Triaxial moisture-controlled creep tests of hardened cement paste at high temperature

Abstract

Creep tests of sealed specimens as well as unsealed specimens exposed to either pressurized water or air have been conducted at various constant temperatures from 100 to 300°C and durations up to 24 hours. Apart from the need to study multiaxial deformations, the triaxial loading is required to prevent moisture escape from the sealed specimen. The specimens are sufficiently small to achieve uniform temperature and moisture content in less than 3 minutes. Overcoming various difficulties, a triaxial testing device was built. Specimens heated at the time of loading and before loading were tested. Some new and unexpected results are found: (a) unsealed specimens exposed to pressurized hot water creep much less than sealed specimens and the difference in creep rate becomes greater after a few hours; (b) deviatoric creep of sealed specimens is at high temperatures much larger than the volumetric creep; (c) at 100°C, unsealed specimens loaded at the time of heating creep much more than sealed specimens, but at 200°C the situation is reversed; (d) the shrinkage and the additional creep due to drying exhibit great delay after drying. Furthermore, with a several hour increase of the period of preheating before loading, creep is substantially reduced, and the axial creep appears to depend nearly linearly on the axial stress superimposed on a hydrostatic pressure. The results appear to have some new implications for the accident analysis of reactor vessels as well as fire resistance.

Résumé

On a entrepris des essais de fluage d'éprouvettes étanches et non étanches en milieu eau ou air sous pression, à des températures élevées s'échelonnant entre 100 et 300°C et pour des durées qui ne dépassaient pas 24 heures. On a eu recours à l'essai triaxial non seulement pour l'étude des déformations sous contraintes pluriaxiales mais pour assurer la rétention de l'eau dans les éprouvettes étanches. Ces éprouvettes étaient suffisamment petites pour que fût réalisée une température et une teneur en eau constantes en moins de 3 minutes. En dépit de diverses difficultés, on a pu élaborer un dispositif d'essai triaxial. Les éprouvettes chauffées au moment du chargement et avant celui-ci furent essayées. Des résultats nouveaux et inattendus ont été obtenus: (a) les éprouvettes non étanches exposées à l'eau chaude sous pression fluent beaucoup moins que les éprouvettes étanches et la différence de vitesse de fluage s'accroit après quelques heures; (b) le fluage en cisaillement des éprouvettes étanches est aux températures élevées beaucoup plus grand que le fluage volumétrique; (c) à 100°C les éprouvettes non étanches chargées au moment du chauffage fluent beaucoup plus que les éprouvettes étanches; à 200°C la situation s'inverse; (d) le retrait et le fluage additionnels dus au séchage ne se manifestent qu'avec un délai important après séchage. En outre, avec une augmentation de plusieurs heures de la période de pré-chauffage avant chargement, le fluage se trouve notablement réduit et le fluage axial parait dépendre presque linéairement de la contrainte axiale superposée à la pression hydrostatique. Il y a tout lieu de croire que ces résultats peuvent fournir des vues nouvelles pour l'étude tant des accidents des enceintes nucléaires que pour celle de la résistance au feu.