Behavior of the reinforced concrete at cryogenic temperatures

Concrete has successfully been used at extremely low temperature (−160 °C) for the storage of liquefied natural gas. Such use will induce a cycle of cooling every time a container is filled. In addition, lack of control, as for example a leak may produce a sudden temperature change. Some knowledge of concrete properties under these conditions is therefore necessary for successful design and operation. The first and basic cause of the failure of concrete is repeated freezing (thawing) of moisture contained in the pores, microcracks, and cavities of the concrete. On transition to ice, water existing in the free state in cracks increases in volume, expanding the recess in which freezing occurs. A reduction in strength below the initial value is to be expected and further cycle of freezing and thawing have a further marked effect.The main objective of this paper is to describe the principal reasons for the reduction in strength and structural damage (frost damage) of concrete following repeated freeze–thaw cycles. Some experimental work was carried out at the Institute of Cryogenics, University of Southampton, UK, to determine what happens to water in concrete during the freezing transition.

RésuméLe béton a été employé avec succès à la température cryogénique (−160 °C) pour le stockage du gaz naturel liquéfié. Une telle utilisation induira un cycle de refroidissement chaque fois qu’un récipient est rempli. En outre, le manque de contrôle, comme par exemple dans le cas de fuite, peut produire un changement brusque de température. La connaissance des propriétés du béton et des armatures dans ces conditions est donc nécessaire pour la conception et la bonne réussite de l’opération. Une réduction de la résistance du béton au dessous de la valeur initiale doit être prévues quand il est soumis au cycle de refroidissement réchauffement.L’objectif principal de cet article est de décrire les principales raisons de la réduction de la résistance et des dommages structuraux (dommages du au gel) du béton durant le cycle de refroidissement et réchauffement. Quelques travaux expérimentaux ont été menés à bien à l’Institut de la Cryogénie, Université de Southampton, UK, pour déterminer ce qui arrive à l’eau dans le béton pendant la transition de congélation.