Étude du comportement en service de membrures en béton renforcées de barres de PRF

La détérioration des infrastructures au Canada due à la corrosion des armatures est l'un des défis majeurs de l'industrie de la construction. Les progrès récents dans la technologie des polymères ont conduit au développement d'une nouvelle génération de barres d'armature à base de fibres renforcées de polymères (PRF), (en particulier les fibres de verre). Ces barres, résistant à la corrosion, ont montré un grand potentiel d'utilisation pour mieux protéger les infrastructures en béton armé contre les effets dévastateurs de la corrosion. Avec la publication du nouveau code S807-10 "Spécifications pour les polymères renforcés de fibres" et la production de barres en PRF de très haute qualité, celles-ci représentent une alternative réaliste et rentable par rapport à l'armature en acier pour les structures en béton soumises à de sévères conditions environnementales. La conception des éléments en béton armé de barres en PRF est généralement gouvernée par l'état de service plutôt que l'état ultime. Par conséquent, il est nécessaire d'analyser les performances en flexion et le comportement en service en termes de déflexion et de largeur de fissures des éléments en PRF sous charges de service et de vérifier que ces éléments rencontrent les limites des codes. Aussi, de récents développements dans l'industrie des PRF ont conduit à l'introduction des barres en PRF avec des configurations de surface et des propriétés mécaniques différentes. Ces développements sont susceptibles d'affecter leur performance d'adhérence et, par conséquent, la largeur des fissures dans les éléments en PRF. Cependant, les codes de conception et les guidelines de calcul fournissent une valeur unique pour le coefficient d'adhérence (k[indice inférieur b]) en tenant compte des configurations de surface et en négligeant le type de barre en PRF, le diamètre de la barre, et le type de béton et de sa résistance. En outre, le code canadien S807-10 "Spécifications pour les polymères renforcés de fibres" fournit une étape en classant les barres en PRF par rapport à leur module d'élasticité (E[indices inférieurs frp]). Ces classifications ont été divisées en trois classes : Classe I (E[indices inférieurs frp]<50 GPa), Classe II (50 GPa [plus petit ou égal] E[indices inférieurs frp]< 60 GPa) et Classe III (E[indices inférieurs frp] [plus grand ou égal] 60 GPa). Ce programme de recherche vise à étudier expérimentalement le comportement en flexion des éléments en béton en service armé avec différents paramètres sous charges statiques. Le programme expérimental est basé sous plusieurs paramètres, dont les différents ratios de renforcement, différents types de barres (différentes classes comme classifiées par le CAN/CSA S807-10), le diamètre et la surface de la barre, la configuration ainsi que la résistance du béton. De plus, les recommandations actuelles de design pour les valeurs de k[indice inférieur b] et la vérification de la dépendance des valeurs de k[indice inférieur b] sur le type de barres (verre ou carbone), le diamètre des barres et le type de béton et sa résistance ont été étudiées. Le programme expérimental comprenait la fabrication et les essais sur 33 poutres à grande échelle, simplement appuyées et mesurant 4250 mm de long, 200 mm de large et 400 mm de hauteur. Vingt et sept poutres en béton ont été renforcées avec des barres en PRF à base de verre, quatre poutres en béton ont été renforcées avec des barres de PRF à base de carbone, et deux poutres ont été renforcées avec des barres en acier. Toutes les poutres ont été testées en flexion quatre points sur une portée libre de 3750 mm. Les paramètres d'essai étaient: le type de renforcement, le pourcentage d'armature, le diamètre des barres, configurations de surface et la résistance du béton. Les résultats de ces essais ont été présentés et discutés en termes de résistance du béton, de déflection, de la largeur des fissures, de déformations dans le béton et l'armature, de résistance en flexion et de mode de rupture. Dans les trois articles présentés dans cette thèse, le comportement en flexion et la performance des poutres renforcées de barres en PRFV et fabriquées avec un béton normal et un béton à haute performance ont été investigués, ainsi que les différentes classes de barres en PRFV et leurs configurations de surface. Les conclusions des investigations expérimentales et analytiques contribuent à l'évaluation des équations de prédiction de la déflection et des largeurs de fissures dans les codes de béton armé de PRF, pour prédire l'état de service des éléments en béton renforcés de PRF (déflection et largeur de fissures). En outre, à la lumière des résultats expérimentaux de cette étude, les équations de service (déflection et largeur des fissures) incorporées dans les codes et guidelines de design [ACI 440.1R-06, 2006; ISIS Manual No.3, 2007; CAN/CSA-S6.1S1, 2010; CAN/CSA-S806, 2012] ont été optimisées. En outre, les largeurs de fissures mesurées et les déformations ont été utilisées pour évaluer les valeurs courantes de k[indice inférieur b] fournies par les codes et les guidelines de calcul des PRF. En outre, les conclusions ne prennent pas en charge la valeur unique de k[indice inférieur b] pour les barres en PRF de types différents (carbone et verre) avec des configurations de surface similaires et s'est avéré être dépendant du diamètre de la barre

