Hiệu quả của các phương pháp không phá hủy trong đánh giá các công trình bị ảnh hưởng bởi phản ứng phồng nội bộ: tổng quan về các phương pháp điện, địa chấn và âm thanh dựa trên trải nghiệm tại phòng thí nghiệm và hiện trường

Springer Science and Business Media LLC - Tập 39 - Trang 65-76 - 2017
O. Omikrine Metalssi1, B. Godart1, F. Toutlemonde1
1Bridges and Structures Department, Experimental and Numerical Analysis of Structures (IFSTTAR-PARIS), Paris-Est University, IFSTTAR, Paris, France

Tóm tắt

Các phản ứng phồng nội bộ (ISR) (chủ yếu bao gồm phản ứng kiềm-silica, phản ứng kiềm-carbonat, hình thành ettringite muộn, v.v.) là những quá trình gây hư hại ảnh hưởng đến độ bền lâu dài của các công trình bê tông. Các phản ứng này thường được đặc trưng bởi một loạt các vết nứt chật hẹp, gần nhau với các vết nứt rộng xuất hiện ở khoảng cách đều nhau, và căng thẳng kéo một cách quá mức trong các thanh thép. Các hiện tượng này gây lo ngại cho các nhà quản lý cấu trúc bị ảnh hưởng, vì họ liên quan đến sự an toàn của con người và hoạt động của cấu trúc. Hơn nữa, không có cách nào dễ dàng để ngăn chặn các phản ứng này. Dự đoán sự giãn nở của bê tông, suy giảm cấu trúc, và đánh giá hiệu quả cũng như chu kỳ của các công việc sửa chữa là những vấn đề quan trọng. Mục đích của công trình này là khám phá khả năng áp dụng của một số kỹ thuật không phá hủy (NDT) trong các cuộc điều tra (phương pháp điện, địa chấn và âm thanh) để phân biệt các khu vực cấu trúc bị ảnh hưởng hoặc không bị ảnh hưởng bởi ISR trong các điều kiện tiếp xúc khác nhau. Kinh nghiệm thu thập được làm nổi bật rằng sự kết hợp giữa một số phương pháp không phá hủy (ND) có thể giảm thiểu sự không chắc chắn của phép đo và loại bỏ các yếu tố có thể ảnh hưởng đến việc xác định các phần cấu trúc bị ảnh hưởng bởi ISR. Tuy nhiên, để đánh giá lại đầy đủ cấu trúc, cũng cần tham chiếu đến khảo sát hình học/topographic toàn cầu và các phương pháp phân tích phá hủy trên một số mẫu cốt lõi để phân tích hóa học, địa hóa học và đo lường sự giãn nở còn lại.

Từ khóa

#phản ứng phồng nội bộ #bê tông #phương pháp không phá hủy #kỹ thuật điện #kỹ thuật địa chấn #kỹ thuật âm thanh #đo lường độ bền

