Effect of sustained loading at early ages on the modulus of elasticity of cement paste

Abstract

Conventional tests to determine modulus of elasticity are usually associated with the effects of loadings of very short duration. However, continually increasing load during the early age can produce an increase in the modulus of elasticity due to a form of body compaction by «maturing» creep. The paper compares the results of a test in which a specimen was loaded at 1 day, kept at a constant stress-strength ratio and periodically unloaded and reloaded and a series of specimens were loaded at various ages ranging from 1 day to 29 days. Low temperature tests where hydration was stopped by cooling to −11 °C are also included.

Résumé

Les essais de module d'élasticité conventionnels sont généralement en rapport avec les effets des charges de très courte durée. Cependant, l'application aux premiers âges d'une charge continuellement croissante peut déterminer une augmentation du module d'élasticité du béton due à une forme d'épaississement par compactage provoqué par le «fluage de maturation». Dans cet article, on compare les résultats d'un essai où une éprouvette a été chargée à un jour et maintenue à un rapport constant contrainte-résistance et périodiquement déchargée et rechargée avec ceux fournis par plusieurs éprouvettes chargées à différents âges entre 1 et 29 jours.

On s'est servi pour ces essais de ciment à haute résistance initiale ayant des rapports E/C de 0,3 et 0,5. Pour l'étude à température normale, conservation et essais se sont faits dans une ambiance maintenue à 24 °C et à 75 % H.R. La moitié des éprouvettes d'essai à température normale ont été confinées au démoulage afin de simuler les conditions de cure dans la masse et d'éliminer le retrait de carbonatation, tandis que pour les autres éprouvettes, seules les faces étroites des prismes de 7,6×12,7×35,6 cm ont été confinées afin de réaliser un séchage unidimensionnel. On a effectué aussi un essai à basse température afin de déterminer si c'était le processus de maturation luimême qui causait l'augmentation des valeurs des constantes élastiques aux premiers âges, ou si cela était dû au type de structure établi avant chargement. Afin d'éliminer le processus d'hydratation, on a refroidi à—11 °C les éprouvettes avant et pendant le chargement. A cette température, il est apparu que la vitesse de réaction était négligeable. Les éprouvettes de cette série ont subi le même traitement que celles qui ont été confinées à température ambiante, sauf qu'elles ont séjourné un jour dans la chambre de refroidissement.

Toutes les éprouvettes ont été chargées 28 jours. Pour le ciment spécifique utilisé, la plus grande partie de l'hydratation s'est accomplie avant ou pendant l'essai de charge entretenue. On s'est servi de cylindres de 5,1×10,2 cm pour la résistance à la compression. L'accroissement continuel de charge a été réalisé à l'aide d'un système de chargement pneumatique. On a mesuré les déformations au moyen d'une jauge mécanique (sensibilité ±10⁻³ mm) sur une longueur de mesure de 10 cm.

La procédure d'essai impliquait la coulée simultanée des prismes et des cylindres. Partant d'une valeur connue −10 % de la résistance à la compression à 1 jour—la charge a été augmentée par étapes de telle sorte que soit maintenu un rapport moyen contrainterésistance de 0,15. Les éprouvettes sous charge entretenue ont été déchargées et rechargées périodiquement à partir du moment où les constantes élastiques ont été déterminées. Le chargement des éprouvettes témoins d'une série donnée comprenait simplement l'enregistrement des lectures de référence, le positionnement et le centrage des éprouvettes dans les bâtis de charge, puis l'application de la charge. Les éprouvettes témoins ont été à tous moments soumises à la même contrainte que l'éprouvette d'essai chargée.

En confrontant l'âge et les valeurs du module d'élasticité, il est apparu que les éprouvettes de maturation sous charge continuellement croissante avaient un module d'élasticité plus élevé que les éprouvettes témoins. Si l'hydratation était arrêtée avant chargement, après une période de conservation normale, le gain de module d'élasticité sous charge entretenue paraissait très faible. Une augmentation plus grande de la valeur de ce module à température ambiante semble avoir pour cause première le «fluage de maturation».