Assessment of Special Rubberized Concrete Types Utilizing Portable Non-Destructive Tests

Concrete is the second most common material demanded over the world. Recently, a trending issue is the vast tracking in constructing infrastructure to ensure traffic movement and life quality. Concrete types such as self and rolled compacted concrete offer magical solutions ensuring vast infrastructure and life quality. However, these structures must be assessed using non-destructive testing methods to observe the difference between the concrete types. Several studies have used recycled waste, specifically the crumb rubber extracted from old tires, as a potential replacement for natural aggregate in concrete manufacturing. However, limited research has been devoted to nondestructive testing of produced concrete to further evaluate existing concrete elements containing crumb rubber. This study investigates the self and rolled compacted concrete in comparison with normal ones, in addition to using chopped rubber as recycled materials. This study examines the concrete manufactured destructively by evaluating its compressive, tensile, and flexural strength, in addition to impact resistance, and correlates those results with the non-destructive such as Schmit hammer and Ultrasonic Pulse (UPV) for extended utilization of the concrete produced and data publication. The results showed unique performance and a high potential for data contribution to the extensive utilization of self-compacted rubberized concrete and rolled compacted concrete

The Effect of Mineral Pigments on Mechanical Properties of Concrete

&nbsp;Pigmented concrete exhibits artesian properties in addition to ordinary concrete properties, explicitly high strength, excellent durability, and weather resistance. However, the influence of several parameters that affect the characteristics of colored concrete should be studied; extensively. In this paper, the impact of the w/b (water/binder) ratio using color pigments on the mechanical properties such as compressive and flexural strengths of colored cement mortar prisms and cubes experimentally investigated. The experimental program included 21 mixes with six cubes and three flexural prisms specimens for assessing compressive and flexural strength, respectively. The blends included different water/binder ratios with values of 0.4, 0.5, and 0.6, in addition to several color pigments as a partial replacement of cement. The percentage of replacements altered between 0, 2.5%, 5% and 7.5% with two different shades of pigments consisting of red iron and green chromium oxide. Based on the experimental results, empirical expressions were generated based on Abram’s law to assess the relationship between the compressive strength of colored concrete and w/b ratio. The results revealed that the compressive and flexural strength of colored concrete is influenced by w/b ratio and partially replacement percentage of cement by color pigment not proportionally direct. Furthermore, the shade of pigments also has a different impact as well

The Efficiency of Calcium Oxide on Microbial Self-Healing Activity in Alkali-Activated Slag (AAS)

Alkali-activated slag (AAS) materials are one of the most promising sustainable construction composites. These novel materials are highly characterized by their improved mechanical and durability properties. Nevertheless, the high shrinkage rate hinders their full-scale applications. The low Ca/Si ratio, complex hydration process, and fine pore microstructure are the main causes of the reported shrinkage behavior. This study introduces Bacillus subtilis culture for healing the cracking behavior. The enzymatic action leads to precipitating calcium carbonate crystals that fill AAS cracks and pores. Incorporating calcium oxide has been recommended in multiple studies. The main purpose of adding calcium oxide is to enhance the engineering properties of AAS and provide more calcium ions for the biochemical reactions induced by the added bacteria. However, inconsistent findings about the influence of calcium oxide have been reported. This research provides further insights into the effect of calcium oxide (CaO) on the performance of microbial self-healing efficiency in AAS composite. The results highlight that incorporating calcium oxide as 7% of the binder partial replacement has an impact on the engineering properties of bio-AAS materials. The study recommends correlating the percentage of free calcium ions within the AAS mixture with the microbial activity

Spotlight on mechanical properties of autogenic self-healing of concrete

Self-healing concrete is defined as the concrete ability to recover its cracks. Cracks in concrete are a common phenomenon that reveals adverse effects on a structure’s integrity, durability, and serviceability due to its relatively low tensile strength. Recently, self-healing techniques have been developed to ensure crack recovery and implemented in strategic structures to optimize maintenance costs. This study aims to highlight one self-healing technique type named the “autogenic self-healing technique”. Four mixes including the control were designed and established to examine the self-healing mechanism when using mineral admixtures such as fly ash and polyvinyl alcohol fiber (PVA fiber) at various percentiles. All mixes encountered 20% cement volume replacement by fly ash with various PVA fiber percentile additions: 1, 1.5, and 2%. Compressive, flexural, and tensile strengths were examined after cracking and failure. The cube prism and cylinder specimens were cracked and then cured at 28 days for testing to failure. The results showed that the compressive strength recovered in mixes with 1.5 and 2% PVA. This work provides promising insight on cracks healing or recovery to a certain extent

