Experimental and analytical investigation of the behaviour of interfaces between high injectibility hydraulic grouts and stone or brick substrates

Within the Doctoral Dissertation the bond mechanism of interfaces between masonry units and medium or low mechanical properties hydraulic grouts is experimentally investigated. Based on an extended systematic study, which comprises a) microstructural study of the interfaces b) mechanical tests and c) correlation of the results of points a and b, it is proved that the bond mechanism is mechanical in nature for the materials considered. Furthermore, the results allow for the effect of properties of both substrate and grout on bond to be evaluated. The main finding of the experimental campaign is that grouts with medium and low mechanical properties are competitive in terms of bond strength with stronger grouts. Based on the experimental results, local constitutive laws describing the behaviour of grout-to-masonry unit interfaces under shear are formulated. The proposed local constitutive laws are used to predict the shear stress-horizontal displacement and horizontal displacement-crack opening response of such interfaces, as well as to determine the values of the ultimate shear bond strength and the corresponding slip values. Moreover, the grout-to-in-situ material interfaces are simulated by means of Finite Elements Analysis using a 2D model. Two different models are applied for the description of mechanical characteristics of the interfaces. Both models are applied, after calibration, to reproduce the experimental results. In general, the experimental curves are adequately simulated by the proposed models. Finally, the abovementioned models are tuned to a simple analytical model of three-leaf masonry element with the purpose to estimate the contribution of grout interfaces to the mechanical behaviour of masonry walls.Η παρούσα Διατριβή επικεντρώνεται στην πειραματική διερεύνηση του μηχανισμού συνάφειας σε διεπιφάνειες μεταξύ δομικών λίθων και υδραυλικών ενεμάτων με μέτρια και χαμηλά μηχανικά χαρακτηριστικά. Από την συστηματική μελέτη του μηχανισμού συνάφειας, η οποία περιλαμβάνει α) την μελέτη της μικροδομής των διεπιφανειών, β) μηχανικές δοκιμές και γ) την συσχέτιση των αποτελεσμάτων των σημείων α και β, τεκμηριώνεται ότι ο μηχανισμός συνάφειας -για τα εν λόγω υλικά- είναι μηχανικής φύσης. Επί πλέον, αξιολογείται η επίδραση των ιδιοτήτων του υποβάθρου και των ενεμάτων στην συνάφεια και αποδεικνύεται ότι ενέματα με μέτρια και χαμηλά μηχανικά χαρακτηριστικά είναι ανταγωνιστικά σε όρους συνάφειας με άλλα ισχυρότερα ενέματα. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα, διατυπώνεται τοπικός καταστατικός νόμος για την περιγραφή της συμπεριφοράς των διεπιφανειών έναντι διάτμησης και καταστρώνονται εμπειρικές σχέσεις για την πρόβλεψη της επιστρατευομένης διατμητικής αντίστασης κατά μήκος μιας διεπιφάνειας ενέματος/υποβάθρου, καθώς και της ολίσθησης και του ανοίγματος ρωγμής για τις οποίες αυτή η αντίσταση ενεργοποιείται. Τα παραπάνω στοιχεία αξιοποιούνται στο Αναλυτικό Μέρος της Διατριβής, στο οποίο κατασκευάζονται δύο προσομοιώματα για την περιγραφή των μηχανικών χαρακτηριστικών της διεπιφανειακής ζώνης. Η συμπεριφορά των διεπιφανειών αναπαράγεται επαρκώς και με τις δυο προσομοιώσεις. Τέλος, ένα εκ των προσομοιωμάτων διεπιφάνειας εισάγεται σε ένα απλό αναλυτικό προσομοίωμα στοιχείου τοιχοποιίας και αποτιμάται η συνεισφορά των ενεμάτων στην μηχανική απόκριση των ενισχυμένων με ενέματα τοιχοποιιώ

Revealing the nature of metakaolin-based concrete materials using artificial intelligence techniques

In this study, a model for the estimation of the compressive strength of concretes incorporating metakaolin is developed and parametrically evaluated, using soft computing techniques. Metakaolin is a component extensively employed in recent decades as a means to reduce the requirement for cement in concrete. For the proposed models, six parameters are accounted for as input data. These are the age at testing, the metakaolin percentage in relation to the total binder, the water-to-binder ratio, the percentage of superplasticizer, the binder to sand ratio and the coarse to fine aggregate ratio. For training and verification of the developed models a database of 867 experimental specimens has been compiled, following a broad survey of the relevant published literature. A robust evaluation process has been utilized for the selection of the optimum model, which manages to estimate the concrete compressive strength, accounting for metakaolin usage, with remarkable accuracy. Using the developed model, a number of diagrams is produced that reveal the highly non-linear influence of mix components to the resulting concrete compressive strength.ZU - Zagazig University(undefined