Mechanical threshold of cementitious materials at early age

Abstract

At early age, the mechanical characteristics of concrete, such as Young's modulus, follow a rapid rate of change. If strains are restricted or in the event of strain gradients, tensile stresses are generated and there is a risk of cracks occurring. Besides relaxation, change in Young's modulus as a function of the degree of hydration is a major parameter for the modeling of this phenomenon. In this evolution, a threshold of the degree of hydration has to be taken into account, below which concrete displays negligible stiffuess. For cement pastes, a simplified hydration model shows that percolation of the solid phases depends on the w/c ratio, which is in accordance with experimental results. On the other hand, for mortar or concrete, the presence of aggregates means that the solid volumetric fraction is such that percolation is observed before hydration occurs. Therefore another parameter is introduced: cohesion due to hydration products. By coupling our model with a finite-element code (CAST3M), it is shown that the threshold for Young's modulus in mortar is almost independent of the w/c ratio, which is in accordance with experimental results.Aujeune age, les caracteristiques mecaniques du beton, telles que le module d'Young, suivent une evolution rapide. Si les deformations sont genees, ou s 'if existe des gradients de deformation, des contraintes de traction sont generees et il y a un risque de fissuration. La variation du module d'Young enfonction du degre d'hydratation est un parametre majeur pour Ia modelisation de ce phenomene. Dans cette evolution, un seuil d'hydratation en de9a duquel Ia rigidite du beton est negligeable doit etre pris en compte. Pour des pates de ciment, un modele simplijie d'hydratation montre que la percolation des phases so/ides depend du rapport eau sur ciment, ce qui est en accord avec les resultats experimentaux. Pour les mortiers et les betons, Ia presence des granulats a pour consequence que Ia percolation de la fraction sol ide est observee meme pour un degre d'hydratation nul. C'est pourquoi nous introduisons un autre parametre : Ia cohesion due aux hydrates formes. En introduisant notre modele dans un code de calcul aux elements finis (CAST3M), nous montrons que le seuil d'hydratation du module d'Young du mortier est pratiquement independant du rapport eau sur ciment, ce qui est en accord avec les resultats experimentaux