Post-fire bond behavior of post-installed rebars in concrete
Résistance en adhérence post-incendie des scellements chimiques d'armatures rapportées pour béton
Résumé
Post-installed rebars can be used to form connection between structural and non-structural elements in concrete structures using chemical mortars. These anchorage systems allow a fast and flexible installation process in civil engineering applications: renovation, extension and repair. In addition, they provide similar or even higher mechanical performances compared to other anchorage systems (mechanical and cast-in) at ambient temperature. Although post-installed rebars ensure high mechanical properties at ambient temperature, their behavior is mainly governed by that of the used mortar, which is sensitive to temperature variation. Consequently, their exposure to high temperature leads to the degradation of their behavior. Knowing that heat transfer continues in the concrete element during the post-fire phase, due to the relatively low diffusivity of concrete, it is necessary to take into account the behavior of post-installed rebars during this phase. The characterization of the post-fire bond behavior depending on the maximum reached temperature is therefore necessary. The objective of this thesis is to study the post-fire bond behavior of post-installed rebars in concrete in order to provide a post-fire assessment method. The study is divided into three levels: i. Determination of thermo-physical properties of concrete during the cooling phase by inverse analysis realized on experimental temperature profiles obtained by fire tests carried out at CSTB. The evolution of thermal diffusivity obtained by inverse analysis was then compared with that calculated according to EN 1992-1-2 for concrete during the heating phase. The temperature profiles being one of the inputs for the post-fire assessment method, the relevance of using the thermo-physical properties of concrete as stipulated by EN 1992-1-2 during the cooling phase has been studied. ii. Post-fire characterization of the bond behavior of PIRs through pull-out tests at different post-fire temperatures by varying the maximum reached temperature. These tests were carried out on post-installed rebars in concrete cylinders. Various heating temperatures between 50°C and 300°C, without reaching failure during the heating phase, were investigated. Results allowed to describe the post-fire bond behavior of PIRs according to the maximum reached temperature, and the temperature at which the post-fire pull-out test occurred. Results show that post-fire pull-out resistance increases with cooling time, as long as the decomposition temperature of the mortar is not reached during the test. Heating the samples beyond this temperature leads to irreversible degradation of the bond strength. This highlights the influence of the maximum reached temperature on the recovery of bond strength after high temperature exposure. iii. Study of the mechanical behavior of PIRs in the post-fire phase through post-fire pull-out tests carried out on PIRs installed in reinforced concrete beams, after exposure to standard ISO 834-1 fire. The experimentally obtained post-fire bond strength values were compared to the calculated values using the Resistance Integration Method, which is usually used for design of PIRs under fire conditions. The results allowed the validation of the Resistance Integration Method to assess the evolution of the bond strength during the post-fire phase.
Dans les structures en béton armé, les connexions entre les éléments structuraux ou non-structuraux peuvent être assurées par les scellements d'armature à l'aide d'une résine chimique. Ces systèmes d'ancrage permettent une flexibilité et une rapidité d'installation dans les applications en génie civil : rénovation, extension et réparation. En outre, ils assurent des performances mécaniques similaires voire supérieures à celles des autres systèmes d'ancrages à température ambiante (mécaniques et coulées en place). Bien que ces scellements chimiques présentent des capacités mécaniques élevées à température ambiante, leur comportement est principalement gouverné par celui des résines, qui est sensible à la variation de la température. Par conséquent, leur exposition à haute température entraîne la dégradation de leur comportement. Sachant que le transfert de chaleur se poursuit pendant la phase post-incendie à cause de la diffusivité thermique relativement faible du béton, il est nécessaire de prendre en compte le comportement des scellements chimiques d'armatures rapportées pour béton pendant cette phase. La caractérisation du comportement en adhérence post-feu en fonction de la température maximale atteinte est nécessaire. L'objectif de cette thèse est ainsi d'étudier le comportement en adhérence post-feu de ces systèmes dans le but d'apporter une méthode d'évaluation post-feu de leur résistance. L'étude est répartie sur trois niveaux : i. Détermination des propriétés thermo physiques du béton pendant la phase de refroidissement par analyse inverse à partir de données expérimentales (profils de température le long de l'ancrage au cours du chauffage/refroidissement) obtenues au CSTB. L'évolution de la diffusivité thermique obtenue par analyse inverse a été ensuite comparée à celle calculée par l'EN 1992-1-2 pour le béton pendant la phase de chauffage. Les profils de température étant une des données d'entrée pour la méthode d'évaluation post-feu, la pertinence d'utiliser pendant la phase de refroidissement les propriétés thermo-physiques du béton telles que stipulées par l'EN 1992-1-2 a été étudiée. ii. Caractérisation du comportement en adhérence de l'ancrage pendant la phase post-feu par le biais d'essais d'arrachement à différentes températures post-feu en variant la température maximale atteinte dans l'ancrage. Ces essais ont été réalisés sur des scellements chimiques dans des cylindres en béton. Différentes températures maximales variant de 50°C à 300°C, sans atteindre la rupture pendant la phase de chauffage, ont été investiguées. Les résultats ont permis de décrire le comportement en adhérence post-feu des scellements chimiques en fonction de la température maximale atteinte et la température à laquelle l'essai d'arrachement post-feu a été réalisé. Les résultats ont montré que la résistance en adhérence post-feu a tendance à augmenter avec l'augmentation du temps de refroidissement, tant que la température de décomposition de la résine n'est pas atteinte pendant l'essai. Le chauffage de l'ancrage au-delà de cette température entraine une dégradation irréversible de la résistance en adhérence. Ceci met en évidence l'influence de la température maximale atteinte sur la réversibilité du comportement de l'ancrage après son exposition à haute température. iii. Étude du comportement mécanique des scellements chimiques d'armatures dans la phase post-feu à partir des essais d'arrachement post-feu réalisés sur des scellements chimiques rapportés dans des poutres en béton armé, après exposition à un scénario de feu standard ISO 834-1. Les résistances post-feu expérimentales obtenues ont été comparées à celles calculées avec la méthode d'intégration des résistances utilisée pour le dimensionnement au feu des ancrages. Les résultats ont permis de valider l'utilisation de la méthode d'intégration des résistances pour l'évaluation de l'évolution de la résistance en adhérence pendant la phase post-feu.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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