Etude de l'évolution de la perméabilité du béton en fonction de son endommagement : transposition des résultats de laboratoire à la prédiction des débits de fuite sur site

Les enceintes de confinement des centrales nucléaires sont conçues pour assurer des propriétés de confinement et d'étanchéité précises en situations d'usage normal et en cas d'accident nucléaire, afin d'éviter la dissémination de radioéléments dans l'environnement. Ces enceintes étant construites en béton, la maîtrise de l'évaluation de la perméabilité du béton et de ses évolutions sous contraintes permettrait d'évaluer les débits de fuite susceptibles d'intervenir dans le temps sous certaines sollicitations. Jusqu'aujourd'hui, il existe plusieurs techniques de mesure de la perméabilité et ces techniques aboutissent à des résultats différents pour une même éprouvette de béton. La première étude que nous avons réalisée a été donc de proposer une normalisation de la mesure de la perméabilité : cette normalisation a abouti à la détermination d'une perméabilité caractéristique du béton et indépendante de la technique de mesure. Parallèlement à cette démarche, nous avons aussi proposé d'évaluer la perméabilité du béton à l'aide d'observables du Contrôle Non Destructif comme la permittivité et la résistivité électrique. Les résultats obtenus montrent la possibilité d'estimer la perméabilité dans les conditions du béton sur site. La deuxième étude réalisée est relative à la maîtrise de la perméabilité sous contraintes. Au laboratoire, nous avons étudié la perméabilité d'éprouvettes en béton de différentes tailles dans diverses conditions de séchage, de sollicitation thermique, d'endommagements mécanique et couplés. Nous avons ainsi pu établir des modèles perméabilité-endommagements en fonction de chaque source d'endommagement. La troisième étude réalisé porte sur la transposition des résultats de laboratoire au site, à travers l'utilisation de maquette d'enceinte nucléaire de dimensions plus importantes et représentatives de l'ouvrage réel (VeRCoRs à l'échelle 1/3). L'ensemble des résultats des deux premières études ont été mise à contribution et ont permis d'aboutir à des calculs des débits de fuite et des Temps d'Etablissement du Régime Permanent d'Ecoulement cohérents avec les hypothèses de calculs.The building reactor of the nuclear power plants are designed to provide precise containment and sealing properties in normal use situations and in the event of a nuclear accident, to prevent the spread of radioelements in the environment. Since these enclosures are made of concrete, controlling the evaluation of the permeability of concrete and its evolutions under stress would make it possible to evaluate the leakage rates that may occur over time under certain conditions. Until today, there are several techniques for measuring permeability and these techniques lead to different results for the same concrete specimen. The first study we carried out was therefore to propose a standardization of the permeability measurement: this standardization resulted in the determination of a characteristic permeability of concrete and independent of the measurement technique. In parallel with this approach, we also proposed to evaluate the permeability of concrete using observables from Non-Destructive Testing such as permittivity and electrical resistivity. The results obtained show the possibility of estimating the permeability under concrete conditions on site. The second study carried out relates to the control of the permeability under constraints. In the laboratory, we investigated the permeability of concrete specimens of different sizes under various conditions of drying, thermal stress, mechanical and coupled damage. We could establish permeability-damage models according to each source of damage. The third study carried out relates to the transposition from laboratory results to the site, using nuclear power plants mock-up of larger dimensions and representative of the actual structure (VeRCoRs at scale 1/3). All the results of the first two studies have been used and have led to calculations of leak rates and Time to Reach Steady State (TRSS) consistent with the calculation assumptions

Etude de l'évolution de la perméabilité du béton en fonction de son endommagement : transposition des résultats de laboratoire à la prédiction des débits de fuite sur site

