Chapter 4
Concrete in Hardened State
The problem in hardened state of concrete covers various physical, chemical, mechanical and biological processes such as drying shrinkage, alkali-aggregate reaction, carbonation, chloride induced steel corrosion, deterioration by sulfate attack, acid attack, freezing and thawing, abrasion and erosion, biological deterioration and salt crystallization.
4.1 Drying Shrinkage
Drying shrinkage usually occurs in low humidity environment due to the loss of water near the exposed surface of the concrete to the environment. Shrinkage then occurs leading to cracking if the shrinkage is restraint with the generated tensile stress in excess of the tensile strength of the concrete. Majority of the drying shrinkage portion is not recoverable through re-wetting of the concrete.
4.1.1 Mechanisms
-The mechanisms of drying shrinkage cracking are similar to those of the plastic shrinkage already explained in Chapter 2.
-The process of drying begins when the relative humidity of the environment is lower than that in the concrete pores (usually capillary pores).
-Free water in the capillary pores than evaporates from the pores in the drier environment. The rate of drying depends on the pores structures, i.e. pore size and pore volume, and the condition of the environment such as humidity, temperature and wind speed.
-When capillary pores lose some of their free water, volume reduction takes place due to the loss of water together with the occurrences of self-equilibrating stress condition which makes the concrete crack on the surface due to its self restraint.
-Cracking pattern in this case is in the form of map cracking in random direction on the surface with a few millimeters of depth but not cutting through the section.
-Fig.4.1 shows an example of this type of cracking. For thin-sectioned and continuous structures like pavements, slabs or walls, a few distant cracks that cut through the section may be observed (see Fig.4.2 for an example of this type of drying shrinkage cracking).
-One of the major differences between drying shrinkage and plastic shrinkage is the time of occurrence. Plastic shrinkage occurs in the plastic state and re-finishing of the surface may be a useful remedial method, while drying shrinkage occurs when the concrete already get hardened and the surface re-finishing is not possible.
-It should be noted that it is not absolutely rational to say that drying shrinkage happens only in the hardened state because cracking due to drying in the early state is also frequently observed.
-Drying shrinkage cracks in the repair mortar or concrete are often seen due to the restrained from the old concrete which is more stable in volume (see Fig.4.5).
4.1.2 Factors Affecting Drying Shrinkage
1Unit water content of the concrete.
2Water to cement ratio (w/c).
3 Aggregate content.
4Types and quality of the aggregates.
5Type and quantity of the binders and powders.
6Environmental condition.
7Shape and dimension of the structure.
4.1.3 Possible Location of Drying Shrinkage Cracks
Cracks due to drying shrinkage usually appear on concrete surfaces that are exposed to the drying environment. For map cracking, the depth of the cracks is usually in the order of a few millimeters from the surface. Cracks may penetrate throughout the thickness of the concrete if the shrinkage is severe and the section of the concrete is thin.
A few cracks across or along the direction of the road pavement are frequently observed if the contraction joints are not provided in sufficiently short intervals. Cracks at the corner of the openings such as doors or windows are also examples of drying shrinkage induced cracks that are often seen.
4.1.4 Time of occurrence of Drying Shrinkage Cracks
Drying shrinkage cracking is possible to be observed from the time after the completion of the curing period. The length and quantity of the cracks can continue increasing though the age of the concrete is in the order of few years.
4.1.5 Recommended Methods to Reduce Drying Shrinkage
1) Provide additional reinforcement to resist the tensile stress induced by the drying shrinkage. This method is effective in the cases of continuous structures like pavements, slabs of walls in which tensile stress is almost uniform across the section of the members. If enough reinforcement is not provided, cracks can arise and cut through the section. On the contrary, the method is not effective for surface cracking and may even make the problem worse because the provision of more reinforcement causes larger internal restraining stress to the surface shrinkage
2) Proportion the concrete to have low shrinkage. This can be done in many ways as follows.
-Minimizing the unit water content and water to cement ratio of the concrete which is possible done through the use of water reducing admixtures or super plasticizers.
