SIZE EFFECT ON THE ULTIMATE DRYING SHRINKAGE OF CONCRETE - EXPERIMENTAL EVIDENCE AND ENGINEERING PRACTICE

The design and behavior of creep-sensitive structures can be to a large extent dependent on the evolution of drying shrinkage. Drying shrinkage of concrete measured on standard laboratory specimens is very time demanding, furthermore, the extrapolation based on the short-term measurements is an ill-posed problem and can lead to large errors. Additionally, the final magnitude of shrinkage is size-dependent which makes the transition from the laboratory data to real structure even more challenging. The present paper evaluates this size effect based on the data gathered in the Creep and shrinkage database developed at the Northwestern university and the data from the literature. Finally, this size effect is compared against the current codes of practice and recommendations

COMPARISON OF DRYING SHRINKAGE AND DRYING CREEP KINETICS IN CONCRETE

The aim of this paper is to show and compare the time evolution of drying shrinkage and drying creep in concrete from three different perspectives. The first one analyzes the basic equations defined in the most common design codes and prediction models for the description of the long-term behavior of concrete (ACI 209, EC2, Model Code 2010, B3, B4). Next, the evolution of drying creep and shrinkage is examined by processing suitable experimental data available from the database developed at the Northwestern University. Finally, the last point of view investigates the results obtained from the finite element simulations employing the material point approach, in particular, the material model based on the Microprestress-Solidification theory

Study of thermal properties of materials for solar cells lamination

Předmětem této práce bylo studium tepelných vlastností materiálů pro laminaci solárních článků. Cílem mojí práce bylo změřit a charakterizovat základní tepelné vlastnosti objemových materiálů a fólií, které se používají pro laminaci solární článků. Nejdříve byla pomocí termoelektrického teploměru měřena teplotní odezva na tepelný puls o určité velikosti. Poté bylo zkoumáno rozložení teploty na povrchu vzorku během jeho zahřívání a ochlazování plošným zdrojem tepla. V úvodu bylo třeba definovat teplo a jeho způsoby šíření, dále základní tepelné parametry materiálů a také způsoby určení těchto veličin. Byly popsány způsoby měření teploty, které byly v praxi potom také využity. Moje práce byla zaměřena na zkoumání tepelných vlastností objemových materiálů. Bylo tedy zapotřebí také charakterizovat měřený objemový materiál a definovat jeho tepelné parametry, neboť s těmito hodnotami byly porovnávány hodnoty tepelných parametrů měřených vzorků laminačních fólií. Tato práce se také týká solárních článků, bylo tedy zapotřebí popsat jejich strukturu, vlastnosti, využití a způsob výroby. Následně po definici všech potřebných pojmů byla zahájena experimentální část této práce. Nejprve byla pomocí pulsní transientní metody měřena tepelná odezva všech osmi různých vzorků fólií. Poté bylo termokamerou zkoumáno teplotní pole povrchu vzorku při použití pulsní transientní metody. Výsledky obou metod byly na závěr práce porovnány.The topic of presented bachelor´s thesis was study of thermal properties of materials for solar cells lamination. The main goal of this thesis was measuring and characterisation of the basic thermal properties of volume materials and plastic films, which are used to solar cells lamination. At first a thermal response to a concrete thermal pulse was measured by the thermoelectric thermometer. Then there was studied the distribution of temperature on the surface of a sample during heating and cooling by the non-point heat source. At the beggining of this thesis it was needed to define heat and ways it´s spread, then the basic thermal properties and also methods of their determination. The ways of measuring temperature were described and then used in praxis. My thesis deals with study of thermal properties volume materials. It was needed to characterize measured volume material and define it´s thermal parameters, because the values of thermal parameters of measured samples of lamination films were compared to these values. This thesis is concerned in solar cells too. So there were also described their structure, properties, utilization and way of their production. After the definition of all needed therms the experimental part of this thesis was begun. At first the thermal response of each of the eight different samples was measured by the pulse transient method. Then there was studied the thermal field on the surface of the sample by thermocamera through using the pulse transient method. Findings of both methods were finally compared.