The building reactor of the nuclear power plants are designed to provide precise containment and sealing properties in normal use situations and in the event of a nuclear accident, to prevent the spread of radioelements in the environment. Since these enclosures are made of concrete, controlling the evaluation of the permeability of concrete and its evolutions under stress would make it possible to evaluate the leakage rates that may occur over time under certain conditions. Until today, there are several techniques for measuring permeability and these techniques lead to different results for the same concrete specimen. The first study we carried out was therefore to propose a standardization of the permeability measurement: this standardization resulted in the determination of a characteristic permeability of concrete and independent of the measurement technique. In parallel with this approach, we also proposed to evaluate the permeability of concrete using observables from Non-Destructive Testing such as permittivity and electrical resistivity. The results obtained show the possibility of estimating the permeability under concrete conditions on site. The second study carried out relates to the control of the permeability under constraints. In the laboratory, we investigated the permeability of concrete specimens of different sizes under various conditions of drying, thermal stress, mechanical and coupled damage. We could establish permeability-damage models according to each source of damage. The third study carried out relates to the transposition from laboratory results to the site, using nuclear power plants mock-up of larger dimensions and representative of the actual structure (VeRCoRs at scale 1/3). All the results of the first two studies have been used and have led to calculations of leak rates and Time to Reach Steady State (TRSS) consistent with the calculation assumptions.Les enceintes de confinement des centrales nucléaires sont conçues pour assurer des propriétés de confinement et d'étanchéité précises en situations d'usage normal et en cas d'accident nucléaire, afin d'éviter la dissémination de radioéléments dans l'environnement. Ces enceintes étant construites en béton, la maîtrise de l'évaluation de la perméabilité du béton et de ses évolutions sous contraintes permettrait d'évaluer les débits de fuite susceptibles d'intervenir dans le temps sous certaines sollicitations. Jusqu'aujourd'hui, il existe plusieurs techniques de mesure de la perméabilité et ces techniques aboutissent à des résultats différents pour une même éprouvette de béton. La première étude que nous avons réalisée a été donc de proposer une normalisation de la mesure de la perméabilité : cette normalisation a abouti à la détermination d'une perméabilité caractéristique du béton et indépendante de la technique de mesure. Parallèlement à cette démarche, nous avons aussi proposé d'évaluer la perméabilité du béton à l'aide d'observables du Contrôle Non Destructif comme la permittivité et la résistivité électrique. Les résultats obtenus montrent la possibilité d'estimer la perméabilité dans les conditions du béton sur site. La deuxième étude réalisée est relative à la maîtrise de la perméabilité sous contraintes. Au laboratoire, nous avons étudié la perméabilité d'éprouvettes en béton de différentes tailles dans diverses conditions de séchage, de sollicitation thermique, d'endommagements mécanique et couplés. Nous avons ainsi pu établir des modèles perméabilité-endommagements en fonction de chaque source d'endommagement. La troisième étude réalisé porte sur la transposition des résultats de laboratoire au site, à travers l'utilisation de maquette d'enceinte nucléaire de dimensions plus importantes et représentatives de l'ouvrage réel (VeRCoRs à l'échelle 1/3). L'ensemble des résultats des deux premières études ont été mise à contribution et ont permis d'aboutir à des calculs des débits de fuite et des Temps d'Etablissement du Régime Permanent d'Ecoulement cohérents avec les hypothèses de calculs

Concrete permeability and damage : transposition of laboratory results to prediction of leakage rates on real structures

Les enceintes de confinement des centrales nucléaires sont conçues pour assurer des propriétés de confinement et d'étanchéité précises en situations d'usage normal et en cas d'accident nucléaire, afin d'éviter la dissémination de radioéléments dans l'environnement. Ces enceintes étant construites en béton, la maîtrise de l'évaluation de la perméabilité du béton et de ses évolutions sous contraintes permettrait d'évaluer les débits de fuite susceptibles d'intervenir dans le temps sous certaines sollicitations. Jusqu'aujourd'hui, il existe plusieurs techniques de mesure de la perméabilité et ces techniques aboutissent à des résultats différents pour une même éprouvette de béton. La première étude que nous avons réalisée a été donc de proposer une normalisation de la mesure de la perméabilité : cette normalisation a abouti à la détermination d'une perméabilité caractéristique du béton et indépendante de la technique de mesure. Parallèlement à cette démarche, nous avons aussi proposé d'évaluer la perméabilité du béton à l'aide d'observables du Contrôle Non Destructif comme la permittivité et la résistivité électrique. Les résultats obtenus montrent la possibilité d'estimer la perméabilité dans les conditions du béton sur site. La deuxième étude réalisée est relative à la maîtrise de la perméabilité sous contraintes. Au laboratoire, nous avons étudié la perméabilité d'éprouvettes en béton de différentes tailles dans diverses conditions de séchage, de sollicitation thermique, d'endommagements mécanique et couplés. Nous avons ainsi pu établir des modèles perméabilité-endommagements en fonction de chaque source d'endommagement. La troisième étude réalisé porte sur la transposition des résultats de laboratoire au site, à travers l'utilisation de maquette d'enceinte nucléaire de dimensions plus importantes et représentatives de l'ouvrage réel (VeRCoRs à l'échelle 1/3). L'ensemble des résultats des deux premières études ont été mise à contribution et ont permis d'aboutir à des calculs des débits de fuite et des Temps d'Etablissement du Régime Permanent d'Ecoulement cohérents avec les hypothèses de calculs.The building reactor of the nuclear power plants are designed to provide precise containment and sealing properties in normal use situations and in the event of a nuclear accident, to prevent the spread of radioelements in the environment. Since these enclosures are made of concrete, controlling the evaluation of the permeability of concrete and its evolutions under stress would make it possible to evaluate the leakage rates that may occur over time under certain conditions. Until today, there are several techniques for measuring permeability and these techniques lead to different results for the same concrete specimen. The first study we carried out was therefore to propose a standardization of the permeability measurement: this standardization resulted in the determination of a characteristic permeability of concrete and independent of the measurement technique. In parallel with this approach, we also proposed to evaluate the permeability of concrete using observables from Non-Destructive Testing such as permittivity and electrical resistivity. The results obtained show the possibility of estimating the permeability under concrete conditions on site. The second study carried out relates to the control of the permeability under constraints. In the laboratory, we investigated the permeability of concrete specimens of different sizes under various conditions of drying, thermal stress, mechanical and coupled damage. We could establish permeability-damage models according to each source of damage. The third study carried out relates to the transposition from laboratory results to the site, using nuclear power plants mock-up of larger dimensions and representative of the actual structure (VeRCoRs at scale 1/3). All the results of the first two studies have been used and have led to calculations of leak rates and Time to Reach Steady State (TRSS) consistent with the calculation assumptions

