Gas permeability of concrete in relation to its degree of saturation

Abstract

Permeability, along with diffusion and absorption, is used to quantify durability characteristics of a concrete. The measured value of gas permeability of concrete depends strongly on its degree of saturation. Moreover, when the size of pores is of the same order of magnitude as the mean free path of molecules of the percolating gas, there is some molecular flow which violates the assumptions of the Darcy's law. As a result, the coefficient of permeability varies with the applied pressure. In an attempt to take these effects into account, we have tried to quantify different types of flow and we propose a method to calculate the apparent coefficient of permeability and hence the gas flow through concrete having any given degree of saturation and being under a given pressure difference across its extremities. For this purpose, we are characterizing concrete with an intrinsic permeability value. The variation of this intrinsic permeability and that of the contribution of non-viscous flow is studied, for a single concrete mix design in relation to the degree of saturation using a constant head permeametre named as CEMBUREAU and oxygen as the percolating gas.

Résumé

La perméabilité, de même que la diffusion et l'absorption est utilisée dans le but de quantifier la durabilité d'un béton. La mesure de la perméabilité au gaz des bétons dépend fortement de leur taux de saturation. De plus la taille des pores pouvant être de l'ordre de grandeur du libre parcours moyen des molécules du gaz percolant, on a alors apparition d'un écoulement de type moléculaire qui ne respecte pas les hypothèses de la loi de Darcy et conséquemment la perméabilité varie en fonction de la pression moyenne de l'essai. Afin de prendre en compte ces problèmes, nous avons essayé de quantifier les différents types d'écoulement en présence et nous proposons une méthode de calcul de la perméabilité apparente puis du débit gazeux, pour n'importe quel taux de saturation du béton et pour n'importe quel gradient de pression. Pour cela il convient de déterminer la perméabilité intrinsèque du matériau qui est indépendante de la pression d'essai.

Pour une composition de béton standard nous étudions les variations de la perméabilité intrinsèque et celle de la part d'écoulement moléculaire en fonction du taux de saturation du matériau. Les perméabilités sont mesurées à l'aide d'un perméamètre à oxygène à charge constante de type CEMBUREAU.