Modelling strains of concrete exposed to alkali-silica reaction in variable hygro-thermal conditions

• Autorzy: Gawin D. , Wyrzykowski M. , Grymin W. , Pesavento F.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A mathematical model of combined action of hygro-thermal, chemical and mechanical loads is proposed to describe chemical degradation of concrete due to ASR. The model is based on mechanics of multiphase reactive porous media. The mass-energy- and momentum balance equations, as well as constitutive and physical relationships necessary for modelling the ASR in variable environmental conditions, are presented. A method for their numerical solution with the finite element and finite differences methods is described. The proposed mathematical model is validated by comparing the simulation results with some published experimental data concerning hygro-thermal processes and ASR expansion of concrete specimens in different hygro-thermal conditions, both constant and variable in time.

PL

Zaproponowano model matematyczny równoczesnego oddziaływania czynników cieplno-wilgotnościowych, chemicznych i mechanicznych do opisu degradacji chemicznej betonu, wywołanej reakcją alkalia-krzemionka. Model ten bazuje na mechanice wielofazowych reaktywnych ośrodków porowatych. Przedstawiono równania bilansu masy, energii i pędu oraz związki konstytutywne i fizyczne, które są niezbędne do modelowania przebiegu reakcji alkalia-krzemionka w zmiennych warunkach środowiskowych. Opisano metodę numerycznego rozwiązania równań modelu za pomocą metod różnic skończonych i elementu skończonego. Zaproponowany model matematyczny został zwalidowany przez porównanie wyników symulacji komputerowych z opublikowanymi danymi doświadczalnymi, które dotyczą przebiegu procesów cieplno-wilgotnościowych i pęcznienia próbek betonowych w różnych warunkach higro-termicznych, zarówno stałych, jak i zmiennych w czasie.

Słowa kluczowe

EN

alkali-silica reaction; chemical degradation; hygro-thermal phenomena; cement based material

PL

reakcja krzemoalkaliczna; degradacja chemiczna; zjawisko cieplno-wilgotnościowe; materiał na bazie cementu

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 4, no. 3
• Strony: 43--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz.

Twórcy

autor

Gawin D.

autor

Wyrzykowski M.

autor

Grymin W.

autor

Pesavento F.

• Department of Building Physics and Building Materials, Technical University of Łódź, Poland,

Bibliografia

• [1] Larive C; Apport combinés de l'alcali-réaction et des ses effets mécaniques. PhD Thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, Marne-la-Vallée, 1997 
• [2] Poyet S.; Etude de la dégradation des ouvrages en béton atteints de la réaction alcali-silice: approche expérimentale et modélisation numérique multiéchelle des dégradations dans un environnement hydro-chemo-mécanique variable. PhD Thesis, University of Marne la Vallée, France, 2003 
• [3] Ulm F.J., Coussy O., Kefei L., Larive C; Thermochemo- mechanics of ASR expansion in concrete structures. J. of Engineering Mechanics, Vol.126, No.3, 2000; p.233-242 
• [4] Multon S., Toutlemonde E; Effect of applied stresses on alkali-silica reaction-induced expansions. Cement and Concrete Research, Vol.36, 2006; p.912-920 
• [5] Winnicki A., Pietruszczak S.; On mechanical degradation of reinforced concrete affected by alkali-silica reaction. J. of Engineering Mechanics, Vol.134, No.8, 2008; p.611-62 
• [6] Torrijos M. C, Giaccio G., Zerbino R.; Internal cracking and transport properties in damaged concretes. Materials and Structures, Vol.43, 2010; p.109-121 
• [7] Gawin D., Pesavento E, Screfler B.A.; Hygro-thermochemo- mechanical modelling of concrete at early ages and beyond. Part I: Hydration and hygro-thermal phenomena. Int. J. for Numerical Methods in Engineering, Vol.67, 2006; p.299-331 
• [8] Pesavento E, Gawin D., Wyrzykowski M., Simoni L.\ Modelling alkali-silica reaction in non-isothermal, partially saturated cement based materials. Submitted for publication 
• [9] Steffens A., Li K., Coussy O.; Ageing approach to water effect on alkali-silica reaction. Degradation of structures. J. of Engineering Mechanics, Vol.129, No.l, 2003; p.50-59 
• [10] Bangert E, Kuhl D., Meschke G.; Chemo-hygromechanical modeling and numerical simulation of concrete deterioration caused by alkali-silica reaction. Int. J. for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol.28, 2004; p.689-714 
• [11] Baroghel-Bouny V, Mainguy M., Lassabatere T., Coussy O.; Characterization and identification of equilibrium and transfer moisture properties for ordinary and high-performance cementitious materials. Cement and Concrete Research, Vol.29, 1999; p.1225-1238 
• [12] Aitkins P., De Paula J.; Aitkins' Physical Chemistry, Seventh Edition. Oxford University Press Inc., New York. 2002. 
• [13] Gawin D., Pesavento E, Schrefler B.A.; Modelling of hygro-thermal behaviour of concrete at high temperature with thermo-chemical and mechanical material degradation. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol.192, 2003; p.1731-1771 
• [14] MazarsJ., Pijattdier-CabotJ'.; Continuum damage theory - application to concrete. Journal of Engineering Mechanics ASCE, Vol.115, No.2, 1989; p.345-365 
• [15] Gawin D., Pesavento E, Schrefler B.A.; Modeling deterioration of cementitious materials exposed to calcium leaching in non-isothermal conditions. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol.198, 2009; p.3051-3083 
• [16] Ben Haha M; Mechanical effects of alkali silica reaction in concrete studied by SEM-image analysis. Ph.D. Thesis, École Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL, Lausanne, 2006 
• [17] Dunant CF., Scrivener K.L.; Micro-Mechanical Modelling of Alkali-Silica-Reaction Induced degradation using the AMIE framework. Cement and Concrete Research, Vol.40, No.4, 2010; p.517-525 
• [18] Baroghel-Bouny V, Mainguy M., Lassabatere T., Coiissy O.; Characterization and identification of equilibrium and transfer moisture properties for ordinary and high-performance cementitious materials. Cement and Concrete Research, Vol.29, 1999; p. 1225-1238