New approach for the measurement of gas permeability and porosity accessible to gas in vacuum and under pressure

International audienceThis study proposes new approaches for measuring the gas permeability and the accessible porosity of porous media. Two techniques are used: the usual permeameter, of the Cembureau type (measurement under pressure), and a new technique named a "double-cell" permeameter, based on a vacuum technique. Theoretical and experimental results point out that the apparent permeability measured in vacuum is proportional to the permeability measured under pressure. For a given pressure, the theoretical expression of the coefficients of proportionality leads to a quasi-constant value for a very large range of concrete permeability. A new equation is also proposed to evaluate the accessible porosity from the Time to Reach Steady State (TRSS) recorded during permeability tests. Concordance between the porosity accessible to gas obtained in this way and the porosity measured by the usual technique of hydrostatic weighing is discussed

Permeability and damage of partially saturated concrete exposed to elevated temperature

International audienceThis work analyses the impact of elevated temperature on the permeability and on the damage of concrete according to its saturation degree. The Young Modulus and gas permeability were measured on samples with different initial saturation degrees that were subjected to thermal loading (80, 150 and 200 °C). These conditions were defined to simulate the hydrothermal loading of nuclear plant concrete in case of accident. To analyse the behaviour of concrete exposed to high temperature, it is necessary to distinguish the effects of water saturation and the impact of damage on permeability. Experimentations shows that concrete with high saturation degree can be permeable to air after thermal loading, while it was not permeable before the loading. Relations are proposed to link the permeability variation to temperature according to the initial saturation degree of the concrete and to evaluate the permeability variation from the induced damage

IMPACT OF REINFORCEMENT AND INDUCED CRACKING ON GAS TRANSFER IN CONCRETE

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Impact of reinforcement-concrete interfaces and cracking on gas transfer in concrete

International audienceThe durability of reinforced concrete structures is largely impacted by their transfer properties, which can be evaluated through, for example, permeability measurement. Usually, concrete permeability is studied on plain specimens and the effect of the presence of steel bars on permeability in reinforced concrete has been little studied in the literature. The steel-concrete interface presents a larger porosity than plain concrete, which can be the cause of preferential percolation paths for fluids. Such percolation paths could create a lower resistance to fluid transfer and modify transfer kinetics. For reinforced and prestressed structures with large reinforcement contents, such as found in nuclear power plants, the impact of the reinforcement on gas transfer should be identified to obtain a better assessment of the flow within the structure. The aim of this experimental study is to characterize the effect of the presence of reinforcement on such flows by measuring leakage rates, permeability, and time to reach the steady state. Measurements were performed with a Cembureau constant head permeameter on cylindrical concrete specimens with or without steel bars. Since gas transfer into concrete depends on the rate of saturation of the material, the specimens were tested at different degrees of saturation: 0%, 6%, 30%, 60%, 80%, 90% and 100%. The analysis quantifies the impact of the defects created by the steel bar for each state. The results show that material composed of concrete and reinforcement can be divided into two distinct permeability zones: the plain concrete and the steel - concrete interface with or without cracking. These two zones can be associated in series and/or in parallel according to the configuration. The consequences on permeability measurement in reinforced structures are discussed

Numerical analysis of concrete permeability measurements in laboratory and in field

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Non-destructive measurements for the evaluation of the air permeability of concrete structures

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In-field measurement and numerical modelling of air leakage in concrete: From laboratory specimen to structural full-scale

International audienceThis work estimates air leakage through concrete porosity for structures by using data obtained in field combined with stochastic finite element (SFE) modelling. For this purpose, a methodology is proposed to evaluate permeability under representative over-pressurization conditions based on in-field measurements under vacuum. This makes it possible to investigate the air leakage through the inner wall of a 1:3 scaled nuclear vessel named the VeRCoRs mock up. Measurements are made for over 80 points scattered on the external face of the inner wall of the structure. Based on the data collected, a statistical analysis quantifies the spatial variation of permeability and contributes to the building of an SFE model of air leakage at the structural scale. Measured and predicted data are in good agreement on the service life of the structure. This shows the relevance of combining in-field measurements during an operational phase and the SFE modelling for better valuation of the structural performance. The lessons learnt from the present work could be useful for the assessment of all structures with durability or mechanical issues that induce a continuous loss of tightness