Silica fume and crumb rubber as partial replacement of cement and fine aggregate concrete

This study investigated nine mixes containing 0 or 15% silica fume as the cement replacement and 0 or 10% treated and untreated crumb rubber as the fine aggregate replacement. The fresh and mechanical properties of these concrete mixes were correlated with non-destructive test results including rebound hammer and Ultrasonic Pulse velocity (UPV). One curing scheme was adopted here in this study which was normal curing. Microstructure characterization was carried out using X-ray diffraction Analysis (XRD) and Scanning Electron Microscope (SEM). The XRD showed that the crumb rubber must be washed in clean water after pretreatment with sodium hydroxide (NaOH) to avoid ettringite formation in the concrete pores. The results showed that combining the silica fume and crumb rubber enhanced the compressive strength of the rubberized concrete. The rebound hammer numbers were closely correlated linearly with the compressive strength of the test mixes

Mechanical properties and air permeability of concrete containing waste tires extracts

The safe disposal of waste tires has been seen as having a negative impact on the environment. To mitigate this impact, the components of waste tires can be used in the production of green concrete. This study explores the effects of the curing and drying regime on the mechanical properties and permeation characteristics of concrete containing both crumbed rubber and steel fibers that are removed from waste tires. Five concrete mixes were designed, and concrete cubes, cylinders, and prisms were cast using waste tires extracts. Crumb rubber was treated by submersion in sodium hydroxide and then used to partially replace 10% and 30% of fine aggregates in the concrete mix. Extracted steel fibers were added at the rate of 1% and 2% per volume of each mix. Compressive and indirect splitting tensile as well as flexural strengths were conducted after normal curing while observing several drying conditions. Additionally, air permeability was assessed using a portable apparatus that was developed to assess permeability easily. For the concrete test specimens containing 10% partial replacement of fine aggregate by crumb rubber and 1% steel fibers, it was discovered that the splitting tensile strength and flexural strength were higher than that of the control mix by 21% and 22.6%, respectively. For specimens that included the 10% crumb rubber and 1% steel fibers, when exposed to oven drying at 105°C for 12 h, the compressive strength results increased by 17% compared with the control specimens exposed to the same conditions. Unlike the compressive strength results, the splitting tensile and flexural strength results decreased after exposing the specimens to elevated temperature. The addition of crumb rubber and steel fibers as a partial fine-aggregate replacement resulted in increasing the air permeability of the concrete to different degrees depending on the percentages used. The oven-drying curing regime improved the permeability by reducing it in specimens containing the 10% crumb rubber and 1% steel fibers as indicated by increasing their permeability time index by 15% when compared with air-dried specimens. Using waste tire extracts as a partial replacement of concrete fine aggregate can be recommended for both indoor and outdoor applications. This study showed that this was a viable, economic, and environmentally friendly method for reducing carbon footprint

PERMEATION CHARACTERISTICS AND DURABILITY ASPECTS FOR SUSTAINABLE CONCRETE

This study investigates the durability indicators for sustainable concrete produced by adding both crumbed rubber and steel fibres that are removed from waste tyres to the concrete mixes. Crumb rubber was treated by submersion in sodium hydroxide and then used to partially replace 10% and 30% of fine aggregates in the concrete mix. Extracted steel fibres were added at the rate of 1% and 2% per volume of each mix. The compressive strength was recorded, and a non-destructive air permeability test was used to assess permeation characteristics of studied specimens and to correlate the results with compressive strength results. It was found that with the increase in the steel fibres percentage while keeping the rubber content constant resulted in increased compressive strength of concrete. Rubberized concrete of 10% crumb rubber and 1% steel fibres exposed to oven drying at 105°C for 12 hours exhibited an increase in compressive strength. The addition of crumb rubber and steel fibres as a partial fine aggregate replacement resulted in increasing the air permeability of the concrete to different degrees depending on the percentages used. This study showed that waste tyres extracts can be a viable, economic, and environmentally friendly method for obtaining durable and sustainable concrete

Étude du comportement en service de membrures en béton renforcées de barres de PRF