Optimalisation of thermal properties of solar cell modules

Předmětem této diplomové práce je studium tepelných vlastností struktur fotovoltaických článků. Cílem mojí práce je prostudovat způsoby odvodu tepla z objemových a plošných materiálů (vedení, proudění a záření). Dále je třeba stanovit příspěvky odvedeného tepla ze zalaminovaného fotovoltaického článku a porovnat výsledky zjištěné pomocí pulsní transientní metody, skokové metody a pomocí termokamery. V úvodu práce bude třeba definovat teplo a jeho způsoby šíření. S teplem úzce souvisí teplota. Proto zde bude věnován prostor teplotě a metodám určování teploty. Dále budou definovány základní termofyzikální parametry materiálů. Termofyzikální parametry materiálů budou určovány transientními metodami, které budou dále popsány, a také pomocí termokamery. Tato práce je věnována z velké části fotovoltaickým článkům, bude tedy popsána jejich struktura, vlastnosti, využití a způsob výroby. Následně po definici všech potřebných pojmů bude zahájena experimentální část této práce. Bude zapotřebí charakterizovat měřený objemový materiál a definovat jeho termofyzikální parametry. Pomocí pulsní transientní metody, skokové metody a termokamery bude měřena odezva vzorku PMMA, nezapouzdřeného fotovoltaického článku a poté vzorky zapouzdřených fotovoltaických článků. Výsledky popsaných metod budou na závěr práce porovnány.The topic of presented diploma thesis is study of thermal properties structures of photovoltaic cells. The main goal of this thesis is study of ways of heat spreading from volume and planar materials (conduction, convection and radiation). Then it is needed to determine contributions of heat spread from laminated photovoltaic cell and compare them to results measured by transient pulse method, step wise method and with thermo-camera using. At the beginning of this thesis it will be needed to define heat and ways it’s spread. Heat is closely connected with temperature. That is reason why will be there spoken about temperature and methods of its measuring. Than there will be defined basic thermo-physical parameters of materials. Thermo-physical parameters of materials will be measured by transient methods that will be characterized later and by thermo-camera. This thesis deals with photovoltaic cells, so there will be described their structure, properties, utilization and way of their production. Subsequently after the definition of all needed terms the experimental part of this thesis will be introduced. It will be needed to characterize measured volume material and define its thermo-physical parameters. Using the pulse transient method, step wise method and thermo-camera there will be measured the thermal response of PMMA sample, nonlaminated photovoltaic cell and also samples of laminated photovoltaic cells. Findings of all described methods will be finally compared.

Size effect on the ultimate drying shrinkage of concrete

Určení konečné hodnoty smrštění betonu při vysychání je velmi obtížný úkol. Způsoby výpočtu nabízené v normách a predikčních modelech se velmi liší, stejně jako výsledky, ke kterým tyto výpočty vedou. Velmi problematická je i predikce konečné hodnoty na základě krátkodobých měření, která postihnou pouze počáteční vývoj smršťování. Nabízí se možnost využití velmi malých vzorků, u nichž je proces smršťování ukončen v rozumném časovém horizontu. K tomu je však nezbytná znalost vlivu velikosti prvku na konečnou hodnotu smrštění. Z tohoto pohledu jsou v práci analyzovány nejrozšířenější normy a predikční modely pro popis dlouhodobého chování betonu, experimentální data a pokročilé numerické simulace s různými alternativami materiálového modelu založeného na teorii solidifikace a mikropředpětí.To determine the ultimate value of drying shrinkage of concrete is a very difficult task. The calculation procedures as well as their results are very different among the most widely used design codes and prediction models for the long-term behavior of concrete. Extrapolation of the ultimate value of drying shrinkage from short term measurements which capture only its initial evolution is also very problematic. An unexplored option is to use the measurements on very small specimens where the drying process is terminated within a reasonable time period. In order to be able to do that, it is essential to know the size-effect on drying shrinkage. From this perspective, this thesis analyzes and compares the most widely used design codes and prediction models, the experimental data, and the results of the advanced finite element simulations employing different alternatives of the constitutive model based on the Microprestress-Solidification theory

