Ce mémoire de maîtrise présente les résultats de l’évaluation de l’endommagement d’une série de 35 éprouvettes de béton préalablement testés pour la réaction alcalis-silice (RAS) lors d’essais sur prismes de béton effectués dans le cadre du projet norvégien COIN. Ces prismes, confectionnés avec une variété de granulats réactifs et de matériaux cimentaires, ont été testés dans différentes conditions de laboratoire conformément à plusieurs normes d’essais utilisés en Amérique du Nord et en Europe. Pour évaluer l’endommagement du béton, une méthode pétrographique de quantification de l’endommagement du béton a été utilisée, soit le Damage Rating Index (DRI). Lors de cet essai, un pétrographe comptabilise les indices d’endommagement à l’aide d’un stéréomicroscope (grossissement 15x) sur une plaque de béton polie, afin d’en identifier le nombre DRI. Cet essai est de plus en plus utilisé en Amérique du Nord; cependant, aucune procédure d’essai normalisée n’est encore disponible. Les objectifs de cette étude étaient 1), d’évaluer la répétabilité attribuable au même opérateur, 2), d’évaluer l’applicabilité du DRI à l’analyse spatiale de l’endommagement d’un même spécimen, 3), de valider si la méthode est efficace pour des bétons incorporant des ajouts cimentaires et 4), de confirmer si des indices pétrographiques attribuables à la RAS peuvent être observés à l’échelle du DRI sur des spécimens ayant atteint une expansion près de la limite de 0.040% ou moins. La variabilité attribuable au même opérateur a été déterminée par ANOVA à l’aide d’un logiciel de statistique permettant d’analyser la variance dite «ponctuelle» à l’échelle d’un cm². Les résultats ainsi obtenus démontre que l’expérience de l’opérateur influence grandement la variabilité des résultats de l’essai, alors qu’une certaine expérience est requise pour obtenir une constance raisonable dans la réalisation de l’essai. Cela dit, une certaine variabilité demeure toujours présente, puisqu’un coefficient de variation ponctuel très élevé allant de 61.0 à 120.4% a été obtenu pour un opérateur expérimenté. Cette variabilité est directement reliée à l’endommagement du spécimen, i.e. pour un endommagement plus élevé, une variabilité (relative) plus faible est obtenue. En utilisant la théorie de l’échantillonage, une équation permettant d’évaluer la marge d’erreur (seuil de confiance de 95%) correspondant à l’incertitude intrumentale sur un nombre DRI obtenu par l’opérateur de cette étude sur un certain nombre de cm² a été obtenue. Bien que les coefficients de variation ponctuels obtenus soient très élevés, l’incertitude d’un même opérateur à l’échelle d’une surface suffisamment grande (± 200 cm²) est de ≈11% (dépendant du niveau d’endommagement), ce qui est comparable à l’incertitude liée la répétabilité (intra-laboratoire) mesurée pour plusieurs autres essais fréquemment utilisés tels que l’ASTM C457 (≈16%) ou l’ancienne RILEM AAR-3 (≈16-23%). Trois méthodes d’analyse spatiale de l’endommagement à partir du DRI ont été développées lors de cette étude, soit 1), l’évaluation du profil d’endommagement du béton par l’entremise de groupe de lignes (i.e. peau vs cœur selon l’axe longitudinal de l’éprouvette); 2), l’évaluation du profil d’endommagement du béton par l’entremise de zones d’égale dimension (e.g. 50 cm²) situées d’une extrémité à l’autre de l’éprouvette (sommet vers la base); 3), une carte d’intensité de l’endommagement (DRI damage map) permettant une appréciation qualitative/visuelle de la variabilité de l’endommagement sur la surface entière de l’éprouvette. Les résultats obtenus démontrent que le DRI est assez sensible pour permettre l’analyse spatiale de l’endommagement pour un même spécimen si les variations d’endommagement locales sont présentes sur une surface suffisamment grande, c’est-à-dire ± 50 cm². Cependant, le DRI damage map est considéré comme l’outil le moins fiable. L’analyse spatiale de l’endommagement des prismes de béton suggère que certains mélanges cimentaires ou certaines conditions de laboratoire (e.g. lessivage des alcalis ou enveloppement des éprouvettes dans un tissu préalablement trempé dans une solution alcaline) peuvent générer différents patrons de fissuration à l’intérieur du prisme. L’examen visuel par la méthode du DRI de prismes de béton manufacturés à partir de mélanges cimentaires différents (avec et sans ajouts cimentaires) ayant une expansion similaire a démontré qu’un niveau d’endommagement non négligeable peut parfois être observé dans des bétons incorporant des ajouts cimentaires mais relativement peu affectées par la RAS. Ces valeurs de DRI plus élevées sont entièrement causées par la présence de fines fissures dans le pâte de ciment. Il est suggéré que ces fissures résultent d’un autre mécanisme d’endommagement, tel que le retrait, et/ou que l’augmentation du contraste de couleur entre la pâte de ciment et ces fissures permet à l’opérateur de plus facilement les distinguer. Ce type de fissures a en effet été identifié principalement pour des bétons incorporant du laitier de hauts-fourneaux alors qu’elles ne furent pas observées pour les bétons fabriqués avec des cendres volantes. L’examen pétrographique des prismes ayant subi une expansion entre 0.022 et 0.041% a démontré que plusieurs indices pétrographiques reliés à la RAS peuvent être observés à l’aide d’un stéréomicroscope à l’échelle du DRI (grossissement de 15x), et ce même à ce niveau d’expansion. De plus, certains indices d’endommagement attribuables à la RAS, tels que les fissures ouvertes dans les particules de granulat avec produits de réaction et les fissures dans la pâte de ciment avec produits de réaction,ont pu être observés à quelques