The cracking and fracture of mortar

Abstract

The load-induced cracking of a small compact tension specimen of mortar was observed using a special loading device mounted in the specimen chamber of a scanning electron microscope. The crack was initiated at a load of 43.6 N and immediately extended about 12 mm, whereupon it became stable. Micromorphological aspects of the crack pattern are described in considerable detail. In general, it was observed that the crack geometry is complicated, with the crack path preferentially progressing at the interface between sand grains and cement paste, but not limited to these regions. A considerable amount of energy must be dissipated in creating the tortuous crack surface and in multiple or branch cracking. This technique permits resolution of much finer cracks than can be detected with ordinary optical methods.

Résumé

Le but de cette étude était de fournir une information plus poussée sur les caractéristiques microstructurales du processus de fissuration dans les systèmes de liants, de telle sorte que les observations recueillies puissent être incorporées dans les hypothèses et simplifications qu'exige l'application de la mécanique de la rupture à de tels systèmes.

La fissuration sous charge de traction d'une petite éprouvette de mortier a été observée à l'aide d'un dispositif spécial de chargement couplé à un microscope électronique à balayage. La fissuration s'est amorcée sous une charge de 43,6 N et s'est immédiatement développée pour atteindre environ 12 mm et là se stabiliser. La fissure en question avait environ 25 μm de large près de l'entaille préformée et se rétrécissait progressivement avec la distance pour atteindre une largeur d'environ 1 μm. Cette technique par conséquent permet une résolution de fissures beaucoup plus fines que celles qui peuvent être détectées avec les méthodes optiques ordinaires.

On a décrit en détail les aspects micromorphologiques de la configuration des fissures. On a généralement observé que la géométrie de fissuration est compliquée. Le trajet de la fissure progressant de préférence à l'interface des gains de sable et de la pâte de ciment mais sans se limiter à ces régions. La séparation qui intervient à l'interface paraît être nette. En fait, même avant mise en charge, on a remarqué une amorce de fissuration autour des grains de sable probablement due au retrait de séchage.

Une quantité importante d'énergie peut se dissiper par l'apparition d'un lacis de fissures superficielles et par une fissuration multiple ou ramifiée. Ces processus de dissipation d'énergie devraient être pris en compte lorsqu'on réalise des modèles de rupture du matériau. Les modèles mécaniques dont on s'est servi jusqu'à présent pour l'étude des mortiers simplifie abusivement les caractéristiques du processus par lequel la fissuration se développe.