La détérioration des infrastructures au Canada due à la corrosion des armatures est l'un des défis majeurs de l'industrie de la construction. Les progrès récents dans la technologie des polymères ont conduit au développement d'une nouvelle génération de barres d'armature à base de fibres renforcées de polymères (PRF), (en particulier les fibres de verre). Ces barres, résistant à la corrosion, ont montré un grand potentiel d'utilisation pour mieux protéger les infrastructures en béton armé contre les effets dévastateurs de la corrosion. Avec la publication du nouveau code S807-10 "Spécifications pour les polymères renforcés de fibres" et la production de barres en PRF de très haute qualité, celles-ci représentent une alternative réaliste et rentable par rapport à l'armature en acier pour les structures en béton soumises à de sévères conditions environnementales. La conception des éléments en béton armé de barres en PRF est généralement gouvernée par l'état de service plutôt que l'état ultime. Par conséquent, il est nécessaire d'analyser les performances en flexion et le comportement en service en termes de déflexion et de largeur de fissures des éléments en PRF sous charges de service et de vérifier que ces éléments rencontrent les limites des codes. Aussi, de récents développements dans l'industrie des PRF ont conduit à l'introduction des barres en PRF avec des configurations de surface et des propriétés mécaniques différentes. Ces développements sont susceptibles d'affecter leur performance d'adhérence et, par conséquent, la largeur des fissures dans les éléments en PRF. Cependant, les codes de conception et les guidelines de calcul fournissent une valeur unique pour le coefficient d'adhérence (k[indice inférieur b]) en tenant compte des configurations de surface et en négligeant le type de barre en PRF, le diamètre de la barre, et le type de béton et de sa résistance. En outre, le code canadien S807-10 "Spécifications pour les polymères renforcés de fibres" fournit une étape en classant les barres en PRF par rapport à leur module d'élasticité (E[indices inférieurs frp]). Ces classifications ont été divisées en trois classes : Classe I (E[indices inférieurs frp]<50 GPa), Classe II (50 GPa [plus petit ou égal] E[indices inférieurs frp]< 60 GPa) et Classe III (E[indices inférieurs frp] [plus grand ou égal] 60 GPa). Ce programme de recherche vise à étudier expérimentalement le comportement en flexion des éléments en béton en service armé avec différents paramètres sous charges statiques. Le programme expérimental est basé sous plusieurs paramètres, dont les différents ratios de renforcement, différents types de barres (différentes classes comme classifiées par le CAN/CSA S807-10), le diamètre et la surface de la barre, la configuration ainsi que la résistance du béton. De plus, les recommandations actuelles de design pour les valeurs de k[indice inférieur b] et la vérification de la dépendance des valeurs de k[indice inférieur b] sur le type de barres (verre ou carbone), le diamètre des barres et le type de béton et sa résistance ont été étudiées. Le programme expérimental comprenait la fabrication et les essais sur 33 poutres à grande échelle, simplement appuyées et mesurant 4250 mm de long, 200 mm de large et 400 mm de hauteur. Vingt et sept poutres en béton ont été renforcées avec des barres en PRF à base de verre, quatre poutres en béton ont été renforcées avec des barres de PRF à base de carbone, et deux poutres ont été renforcées avec des barres en acier. Toutes les poutres ont été testées en flexion quatre points sur une portée libre de 3750 mm. Les paramètres d'essai étaient: le type de renforcement, le pourcentage d'armature, le diamètre des barres, configurations de surface et la résistance du béton. Les résultats de ces essais ont été présentés et discutés en termes de résistance du béton, de déflection, de la largeur des fissures, de déformations dans le béton et l'armature, de résistance en flexion et de mode de rupture. Dans les trois articles présentés dans cette thèse, le comportement en flexion et la performance des poutres renforcées de barres en PRFV et fabriquées avec un béton normal et un béton à haute performance ont été investigués, ainsi que les différentes classes de barres en PRFV et leurs configurations de surface. Les conclusions des investigations expérimentales et analytiques contribuent à l'évaluation des équations de prédiction de la déflection et des largeurs de fissures dans les codes de béton armé de PRF, pour prédire l'état de service des éléments en béton renforcés de PRF (déflection et largeur de fissures). En outre, à la lumière des résultats expérimentaux de cette étude, les équations de service (déflection et largeur des fissures) incorporées dans les codes et guidelines de design [ACI 440.1R-06, 2006; ISIS Manual No.3, 2007; CAN/CSA-S6.1S1, 2010; CAN/CSA-S806, 2012] ont été optimisées. En outre, les largeurs de fissures mesurées et les déformations ont été utilisées pour évaluer les valeurs courantes de k[indice inférieur b] fournies par les codes et les guidelines de calcul des PRF. En outre, les conclusions ne prennent pas en charge la valeur unique de k[indice inférieur b] pour les barres en PRF de types différents (carbone et verre) avec des configurations de surface similaires et s'est avéré être dépendant du diamètre de la barre