reprises sur ces bétons faiblement endommagés. Cela mène à la conclusion que la RAS peut bel et bien être diagnostiquée lors de l’examen visuel d’une plaque de béton polie à l’échelle du DRI, et ce à une expansion aussi faible que 0.022%. / This MSc dissertation provides the results of quantitative damage assessments, using the Damage Rating Index (DRI) method and petrographic examination, of 35 concrete prisms that were manufactured with different aggregates and binders as well as being exposed to different testing conditions through the Norwegian COIN project. Visual examination of the test prisms was conducted with a stereomicroscope at a ≈15x magnification along with damage assessment through DRI. The objectives of the study were 1) to appraise the single operator variability of the DRI method, 2) appraise the “sensivity” of the method to apply damage spatial analysis within the same specimen,3) validate whether the method is suited for the damage assessment in concrete incorporating SCMs and 4) confirm whether petrographic features of ASR can be identified at the DRI scale on specimens with an expansion close to the limit of 0.040% or lower. Upon replicate DRI determinations on eight specimens, the single operator variability was determined for each square (cm²) within the test specimens by ANOVA. The results obtained highlighted that the experience of the operator significantly influences the single operator variability and that a certain experience is required before achieving a reasonable consistency. The single operator variability determined at the scale of each square is considerably high with coefficients of variation ranging between 61.0 and 120.4%, depending on the magnitude of the DRI number of the specimen. The latter is directly influenced by the damage level of the specimen, i.e. the more damage -the lower the variability (from a relative point of view). By applying the sampling theory to the single operator variability found in this study, a margin of error related to the instrumental measurement uncertainty was determined. It was found that the instrumental measurement uncertainty of the method (i.e. the repeatability of the measuring instrument) for an experienced operator is equal to ≈11% (depending on the damage degree) when analysing approximately 200 cm². The latter can be compared to other test methods frequently used in laboratories like the former AAR-3 (≈16-23%) or the ASTM C457 (≈16%). Three DRI spatial analysis tools were developed for this study, i.e. 1) the DRI damage mapping, 2) the analysis of grouped lines and 3) the damage profile. In summary, the DRI damage mapping consists in analysing the DRI number of each square separately and classifying them with a color code depending on the damage degree, hence qualitatively/visually identify damage contrast. The analysis of grouped lines consists in separating the specimen in grouped lines of equal distance (laterally) from the prism’s surface and assessing individually their respective DRI values within the specimen. The damage profile consists in separating the prism in zone of equal areas (4 or 9, depending on the prism size) from the top to the bottom and assess their respective DRI number. According to the results obtained in this study, the DRI method is “sensitive” enough for damage spatial analysis if local damage variations are present within an area large enough, i.e. ± 50 cm², although the DRI damage mapping is the less reliable of the above tools. Otherwise, the method’s single-operator precision (i.e. repeatability) is not highenough to provide a relatively good indication of the extent of damage variations at such small scale. Overall, the damage assessed within prisms suggest that some binder types or exposure conditions (e.g. alkali leaching or alkali wrapping) may induce certain internal damage variations. Comparing the damage degree of prisms with equal expansion but different binder types (with and without SCMs) revealed a somewhat higher degree of damage assessed through the DRI method for some SCM-bearing specimens. In this study, the use of fly ash was found to have no effect on DRI number, whereas an increase in DRI number was found for specimens of similar expansion incorporating slag. This damage increment is largely due to an increase of counted cracks in the cement paste, which is believed to be either caused by another damage mechanism (such as shrinkage) or the higher contrast between the whitish cracks and the darker cement paste making them easier to be noticed by the operator. Even for specimens with an expansion between 0.022 to 0.041%, several ASR petrographic features like voids of the cement paste filled/lined with secondary reaction products or reaction rims (depending on the aggregate type) can be noticed when conducting the DRI (with a stereomicroscope at ≈ 15x magnification). Other ASR damage features like opened cracks in the aggregate particles with reaction products or cracks in the cement paste with reaction products were also noticed in those specimens, although rare.This leads to the conclusion that ASR can be diagnosed visually when performing DRI determination on concrete specimens with an expansion as low as 0.022%.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/66959 |
| Date | 17 February 2021 |
| Creators | Champagne, Mathieu |
| Contributors | Fournier, Benoit, Duchesne, Josée. |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | mémoire de maîtrise, COAR1_1::Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise |
| Format | 1 ressource en ligne (xvii, 282 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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