Measurement and modelling of the temperature distribution caused by the heat of cement hydration

• Autorzy: Helowicz Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2024.150980

Warianty tytułu

PL

Pomiar i modelowanie rozkładu temperatury wywołanej ciepłem hydratacji cementu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper describes the author’s method for the direct and continuous measurement of the temperature distribution during the initial period of hardening concrete, together with the results of tests obtained with its use. The first successful test using this method was conducted by the author in May 2001 [7]. In the following years, the author successfully used this method in the study of other structural elements [8] and [9]. He independently developed and made the necessary elements to measure the temperature in hardening concrete. The tested element is a reinforced concrete column with a diameter of 2.0 m and a height of 8.0 m, which is an intermediate support for the flyover under construction along the Wrocław city ring road. The structure consists of two independent continuous 15-span structures made of pre-stressed concrete (Fig. 1). The article additionally presents numerical model of the previously tested reinforced concrete pillar and the calculation results obtained. The numerical calculations were carried out using the Abaqus FEA software [1]. In conclusions, the author summarises the important elements of the on-site test and makes recommendations for further use of this method to predict the temperature distribution in other elements of the structure, provided that they are made of exactly the same concrete mixture.

PL

W artykule opisano autorską metodę bezpośredniego i ciągłego pomiaru rozkładu temperatury w początkowym okresie twardnienia betonu wraz z wynikami badań uzyskanymi przy jej użyciu. Pierwsze udane badanie tą metodą autor przeprowadził w maju 2001 roku. W kolejnych latach autor z powodzeniem stosował tę metodę w badaniach innych elementów konstrukcyjnych. Samodzielnie opracował i wykonał niezbędne elementy do pomiaru temperatury w twardniejącym betonie. Badania przeprowadził na rzeczywistym elemencie konstrukcji mostu. Badanym elementem jest filar żelbetowy o średnicy 2.0 m i wysokości 8.0 m, który stanowi podporę pośrednią budowanej estakady w ciągu obwodnicy Wrocławia. Konstrukcja składa się z dwóch niezależnych ciągłych 15-przęsłowych konstrukcji wykonanych z betonu sprężonego (rysunek 1). W artykule przedstawiono również model numeryczny badanego wcześniej filara żelbetowego i uzyskane wyniki obliczeń. Obliczenia numeryczne wykonano w programie Abaqus. We wnioskach autor podsumowuje istotne elementy badań terenowych i podsumowuje wyniki badań i obliczeń numerycznych oraz podaje zalecenia dalszego wykorzystania tej metody do określenia właściwej technologii wykonania innych elementów betonowych np. pozostałych filarów estakady, pod warunkiem, że są one wykonane z dokładnie tej samej mieszanki betonowej.

Słowa kluczowe

EN

mass concrete; cement; measurement; modelling; heat generated; cement hydration

PL

beton masywny; cement; pomiar; modelowanie; ciepło hydratacji; hydratacja cementu

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 70, nr 3
• Strony: 225--239
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Helowicz Andrzej

• Wrocław University of Science and Technology, Faculty of Civil Engineering, Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9527-1281

Bibliografia

• [1] Abaqus FEA Software, “Abaqus analysis user’s manual”, Version 2016, Dassault Systemes. [Online]. Available: http://130.149.89.49:2080/v2016/index.html. [Accessed: 01. Aug. 2023].
• [2] P.B. Bamforth, Early-age thermal crack control in concrete. London, UK: CIRIA, 2007.
• [3] A. Długosz, I. Pokorska, R. Jaskulski, et al., “Evolutionary identification method for determining thermophysical parameters of hardening concrete”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol. 21, art. no. 35, 2021, doi: 10.1007/s43452-020-00154-7.
• [4] K. Flaga, “Wpływ naprężzeń własnych na destrukcję naprężeniową i parametry wytrzymałościowe betonu”, Inżynieria i Budownictwo, no. 6, pp. 315-322, 1995.
• [5] K. Flaga, “Wpływ ciepła hydratacji cementu na możliwość zarysowania konstrukcji żelbetowych o rozwiniętym przekroju poprzecznym”, Inżynieria i Budownictwo, no. 5, pp. 243-245, 1998.
• [6] K. Flaga, “Skurcz betonu a trwałość mostów betonowych”, Inżynieria i Budownictwo, vol. 7-8, 1988.
• [7] A. Helowicz, “Rozkład temperatury twardnienia betonu w masywnych elementach obiektu mostowego”, Inżynieria i Budownictwo, vol. 3-4, pp. 204-207, 2002.
• [8] A. Helowicz and J. Biliszczuk, “Pomiar temperatury wiązania betonu B35 w ławie fundamentowej Mostu Milenijnego we Wrocławiu”, Raporty Instytutu Inżynierii Lądowej Politechniki Wrocławskiej, Seria SPR, vol. 56, 2003.
• [9] A. Helowicz, “Analiza pól temperatury wywołanych ciepłem hydratacji w masywach betonowych”, PhD thesis, Wrocław University of Technology, 2003.
• [10] G. Knor, R. Jaskulski, M.A. Glinicki, et al., “Numerical identification of the thermal properties of early age concrete using inverse heat transfer problem”, Heat and Mass Transfer, vol. 55, pp. 1215-1227, 2019, doi: 10.1007/s00231-018-2504-2.
• [11] W. Kiernożycki, Betonowe konstrukcje masywne. Teoria wymiarowanie realizacje. Kraków, Poland: Polski Cement Sp. z o. o., 2003.
• [12] W. Kiernożycki, “Niektóre problemy techniczne wykonawstwa betonowych budowli masywnych”, Inżynieria i Budownictwo, no. 3, 1995.
• [13] W. Kiernożycki, J. Ślusarek, and P. Freidenberg, “Temperatury twardnienia betonu wysokowartościowego”, Inżynieria i Budownictwo, no. 5, 1997.
• [14] M. Kucnerowicz-Jakubowska, “Zagadnienia technologii betonu na budowie pochylni Wulkan Nowy Stoczni Szczecińskiej”, Inżynieria i Budownictwo, no. 5, pp. 278-282, 2001.
• [15] A.M. Neville, Właściwosci betonu. Kraków, Poland: Polski Cement Sp. z o. o., 2000.
• [16] L. Ning and L. Guang-Ting, “Time-dependent reliability assessment for mass concrete structures”, Structural Safety, vol. 21, pp. 23-43, 1999.
• [17] ISO 6946 Building components and building elements – Thermal resistance and thermal transmittance – Calculation methods, 2017.
• [18] PN-EN 1992-1-1 Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla betonów. PKN, 2008.
• [19] Warta, cement plant. [Online]. Available: https://www.wartasa.com.pl. [Accessed: 01. Aug. 2023].
• [20] P.Witakowski, Termodynamiczna teoria dojrzewania. Zastosowanie do konstrukcji masywnych z betonu. Kraków, Poland: Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Krakowskiej, 1998.