Tài liệu tham khảo

Taylor, H.F.W., Famy, C., and Scrivener, K.L., “Delayed Ettringite Formation,” Cement and Concrete Research 31(5):683–693 (2001). Martin, R.-P., Bazin, C., and Toutlemonde, F., “Alkali Aggregate Reaction and Delayed Ettringite Formation: Common Features and Differences,” Proceedings of the 14th International Conference on AAR in Concrete, Austin, Texas, USA (2012). Godart, B., Mahut, B., Fasseu, P., and Michel, M., “The Guide for Aiding to the Management of Structures Damaged by Concrete Expansion in France,” Proceedings of the 12th International Conference on AAR in Concrete, Beijing, China, pp. 1219–1227 (2004). Martin, R.-P., Renaud, J.-C., Multon, S, and Toutlemonde, F., “Structural Behaviour of Plain and Reinforced Concrete Beams Affected by Combined AAR and DEF,” Proceedings of the 14th International Conference on AAR in Concrete, Austin, Texas, USA (2012). Li, K., Coussy, O., and Larive, C., “Modélisation chimico-mécanique du comportement des bétons affectés par la réaction d’alcali-silice. Expertise numérique des ouvrages d’art dégradés,” Etudes et recherches des LPC, OA43, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, Paris (2004). Seignol, J.-F., Baghdadi, N., and Toutlemonde, F., “A Macroscopic Chemo-Mechanical Model Aimed at Re-assessement of DEF Affected Concrete Structures,” First International Conference on Computational Technologies in Concrete Structures, Jeju, Korea, pp. 422–440 (2009). Omikrine-Metalssi, O., Le, V.-D., Rigobert, S., Humbert, P., Seignol, J.-F., and Toutlemonde, F., “Integration of Contact Elements in RGIB-Modulus of the Finite Element Program ≪ CESAR-LCPC ≫: Application to Structures Affected by Internal Swelling Reactions, 7th International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures FraMCoS7, Jeju, Korea, pp. 568–575 (2010). Omikrine-Metalssi, O., Seignol, J.-F., Le, V.-D., Aïtsi, M., Rigobert, S., Toutlemonde, F., and Boldea, L., “Integration of Contact Elements and Creep in RGIB-Modulus of the Finite Element Program “CESAR-LCPC”: Application to Structures Affected by Internal Swelling Reactions,” HYDRO 2010 “Meeting Demands for a Changing World”, International Conference and Exhibition, Lisbon, Portugal, p. 9 (September 27–29, 2010) (proc. on CD-Rom). Swamy, R.N., and Al-Asali, M.M., “Engineering Properties of Concrete Affected by Alkali-Silica Reaction,” ACI Materials Journal 85(5):367–374 (1988). Monette, L.J., Gardner, N.J., and Grattan-Bellew, P.E., “Residual Strength of Reinforced Concrete Beams Damaged by Alkali-Silica Reaction - Examination of Damage Rating Index method,” ACI Materials Journal 99(1):42–50 (2002). Ono, K., and Taguchi, M., “Long-Term Behavior of AAR Bridge Pier and the Internal Deterioration,” Proceedings of the 11th CIRAG, Québec, Canada, pp. 1167–1174 (2000). Kojima, T., Hayashi, H., Kawamura, M., and Kuzume, K., “Maintenance of Highway Affected by AAR,” Proceedings of the 11th CIRAG, Québec, Canada pp. 1159–1166 (2000). Amasaki, S., and Takagi, N., “The Estimate for Deterioration due to Alkali-Silica Reaction by Ultrasonic Spectroscopy,” Proceedings of the 8th CIRAG, Kyoto, Japan, pp. 839–844 (1989). Poyet, S., Etude de la dégradation des ouvrages en béton atteints par la réaction alcali silice : Approche expérimentale et modélisation numérique multi-échelles des dégradations dans un environnement hydro-chemo-mécanique variable, PhD Thesis, University of Marne la Vallée, France (2003). Martin, R.-P., Analyse sur structures modèles des effets mécaniques de la réaction sulfatique interne du béton, PhD Thesis, University of Marne la Vallée, France (2010). Omikrine-Metalssi, O., Aït-Mokhtar, A., Turcry, P.H., and Ruot, B., “Consequences of Carbonation on Microstructure and Drying Shrinkage of a Mortar with Cellulose Ether,” Construction and Building Materials 34:218–225 (2012). Omikrine-Metalssi, O., and Aït-Mokhtar, A., “A Proposed Methodology for Quantitative Investigation of Carbonation in Polymer Modified Mortars,” Experimental Techniques 33(6):59–65 (2009). Aït-Mokhtar, A., Amiri, O., Poupard, O., and Dumargue, P. “A New Method for Determination of Chloride Flux in Cement-Based Materials from Chronoamperometry,” Cement and Concrete Composites 26(4):339–345 (2004). Laurens, S., Balayssac, J.-P., Rhazi, J., Klysz, G., and Arliguie, G., “Non-Destructive Evaluation of Concrete Moisture by GPR: Experimental Study and Direct Modeling,” Materials and Structures 38:827–832 (2005). Dérobert, X., Iaquinta, J., Klysz, G., and Balayssac, J.-P., “Use of Capacitive and GPR Techniques for the Non-Destructive Evaluation of Cover Concrete,” NDT&E International 41:44–52 (2008). Barnes, C., Trottier, J.-F., and Forgeron, D., “Improved Concrete Deck Evaluation Using GPR by Accounting for Signal Depth-Amplitude Effects,” NDT&E International 41:427–433 (2008). Hugenschmidt, J., and Loser, R., “Detection of Chlorides and Moisture in Concrete Structures with GPR,” Materials and Structures 41:785–792 (2008). Sbartai, Z.M., Laurens, S., Balayssac, J.-P., Arliguie, G., and Ballivy, G., “Ability of the Direct Wave of Radar Ground-Coupled Antenna for NDT of Concrete Structures,” NDT&E International 39:400–407 (2006). Klysz, G., Lataste, J.