (BAP) s'est considérablement développée au cours des dernières années et une attention grandissante est portée à l'étude de leurs propriétés mécaniques à l'état durci. Les spécificités de formulation de ces bétons (volume de pâte important, dosage élevé en additions minérales, rapport G/S (Gravillons/Sable) proche de 1, . . .) liées à leurs exigences de mise en oeuvre pourraient modifier leur comportement mécanique à l'état durci, comparativement aux bétons traditionnels vibres. Le comportement des BAP à haute température doit en particulier être évalué. Les matériaux testés sont 3 bétons de résistance courante dont 2 BAP et un BV. La particularité des BAP est le volume de pâte important. Des essais mécaniques (résistance à la compression, à la traction par flexion 4 points et mesure du module d'élasticité) ont été réalisés. Parallèlement à cela, la détermination de la porosité à l'eau, de la densité apparente, de la perte de masse ainsi que de la perméabilité aux gaz ont été étudiées. De plus, des observations microscopiques couplées à des analyses d'image et des analyses thermiques aident à préciser les causes physico-chimiques des phénomènes macroscopiques observes. Les résultats expérimentaux montrent des comportements significatifs entre les BAP et BV. Les essais de résistance à la compression ont permis de distinguer un gain de résistance entre 150 et 300°C. Ce gain est expliqué par une réhydratation de la matrice cimentaire due à la migration de l'eau à travers les pores pour les BAP, mais aussi à de meilleures propriétés liantes des hydrates formés. La réhydratation concerne les éléments anhydres de la pâte de ciment. Parallèlement à cette étude, un travail en collaboration avec l'Université d'Alabama concernant le comportement à haute température des bétons autoplaçants de granulats légers a été réalisé. Cette étude a permis de caractériser les propriétés mécaniques et les propriétés physico-chimiques de BAP de granulats légers (fabriques a Université d'Alabama (USA)). Pour cela, des éprouvettes prismatiques et cylindriques ont subi deux traitements thermiques différents : un chauffage de type incendie ISO-834 et un chauffage lent à 1°C/min. A travers cette étude, les BAP GN ont présenté une meilleure stabilité thermique à un incendie ISO-834. En ce qui concerne les propriétés physico-chimiques, nous avons constaté une similitude des comportements entre BAP GL et BAP GN du point de vue de la porosité, densité, analyses thermiques. Néanmoins, une diminution de la porosité est observe à 400°C. Elle peut être attribuée à un retrait des éprouvettes causant une diminution de volume. D'un point de vue mécanique, les BAP GL présentent une meilleure résistance résiduelle à la compression et à la flexion que le BAP GN. Donc, l'utilisation de GL améliore le comportement mécanique résiduel.
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