-Minimizing the paste content of the concrete or in other words, maximizing the aggregate content.
-Using appropriate types of mineral admixtures such as fly ash, silica fume, limestone powder, etc. The decision should be made based on consideration of other required performances of the concrete and cost effectiveness too.
-Using expansive agent. This method is usually costly.
-Avoid using aggregate with too high absorption or poor gradation.
3) Sufficiently cure the concrete especially when high content of pozzolans are used in the concrete. Longer curing period results in smaller drying shrinkage.
4) Apply painting or coating or adhering tiles on the exposed surface of the concrete. These materials can reduce or even inhibit the evaporation of water from the concrete surface and then drying shrinkage can be reduced or may even be almost perfectly prevented.
บทที่ 4คอนกรีตในสภาพชุบแข็งปัญหารัฐเสริมคอนกรีตครอบคลุมกระบวนการทางกายภาพ เคมี เครื่องกล และชีวภาพที่ต่าง ๆ หดตัวแห้ง ปฏิกิริยารวมแอลคาไล carbonation คลอไรด์ที่เกิดจากสนิมเหล็ก เสื่อมสภาพ โดยโจมตีซัลเฟต กรดโจมตี แช่แข็ง และ thawing รอยขีดข่วน และกัดเซาะ เสื่อมสภาพทางชีวภาพ และการตกผลึกเกลือ4.1 การแห้งหดตัวการอบแห้งการหดตัวมักจะเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมความชื้นต่ำเนื่องจากการสูญเสียน้ำใกล้พื้นผิวสัมผัสของคอนกรีตเพื่อสิ่งแวดล้อม หดตัวเกิดขึ้นแล้วนำไปแตกถ้า ยับยั้งชั่งใจ มีความเครียดสร้างแรงดึงเกินกว่าแรงของคอนกรีตจะหดตัว ส่วนใหญ่ของส่วนการหดตัวแห้งไม่กู้คืนผ่านอีกภาวะการเปียกของคอนกรีต4.1.1 กลไก-กลไกของการแห้งหดตัวแตกจะคล้ายกับของหดตัวพลาสติกที่อธิบายแล้วในบทที่ 2-กระบวนการทำให้แห้งเริ่มเมื่อความชื้นสัมพัทธ์ของสภาพแวดล้อมที่ต่ำกว่าในรูขุมขนคอนกรีต (มักรูพรุนรูขุมขน)-ฟรีน้ำในรูพรุนรูขุมขนกว่าระเหยจากรูขุมขนในสภาพแวดล้อมที่แห้ง อัตราการแห้งขึ้นอยู่กับโครงสร้างรูขุมขน เช่นขนาดของรูขุมขน และปริมาณรูขุมขน และสภาพแวดล้อมเช่นความชื้น อุณหภูมิ และลมความเร็ว-เมื่อรูขุมขนเส้นเลือดฝอยสูญเสียบางส่วนของน้ำ ปริมาณลดเกิดเนื่องจากสูญเสียน้ำร่วมกับการเกิดขึ้นของ equilibrating สภาพความเครียดซึ่งทำให้รอยแตกคอนกรีตบนพื้นผิวเนื่องจากมีความยับยั้งชั่งใจตนเอง ด้วยตนเอง-ถอดแบบในกรณีนี้คือในรูปแบบของแผนที่แตกในสุ่มทิศทางบนพื้นผิวมีกี่มิลลิเมตรความลึกแต่ไม่ตัดผ่านส่วน-Fig.4.1 แสดงตัวอย่างของชนิดนี้ถอด สำหรับบางจัดแบ่งเป็นส่วน ๆ และต่อเนื่องโครงสร้างเช่นทางเท้า แผ่นคอนกรีต หรือผนัง อาจพบรอยแตกไกลกี่ที่ตัดผ่านส่วน (ดู Fig.4.2 สำหรับตัวอย่างของชนิดนี้แห้งหดตัวถอด)-ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างหดตัวแห้งและหดตัวของพลาสติกนั้นหนึ่งคือเวลาของเหตุการณ์ เกิดการหดตัวของพลาสติกในสภาวะพลาสติก และตกแต่งใหม่ของผิวอาจมีประโยชน์วิธีทำ ขณะแห้งหดตัวเกิดขึ้น เมื่อคอนกรีตได้รับการชุบแข็งที่ผิวใหม่จบไม่ได้-ควรจดบันทึกว่า ไม่เชือดจริง ๆ พูดว่า การอบแห้งการหดตัวเกิดขึ้นเฉพาะในสภาพชุบแข็งเนื่องจากมักมีสังเกตถอดเนื่องจากการอบแห้งในช่วงนี้-แห้งหดตัวรอยแตกในการผสม