Thermal shock as a cause of cracking of concrete in massive bridge support elements - a case study

• Autorzy: Woyciechowski Piotr , Łukowski Paweł , Adamczewski Grzegorz

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.020.019

Warianty tytułu

PL

Szok termiczny jako przyczyna zarysowań betonu w elementach podpór masywnych obiektów mostowych - studium przypadku

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The paper presents an example of analysis of concrete cracking during construction of a massive bridge element, together with a demonstration of the expert diagnostic work aimed at a comprehensive assessment of the causes of crack development. The finite elements method analysis software FE-tool ConTeSt Pro was used. In the presented case there were typical doubts as to the reason of concrete cracking, and the performed analysis enabled identification of thermal shock as the primary cause of the observed distress. Finite element numerical simulations were adopted in order to analyze the temperature impact on crack development in the bridge elements. The complex case study analysis presented in the article may be treated as guidance on the use of scientific analysis methods in practical reinforced concrete cracking diagnostics. As a result of the work, thermal shock was identified to be the main reason for the damage of the massive bridge elements.

PL

W artykule przedstawiono przykładową analizę zarysowań betonu powstałych w trakcie wykonywania masywnego elementu obiektu mostowego wraz z prezentacją eksperckich prac diagnostycznych mających na celu kompleksową ocenę przyczyn ich powstawania. W badaniu wykorzystano oprogramowanie do analizy metodą elementów skończonych FE-tool ConTeSt Pro. Ponieważ w przedstawionym przypadku wystąpiły typowe wątpliwości co do źródła powstania zarysowań przeprowadzono analizę, która wskazała na szok termiczny jako podstawową przyczynę stwierdzonych uszkodzeń. W celu analizy wpływu temperatury na rozwój zarysowań elementów obiektu mostowego zastosowano symulacje numeryczne metodą elementów skończonych. Przedstawioną w pracy kompleksową analizę przypadku traktować można jako wytyczne stosowania metod analizy naukowej w praktycznej diagnostyce zarysowań elementów żelbetowych. Przeprowadzone badania wskazały na szok termiczny jako podstawową przyczynę uszkodzeń elementów mostowych z betonu masywnego.

Słowa kluczowe

EN

concrete bridge; cracking; mass concrete curing; thermal shock

PL

betonowy obiekt mostowy; zarysowanie; pielęgnacja betonu masywnego; szok termiczny

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 19, no. 4
• Strony: 297--313
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Woyciechowski Piotr

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Department of Building Materials Engineering, 16 Armii Ludowej Av., 00-637 Warsaw, Poland

autor

Łukowski Paweł

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Department of Building Materials Engineering, 16 Armii Ludowej Av., 00-637 Warsaw, Poland