Study of Thermal Properties of Materials for Cooling of Photovoltaic Panels

Předmětem této dizertační práce je studium tepelných vlastností PCM materiálů a diskuze jejich využití pro chlazení fotovoltaických systémů. Cílem práce je změřit a charakterizovat tepelné vlastnosti komerčních PCM materiálů (např. Micronal®), jejichž praktické využití souvisí s jejich fázovými přeměnami. Chování objemových materiálů je pro definované teploty dobře teoreticky popsáno i experimentálně ověřeno. Pro aplikační využití je však zapotřebí prozkoumat a stanovit tepelné parametry PCM materiálů v závislosti na jejich fázových přeměnách během zahřívání a ochlazování. Ke studiu tepelných vlastností materiálů se využívají známé tranzientní metody měření, které podávají kompletní informace o chování zkoumaných materiálů v závislosti na teplotě a umožňují tak stanovení termofyzikálních parametrů celého systému. Mezi používané tranzientní metody patří zejména pulzní a skoková metoda. Nově je v rámci této práce používána také kombinace lineárního růstu teploty (tzv. rampa) a skokové metody. Princip je založen na generování malého množství tepla uvnitř studovaného vzorku a měření teplotní odezvy systému, ze které lze poté zjistit potřebné termofyzikální parametry. Teoretická část práce se zaměřuje na charakterizaci metod stanovení termofyzikálních parametrů zkoumaného materiálu. V experimentální části je popsán průběh experimentu, budou zde uvedeny a diskutovány experimentální výsledky, způsob jejich vyhodnocení, ale především jejich diskuze z pohledu potenciálních aplikací.The topic of this doctoral thesis is to study the thermal properties of PCM materials and discussion of their use for cooling of photovoltaic systems. The aim of the study is to measure and characterize the thermal properties of commercial PCM materials (Micronal®), their practical use is related to the phase transitions. The behavior of bulk materials at different temperatures is well described theoretically and experimentally verified. For the application use it is necessary to examine and determine the thermal properties of PCM materials depending on the phase transitions during heating and cooling. To study the thermal properties of materials the known transient methods of measuring are used which give full information about the behavior of the materials investigated in dependence on the temperature and thus allow the determination of the thermo-physical parameters of the system. For the transient measurements there are used especially pulse transient and step wise method. Newly is used also combination of linear temperature rise (the ramp wise) and the step wise method. The principle is based on the generation of a small amount of heat inside the studied sample and it is measured the thermal response of the system from which it may be then determined the necessary thermo-physical parameters. The theoretical part of this thesis focuses on characterization of methods for the determination of thermo-physical parameters of the investigated material. In the experimental part of the approached process of experiment, the results, the method of evaluation of the obtained data and also the discussion of results from the viewpoint of potential applications are presented.

Behavior of predried mature concrete beams subject to partial wetting and drying cycles

The presented research focuses on the behavior of predried concrete beams with 2.5 m span subjected to cycles of nonsymmetric wetting and drying. Wetting is induced by partially immersing the specimens in a water basin. The submerged portion of the specimens was relatively low (1/5 to 1/10 of their height) leading to a highly nonuniform and nonsymmetric distribution of eigenstrains due to concrete swelling. Unlike conventional experiments on the volume changes of concrete, the measured quantity is not the axial deformation but the vertical displacement instead. This paper presents the experimental data obtained within two wetting and drying cycles, running over 1 year

On models of long-term behavior of concrete

summary:Long-term behavior of concrete is modeled by several widely accepted models, such as B3, \emph{fib} MC 2010, or ACI 209 whose input parameters and output values are not identical to each other. Moreover, the input and, consequently, the output values are uncertain. In this paper, fuzzy input parameters are considered in uncertainty quantification of each model response and, finally, the sets of responses are analyzed by elementary tools of evidence theory. That is, belief and plausibility functions are proposed to combine evidence from different models

SIZE EFFECT ON THE ULTIMATE DRYING SHRINKAGE OF CEMENT MORTAR: 1-YEAR EXPERIMENT AND NUMERICAL MODELING

The magnitude and time evolution of shrinkage are influenced by numerous factors which are implemented in the design codes often in a different way. The time-dependent behavior of concrete in structures sensitive to creep and shrinkage should be verified by means of short-term laboratory measurements. Extrapolation of drying shrinkage from short-term measurements is an illposed problem. The process is extremely slow but can be accelerated by reducing the specimen size. The knowledge of the size-effect on drying shrinkage is a necessity to establish the transition from the laboratory to the structural size. In the literature, the experimental data on such size-effect are insufficient. For this reason a new experiment was developed to study this phenomenon on small-scale specimens made of cement mortar and the results from the first year are summarized in this paper. The measured data are validated by coupled FEM hygro-mechanical simulations