หรือคอนกรีตมักจะเห็นครบกำหนดเพื่อที่ restrained จากคอนกรีตเดิมที่มีเสถียรภาพมากขึ้นปริมาณ (ดู Fig.4.5)4.1.2 ปัจจัยที่มีผลต่อการแห้งหดตัวปริมาณน้ำ 1Unit ของคอนกรีต2Water อัตราส่วนปูนซีเมนต์ (w/c)3 รวมเนื้อหา4Types และคุณภาพของผลการ5Type และปริมาณของการยึดประสานและผง6Environmental เงื่อนไขการ7Shape และขนาดของโครงสร้าง4.1.3 เป็นน่าแห้งหดตัวรอยแตกรอยแตกเนื่องจากการแห้งหดตัวมักจะปรากฏบนพื้นผิวคอนกรีตที่มีสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่แห้ง สำหรับถอดรหัสแผนที่ ความลึกของรอยแตกเป็นปกติกับกี่มิลลิเมตรจากพื้นผิว รอยแตกอาจบุกตลอดความหนาของคอนกรีตถ้าหดตัวรุนแรง และส่วนของคอนกรีตเป็นบาง มักพบรอยแตกกี่ข้าม หรือ ตามทิศทางของผิวถนนถ้าไม่มีข้อต่อหดตัวในช่วงสั้น ๆ พอ รอยแตกที่มุมของช่องเช่นประตูหรือหน้าต่างยังเป็นตัวอย่างของการแห้งหดตัวทำให้เกิดรอยแตกที่มักจะเห็น4.1.4 เวลาเกิดรอยแตกหดตัวแห้งการอบแห้งการหดตัวแตกเป็นไปได้ที่จะสังเกตได้จากเวลาหลังเสร็จสิ้นรอบระยะเวลาบ่มผิว ความยาวและปริมาณของรอยแตกสามารถต่อเพิ่มแต่กับไม่กี่ปีอายุของคอนกรีต4.1.5 แนะนำวิธีการลดการหดตัวแห้ง1) Provide additional reinforcement to resist the tensile stress induced by the drying shrinkage. This method is effective in the cases of continuous structures like pavements, slabs of walls in which tensile stress is almost uniform across the section of the members. If enough reinforcement is not provided, cracks can arise and cut through the section. On the contrary, the method is not effective for surface cracking and may even make the problem worse because the provision of more reinforcement causes larger internal restraining stress to the surface shrinkage2) Proportion the concrete to have low shrinkage. This can be done in many ways as follows.-Minimizing the unit water content and water to cement ratio of the concrete which is possible done through the use of water reducing admixtures or super plasticizers.-Minimizing the paste content of the concrete or in other words, maximizing the aggregate content.-Using appropriate types of mineral admixtures such as fly ash, silica fume, limestone powder, etc. The decision should be made based on consideration of other required performances of the concrete and cost effectiveness too.-Using expansive agent. This method is usually costly.-Avoid using aggregate with too high absorption or poor gradation.3) Sufficiently cure the concrete especially when high content of pozzolans are used in the concrete. Longer curing period results in smaller drying shrinkage.4) Apply painting or coating or adhering tiles on the exposed surface of the concrete. These materials can reduce or even inhibit the evaporation of water from the concrete surface and then drying shrinkage can be reduced or may even be almost perfectly prevented.
การแปล กรุณารอสักครู่..
