Strain compatibility between HPFRCC and steel reinforcement: Fid-Bau Portal

Strain compatibility between HPFRCC and steel reinforcement

Fantilli, A. P. / Mihashi, H. / Vallini, P.

Abstract To build reinforced concrete structures able to mitigate steel corrosion produced by environmental attack, a reduced crack width should appear in tensile concrete. At least in the serviceability stage, fibers added to ordinary concrete could be a way to satisfy this requirement. Depending on the type, on the volume content and on the aspect ratio of fibers, FRC (fiber reinforced concrete) can show a higher ductility and sometimes a higher tensile strength than ordinary concrete. However, with or without fibers, concrete cannot produce tensile strains totally compatible with those of the steel rebars. To overcome this problem, new FRCs, called High Performance Fiber-Reinforced Cementitious Composites (HPFRCC), have been recently tailored to develop an ultra-high ductility. In these composites, since the strain at maximum stress is higher than the steel strain at yielding, strain incompatibility vanishes. In the present paper, in order to prove the existence of compatible strains between steel and HPFRCC, numerical results and experimental measurements are compared. This is possible by introducing a mechanical model of tension-stiffening, and by referring to tests to reinforced HPFRCC elements in tension. The good agreement between theoretical and experimental results is also found for reinforced HPFRCC beams in bending.

Résumé Pour édifier des constructions en béton armé capable de prévenir la corrosion de l'armature d'acier due aux agents agressifs des différents environnements, il est indispensable de réduire l'amplitude des fissures qui se développent dans le béton soumis à la traction. L'addition de fibres au ciment peut être une solution pour ces exigences, au moins pour ce qui concerne les états limites de tenue en service. Selon le type des fibres utilisées, leur quantité et leur aspect, le BRF, béton renforcé de fibres, peut montrer une ductilité plus haute et quelquefois une résistance à la traction bien plus élevée que le béton ordinaire. De toute façon, avec ou sans fibres, le béton ne peut pas produire des efforts de traction totalement compatibles avec ceux des barres d'acier. Pour résoudre ce problème, on a récemment développé de nouveaux BRFs, à savoir les matériaux composites à hautes performances, élaborés à base de ciment renforcés de fibres (HPFRCC), qui se caractérisent par une ductilité extrêmement élevée. Dans ces mélanges, la déformation sous effort maximal est plus haute que la déformation à épuisement de l'acier, et l'incompatibilité de déformation peut être évitée. Dans le présent document, nous allons présenter des résultats numériques et des mesures expérimentales pour montrer l'existence d'efforts compatibles entre acier et HPFRCC. Ces résultats ont été respectivement obtenus par un modèle mécanique de raidissement en traction et par un essai de traction sur des éléments de HPFRCC. La concordance entre les résultats théoriques et expérimentaux est aussi observée dans le cas de poutres en HPFRCC soumises à un moment fléchissant.