-F., Fnine, A., Dérobert, X., Piwakowski, B., and Buyle-Bodin, F., “Auscultation non destructive du chevêtre du pont de la Marque (59): combinaison de techniques,” Revue Européenne de Génie Civil 10:7–24 (2006). Rivard, P., and Saint-Pierre, F., “Assessing Alkali-Silica Reaction Damage to Concrete with Non-Destructive Methods: From the Lab to the Field,” Construction and Building Materials 23:902–909 (2009). Villain, G., Dérobert, X., and Abraham, O., “Complémentarité de techniques non destructives pour déterminer les propriétés de différents bétons hydrauliques,” Journ. Nat. Cofrend, Toulouse, p. 8 (2008). Breysse, D., and Abraham, O., “Méthodologie d’évaluation non destructive de l’état d’altération des ouvrages en béton,” Presses des Ponts et Chaussées, Paris, p. 555 (2005). Polder, R., “RILEM TC 154-EMC: Electrochemical Techniques for Measuring Metallic Corrosion—Test methods for On Site Measurement of Resistivity of Concrete,” Materials and Structures 33:603–611 (2000). Lataste, J.-F., Évaluation Non Destructive de l’état d’endommagement des ouvrages en béton armé par mesures de résistivités électriques, PhD Thesis, University of Bordeaux I, p. 295 (2002). Beck, Y.-L., Evaluation de l’état hydrique d’un sol fin par méthodes électriques et électromagnétiques: Application géotechnique PhD Thesis, University of Nantes, p. 303 (2008). Rivard, P., Ballivy, G., Rhazi, J., Al-Wardany, R., Guissi, G., and Dous, O., “Suivi et caractérisation de la RAG par techniques non destructives,” 10e Colloque sur la progression de la recherche québécoise sur les ouvrages d’art, University of Laval, p. 8 (2003). Rivard, P., Naar, S., Sbartaï, M. Z., and Fournier, B., “Couplage de méthodes non destructives pour l’évaluation de l’endommagement du béton,” 12e Colloque sur la progression de la recherche québécoise sur les ouvrages d’art, University of Laval, p. 12 (2005). Sargolzahi, M., Kodjo, S.A., Rivard, P, and Rhazi, J., “Effectiveness of Non-Destructive Testing for the Evaluation of Alkali-Silica Reaction in Concrete,” Construction and Building Materials 24:1398–1403 (2010). EN 12504-4, “Testing Concrete in Structures—Part 4: Determination of Ultrasonic Pulse Velocity,” European Norm. Bungey, J.H., “The Validity of Ultrasonic Pulse Velocity Testing of In-Place Concrete for Strength.” Non Destructive Testing international 13(6):296–300 (1980). Jenkins, R.S., “Non Destructive Testing: An Evaluation Tool,” Concrete International: Design and Construction 7:22–26 EN 13791, “Assessment of Concrete Compressive Strength in Structures or in Precast Concrete Products,” European Standard. Guedon, J.S., and Caude, J., “Recherche CEBTP-LCPC sur l’alcali-réaction: techniques de mesures,” Rapport de recherche n°512, Mars-Avril 1993. Saint-Pierre, F., Rivard, P., and Ballivy, G., “Measurement of Alkali–Silica Reaction Progression by Ultrasonic Waves Attenuation,” Cement and Concrete Research 37:948–956 (2007). Al Wardany, R., Ballivy, G., and Rivard, P., “Condition Assessment of Concrete in Hydraulic Structures by Surface Wave Non-Destructive Testing,” Materials and Structures 42:251–261 (2009). Gudmundsson, G., “Detection and Mapping of Alkali-Silica Damaged Areas in Concrete Structures with Non-Destructive Techniques,” Proceedings of the 12th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete, Beijing, China, pp. 865–869 (2004). Nakagawa, H., Yokota, M., Matsuda, K., and Matsushima, M., “Prediction Method for Properties of Concrete on Ultrasonic Non-Destructive Testing,” Proceedings of the 13th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete, Trondheim, Norway, p. 9 (2008). Hiroi, Y., Manabe, H., Ihaya, T., Ookubo, T., and Miyagawa, T., “Experimental Study on the Long-Term Properties of Prestressed Concrete Members Affected by Alkali-Silica Reaction (ASR),” Proceedings of the 13th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete, Trondheim, Norway, p. 10 (2008). Wen, H.-X., and Wang, Y., “Formulae for Estimating AAR Expansion in Concrete Structures Based on Ultrasonic Pulse Velocity Measurement,” Proceedings of the 13th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete, Trondheim, Norway, p. 6 (2008). Doebling, S.W., Farrar, C.R., Prime, M.B., and Shevitz, D.W. “Damage Identification and Health Monitoring of Structural and Mechanical Systems from Changes in Their Vibration Characteristics: A Literature Review,” Los Alamos National Laboratory Report LA-13070-MS (1996). Alvandi, A. Contribution à l’utilisation pratique de l’évaluation dynamique pour la détection d’endommagements dans les Ponts, PhD dissertation, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées (2003). Ren, W.X., and Zong, Z.H. “Output-only Modal Parameter Identification of Civil Engineering Structures,” Structural Engineering and Mechanics 17(3–4): 2004. Siegert, D., Multon, S., and Toutlemonde, F., “Resonant Frequencies Monitoring of Alkali Aggregate Reaction (AAR) Damaged Concrete Beams,” Experimental Techniques 29(6):37–40 (2005). Cornwell, P.J., Farrar, C.R., Doebling, S.W., and Sohn, H. “Environmental Variability of Modal Properties, Experimental Techniques 23(6):45–48 (1999). Rivard, P., Ballivy, G., Gravel, C, and Saint-Pierre, F., “Monitoring of an hydraulic structure affected by ASR: A case study,” Cement and Concrete Research 40:676–680 (2010). Kharrat, Y., Rhazi, J., Ballivy, G., and Côte Ph., “Auscultation des structures hydrauliques en béton par tomographie sonique” Canadian Journal of Civil Engineering 22:1072–1083 (1995).