Early age measurement of the coefficient of thermal expansion of concrete: a new test setup based on internal heating/cooling

Abstract

Um dos fatoresque influencia a durabilidade das estruturas de betão armado é o aparecimento de fendas nas primeiras idades devido às tensões internas que se geram por restrição de deformações térmicas durante a cura. A sensibilidade da deformação térmica do betão, representada pelo coeficiente de dilatação térmica (CDT), é uma propriedade que se altera durante as primeiras idades,devidoàs modificações micro-estruturais que ocorrem durante a hidratação do cimento. O conhecimento da evolução do CDTnas primeiras idades é fundamental para uma correta previsão das extensões e tensões internas que se geram logo após a presa do betão. Neste trabalho é apresentado um método integrado para determinar a evolução do CDT de provetes de betão desdeidades anteriores à finalizaçãoda presa, ultrapassando deste modo as principais limitações dos métodos atualmente utilizados para determinação deste coeficienteem materiais cimentícios. O método proposto consiste na exposição de um provete de betão a ciclos de variações térmicas de ±2.5°C,tendo-se desenvolvido um molde de ensaio que permite a leitura da resposta do provete durante as primeiras idades. Asvariações térmicassão impostasatravés da imersão do molde de ensaio em água, a temperatura controlada, e impondo a circulação dessa água no interior do provete através de um tubo em espiral embutido, permitindo desta forma reduzir o gradiente de temperatura entre a superfície e o núcleo e, consequentemente, o tempo de duração dos ciclos térmicos.No presente trabalho são testadas diferentes composições de betão para verificar a aplicabilidade do método proposto para determinação do CDT do betão nas primeiras idades, tendo-se obtido resultados que estão em acordo com o atual estado da arteOne of thefactors influencing the durability of reinforced concrete structures is the occurrence of cracking during the early ages, caused by the internal stresses generated by restrained thermal deformations during cement hydration. Thermal deformation sensitivity, represented by its coefficient of thermal expansion (CTE), is a property that changes during early ages due to, essentially, micro-structural changes that occur during cement hydration.Knowing the evolution of the CTE sinceearly ages is essential for a correct prediction of the internal stresses that occur right after setting of the concrete. In this work, an integrated methodfor determination of concreteCTE evolution duringthe early ages is proposed, in which the main limitationsof the current methods are circumvented. The proposed method consists in exposing a concrete specimen to thermalvariations of ±2.5°C,and a test rig that enables measuringthe specimen’sresponse to those thermal variations since early ages. The thermal variationis imposed by immersing the concrete specimen in a water bath, with controlled temperature, and imposing water circulation inside the specimen through an embedded spiral tube. This allows reducingthe difference between the surface and the core temperatures,andso minimizingthe duration of thermal cycles. In the present work several concrete compositions are tested in order to verify the applicability of the proposed method for determination of concrete CTE in early ages,beingobserved that the results are in accordance with the current state of the artPOCI-01-0145-FEDER-007457 (CONSTRUCT -Institute of R&D in Structures and Construction) e POCI-01-0145-FEDER-007633 (ISISE), financiados por fundos FEDER através do COMPETE2020 -Programa Operacional Competitividade e Internacionalização (POCI), e por fundos nacionais através da FCT –Fundação para a Ciência e Tecnologia. Agradece-se ainda à FCT e FEDER (COMPETE2020) o financiamento do projeto IntegraCrete PTDC/ECM-EST/1056/2014 (POCI-01-0145-FEDER-016841

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