A method of controlling thermal crack for mass concrete structures: modelling and experimental study

Abstract

The control of the concrete temperature to prevent cracking can be viewed as principal goal in the design and construction of mass concrete. This paper researched on a novel technique for minimizing both the difference and the peak value of the temperature in mass concrete. Following this technique, the mass concrete is divided horizontally into two parts of different concrete mixtures but having the same strength grade. While the upper part is the normal heat concrete, the lower part can be considered as the low heat concrete which generate lower hydration heat than the upper part does. The influences of (i) concrete proportions of the layers; and (ii) thickness of the upper layer on the thermal behavior in mass concrete are two important aspects of the technique. Therefore, these two points represent important objectives of our present research. For this purpose, some numerical simulations with finite element method (FEM) and an in-situ experiment on a mass concrete block were performed. As a result, the simulated temperature field was validated by comparing with the experimental result and the principles of layers’ mixtures and thickness were drawn.

Nghiên cứu phân bố vùng bề mặt có nguy cơ nứt do nhiệt trong bê tông khối lớn bằng mô phỏng số

“…[14,15], cũng như từ khi ban hành với tiêu chuẩn TCVN 305:2004 [11] vào năm 2004 đến nay, chưa có một nghiên cứu mô phỏng số nào giải thích cho giá trị chiều dày vùng bề mặt có nguy cơ nứt trong báo cáo [14,15] cũng như vị trí đặt đầu đo được gợi ý trong tiêu chuẩn TCVN 305:2004 [11]. Trong hiểu biết của nhóm tác giả, các nghiên cứu gần đây về bê tông khối lớn mà sử dụng công cụ mô phỏng số thì việc kiểm soát nứt cũng như chênh lệch nhiệt độ đều được thực hiện thông qua việc đánh giá ở một số điểm đặc trưng trên khối bê tông, bao gồm: điểm tâm khối, điểm bề mặt, điểm góc [16,[20][21][22][23][24][25][26] mà chưa có một nghiên cứu nào chỉ rõ phân bố vùng bề mặt có nguy cơ nứt. Việc đánh giá nứt trên cả vùng bề mặt khối sẽ cho phép việc quan sát trở nên trực quan và chính xác hơn, và đặc biệt khi các khối có kích thước lớn hơn thì việc quan sát ở các điểm cục bộ có thể sẽ phản ánh chưa hoàn toàn đầy đủ tình trạng nứt trên toàn bề mặt khối.…”

“…Với các điều kiện trong nghiên cứu, Thực và cộng sự đã kết luận rằng, cứ giảm được 10°C nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp thì chỉ số nứt I cr tăng khoảng 20%. Trong bài báo này, nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp bê tông được lấy theo giá trị trung bình đo được trong một nghiên cứu thực nghiệm năm 2019 của nhóm tác giả [22], Bảng 1.…”

“…Điều này làm cho nhiệt độ T max và lượng tăng nhiệt độ khối bê tông cũng lớn hơn, dẫn đến chỉ số nứt do nhiệt I cr có xu hướng nhỏ hơn, tức là khối bê tông có nguy cơ nứt nhiều hơn. Trong nghiên cứu này, nhiệt độ môi trường được lấy theo giá trị trung bình thực tế trong một nghiên cứu thực nghiệm của nhóm tác giả [22], như Bảng 1.…”

“…Khi các nút không được gán điều kiện đối lưu hoặc hằng số nhiệt độ, nó được tự động phân tích với điều kiện đoạn nhiệt mà không có sự truyền nhiệt [1]. Trong bài báo này, giá trị của nhiệt độ đất nền đưa vào phân tích cũng được lấy từ thực nghiệm trong nghiên cứu [22] như trong Bảng 1.…”

“…Thứ nhất, hiện nay rất nhiều các nghiên cứu trên thế giới đã sử dụng công cụ phân tích nhiệt dạng dòng của chương trình Midas Civil để phân tích trường ứng suất -nhiệt độ trong khối bê tông [13,17,[31][32][33][34][35][36][37][38][39][40]. Bên cạnh đó, trong một nghiên cứu vừa công bố [22], nhóm tác giả đã tiến hành thực nghiệm đo nhiệt độ của một khối bê tông với kích thước 2,5 × 2,5 × 2,5m (Hình 2, Hình 3) và mô phỏng lại khối bê tông đó với các điều kiện thực tế để kiểm chứng và kết luận tính chính xác giữa mô hình và thực tế. Kết quả nghiên cứu cho thấy, các biểu đồ phát triển nhiệt độ đo được từ khối bê tông thực nghiệm (nét liền) và mô phỏng số (nét đứt) là tương đối gần nhau (Hình 4).…”