Hydration heat generation and dissipation in diaphragm walls

• Autorzy: Grabowski Łukasz , Mitew-Czajewska Monika

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2024.149887

Warianty tytułu

PL

Dyssypacja ciepła hydratacji w ścianach szczelinowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This study focuses on the complex dynamics of heat dissipation within diaphragm walls during concrete hydration, crucial in construction engineering. Experimental measurements from three sites in Poland, featuring diaphragm walls of varying thicknesses, ranging from 1 to 1.5 meters, were compared to a numerical model. The model, using a Finite Difference Method, incorporated stages of execution of adjacent panels and their thermal influence. The results closely mirrored the measured temperatures, validating the accuracy of its predictions. Despite minor discrepancies, mostly within ±3ºC, the method effectively approximated real-life scenarios. Suggestions for model enhancements include incorporating the effect of concrete admixtures and refining the modeling of sequential panel execution. The thermal soil parameters, their possible range, and their impact on hydration heat dissipation in deep foundations emerged as crucial insights. This research serves as a foundation for deeper investigations into early-age behavior in deep foundations, aiming to extend the analysis to stress and strain domains to unravel characteristic cracking patterns observed in diaphragm walls.

PL

Artykuł koncentruje się na badaniu złożonych procesów dyssypacji ciepła w ścianach szczelinowych podczas hydratacji betonu, co jest istotne w inżynierii budowlanej. Przeprowadzono eksperymenty na trzech różnych placach budowy w Polsce, gdzie ściany szczelinowe miały różne grubości od 1 do 1,5 metra. Zebrane pomiary porównano z modelem numerycznym, który wykorzystuje metodę różnic skończonych obejmował również zmienność parametrów w czasie na skutek wykonania sąsiedniej sekcji ściany szczelinowej. Model wykazał znaczną zgodność z rzeczywistymi temperaturami, co potwierdza jego trafność predykcyjną. Chociaż zaobserwowano pewne różnice, głównie w granicach ±3°C, metoda skutecznie oddaje realne warunki. Zalecenia dotyczące ulepszeń modelu obejmują uwzględnienie domieszek do betonu oraz optymalizację modelowania sekwencji wykonania paneli sąsiednich. Istotnym wnioskiem są również informacje o parametrach termicznych gruntu i ich wpływie na dyssypację ciepła w betonie. Badania te stanowią podstawę dla dalszych badań nad zachowaniem konstrukcji w początkowych fazach wiązania betonu fundamentów głębokich. Celem jest rozszerzenie analizy na pole naprężeń i odkształceń, co pozwoli zrozumieć charakterystyczne zarysowania obserwowane w ścianach szczelinowych.

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 70, nr 2
• Strony: 661--675
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Grabowski Łukasz

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland
• Soletanche Polska Sp. z o.o., Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1599-2407

autor

Mitew-Czajewska Monika

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2651-2026

Bibliografia

• [1] P.B. Bamforth, CIRIA Report C766: Control of cracking caused by restrained deformation in concrete. CIRIA, 2018.
• [2] H.L. Le Chatelier, “Sur les changements de volume qui accompagnent le durcissement des ciments (On the changes in volume which accompany the hardening of cements)", Bulletins de la Société de l’Encouragement pour l’Industrie Nationale, vol. 5, no. 5, pp. 54-57, 1900.
• [3] S. Zhutovsky and K. Kovler, “Effect of water to cement ratio and degree of hydration on chemical shrinkage of cement pastes”, in 2nd RILEM International Workshop on Concrete Durability and Service Life Planning. RILEM, 2009, pp. 47-57.
• [4] M. Safiuddin, A.B.M.A. Kaish, C.O. Woon, and S.N. Raman, “Early-age cracking in concrete: Causes, consequences, remedial measures, and recommendations”, Applied Sciences (Switzerland), vol. 8, no. 10, 2018, doi: 10.3390/app8101730.
• [5] L. Grabowski and M. Mitew-Czajewska, “Early-age thermal-shrinkage cracking in deep foundations”, Studia Geotechnica et Mechanica, vol. 43, no. S1, pp. 510-520, 2021, doi: 10.2478/sgem-2021-0033.
• [6] PN-EN 1992-1-1:2008 Eurokod 2 – Projektowanie konstrukcji z betonu – Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków. PKN, 2008.
• [7] D.D. Liou, “Thermal cracking in the diaphragm-wall concrete of Kawasaki Island”, in Thermal Cracking in Concrete at Early Ages, 1st ed., R. Springenschmid, Ed. CRC Press, 1994, pp. 393-400.
• [8] D.D. Liou, “Thermal Effects in large-sized diaphragm wall”, Journal of Performance of Constructed Facilities, vol. 13, no. 1, 1999, doi: 10.1061/(asce)0887-3828(1999)13:1(17).
• [9] M. Wojciechowski, “Shape identification of the jet-grouted column based on the thermal analysis and differential evolution”, Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 4, pp. 507-518, 2023, doi: 10.24425/ace.2023.147673.
• [10] LCPC, Recommandations pour la prévention des désordres dus ŕ la réaction sulfatique interne – Guide technique (Recommendations for the prevention of disorders due to internal sulfate reaction – Technical guide). Paris, 2007.
• [11] J. Dunnicliff, Geotechnical instrumentation for monitoring field performance. John Wiley & Sons, 1993.
• [12] J. Ruiz, A. Schindler, R. Rasmussen, and T. Johnson, “Prediction of heat transport in concrete made with blast furnace slag aggregate”, presented at 9th Conference on Advances in Cement and Concrete, Colorado, USA, 2003.
• [13] A.K. Schindler, “Effect of temperature on hydration of cementitious materials”, ACI Materials Journal, vol. 101, no. 1, pp. 72-81, 2004, doi: 10.14359/12990.
• [14] P. Freiesleben Hansen and E.J. Pedersen, “Maleinstrument til kontrol af betons haerdning (Measuring instrumentation for checking concrete’s hardening)”, Nord Betong, no. 1, pp. 21-23, 1977.
• [15] J. Poole, “Modeling temperature sensitivity and heat evolution of concrete”, University of Texas at Austin, 2007.
• [16] FIB, Draft CEB guide to durable concrete structures. FIB – International Federation for Structural Concrete, 1985.
• [17] G. De Schutter and L. Taerwe, “Degree of hydration-based description of mechanical properties of early age concrete”, Materials and Structures/Materiaux et Constructions, vol. 29, no. 190, pp. 335-344, 1996, doi: 10.1007/bf02486341.
• [18] A.K. Schindler and K.J. Folliard, “Heat of hydration models for cementitious materials”, ACI Materials Journal, vol. 102, no. 1, pp. 24-33, 2005, doi: 10.14359/14246.
• [19] R.H. Mills, “Factors influencing cessation of hydration in water cured cement pastes”, Highway Research Board Special Report, no. 90, pp. 406-424, 1966.
• [20] K.A. Riding, J.L. Poole, K.J. Folliard, M.C.G. Juenger, and A.K. Schindler, “Modeling hydration of cementitious systems”, ACI Materials Journal, vol. 109, no. 2, pp. 225-234, 2012, doi: 10.14359/51683709.
• [21] J. Crank, The mathematics of diffusion. Clarendon Press, 1975.
• [22] G.D. Smith, Numerical solution of partial differential equations: finite difference methods. Oxford Applied Mathematics and Computing Science Series. Clarendon Press, 1985.
• [23] T.R. Oke, Boundary layer climates, 2nd ed. Routledge, 2002.