autor

Adamczewski Grzegorz

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Department of Building Materials Engineering, 16 Armii Ludowej Av., 00-637 Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Fowler D.W.: Forensic Engineering = Causes of Distress in Concrete. Power Point presentation at University of Texas, http://foundationperformance.org/archived_2009/November_2009.cfm 26.10.2020
• 2. Bilcik J., Sonnenschein R., Gažovičová N.: Causes of Early-Age Thermal Cracking of Concrete Foundation Slabs and their Reinforcement to Control the Cracking. Slovak Journal of Civil Engineering. 25, 3, 2017, 8-14, DOI: 10.1515/sjce-2017-0013
• 3. Klemczak B.: Analytical Method for Predicting Early Age Thermal Effects in Thick Foundation Slabs. Materials, 12, 22, 2019, 3689, DOI: 10.3390/ma12223689
• 4. Flaga K., Klemczak B.: Konstrukcyjne i technologiczne aspekty naprężeń termiczno-skurczowych w masywnych i średniomasywnych konstrukcjach betonowych. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2016
• 5. Łukowski P.: Decision on repair in the light of regulations of PN-EN 1504. Proceedings of the International Conference “Modern systems of bridges protection against corrosion”, Kielce, 2009, 43-50
• 6. Sang Hwa Jung, Young Cheol Choi, Seongcheol Choi: Use of ternary blended concrete to mitigate thermal cracking in massive concrete structures – A field feasibility and monitoring case study. Construction and Building Materials, 137, 2017, 208-215, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.01.108
• 7. Kiernożycki W.: Betonowe konstrukcje masywne – teoria, wymiarowanie, realizacja. Polski Cement, Kraków 2003
• 8. Flaga K.: Naprężenia własne termiczne typu „makro” w elementach i konstrukcjach z betonu. Zeszyty Naukowe Politechniki Krakowskiej, Monografia 106, Kraków 1990
• 9. Witakowski P.: Technologia budowy konstrukcji masywnych z betonu. XIII Konferencja Naukowa „Metody Komputerowe w Projektowaniu i Analizie Konstrukcji Hydrotechnicznych”, Korbielów 2001, 76-95
• 10. Gajda J., Vangeem M.: Controlling temperatures in mass concrete. Concrete International, 24, 1, 2002, 59-62
• 11. Massige Bauteile aus Beton, Zement-Merkblatt-Betontechnik, B11, 2016, www.beton.org
• 12. ACI 207.1R-05 Guide to Mass Concrete. American Concrete Institute, 2005
• 13. ACI 207.2R-07 Effect of Restraint, Volume Change, & Reinforcement on Cracking of Massive Concrete. American Concrete Institute, 2007
• 14. Bamforth P.: Concreting large-volume (mass) pours. in: Advanced Concrete Technology Processes, Newman J. and Choo B.S., eds., Chapter 13, Butterworth-Heinemann, Oxford 2003
• 15. Concrete in Practice: CIP 42 – Thermal Cracking of Concrete. National Ready Mixed Concrete Association, USA 2009
• 16. Jianshu Ouyang, Xianming Chen, Zehua Huangfu, Cheng Lu, Yangbo Li: Application of distributed temperature sensing for cracking control of mass concrete, Construction and Building Materials, 197, 2019, 778-791, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.11.221
• 17. Zhu Bofang: Thermal Stresses and Temperature Control of Mass Concrete. Elsevier Inc. Butterworth-Heinemann, 2014, UK
• 18. ACI 231R-10 Report on early-age cracking: causes, measurement, mitigation. ACI Farmington Hills, USA 2010
• 19. Safiuddin Md., Amrul Kaish A.B.M., Woon Chin-Ong, Raman S.N.: Early-Age Cracking in Concrete: Causes, Consequences, Remedial Measures and Recommendations. Applied Sciences, 8, 10, 20181730; DOI: 10.3390/app8101730
• 20. Neville A.: Properties of Concrete. 5th edition, Prentice Hall, 2012
• 21. Klemczak B., Żmij A.: External Restraint Factors in Early-Age Massive Foundation Slabs. ACI Structural Journal, 117, 2, 2020, DOI: 10.14359/51721362
• 22. Du C., Stabel B.: Problems and experience in temperature control for mass concrete of Baglihar gravity dam with long construction blocks, in: New developments in dam engineering by Wieland M., Ren Q., Tan J., Taylor & Francis Group, London, 2004
• 23. Nasu S.: Thermal stress cracking phenomena of low-heat hydration concrete with cement ingredient dependency. Proceedings of international seminar on durability and life-cycle evaluation of concrete structures, November 28-30, Tokyo, Japan, 2007 http://ssms.jp/img/files/2015/03/2007-2.2-1-5-Thermal-Stress-Cracking-Phenomena-of-Low-heat-Hydration-Concrete-with-Cement-Ingredient-Dependency.pdf 20.12.2020
• 24. Cusson D., Repette W.L.: Early age cracking in reconstructed bridge barrier walls, ACI Materials Journal, 97, 4, 2000, 438-446
• 25. PN-S-10042:1991 Obiekty mostowe. Konstrukcje betonowe żelbetowe i sprężone. Projektowanie
• 26. Klemczak B., Batog M., Giergiczny Z., Żmij A.: Complex Effect of Concrete Composition on the Thermo-Mechanical Behaviour of Mass Concrete, Materials. 11, 11, 2018, online, DOI: 10.3390/ma11112207
• 27. Hedlund H., Jonasson J.E.: Effect on stress development of restrained thermal and moisture deformation. Proceedings of the International RILEM Workshop on Shrinkage of Concrete (Shrinkage 2000). Edited by V. Baroghel-Bouny and P.C. Aďtcin, 2000, 355-375
• 28. Knor G., Glinicki M.A., Holnicki-Szulc J.: Wyznaczanie parametrów termicznych twardniejących betonów za pomocą rozwiązania problemu odwrotnego. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 11, 4, 2012, 281-294, DOI: 10.7409/rabdim.012.002

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).