Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Thin bonded cement-based overlays: numerical analysis of factors influencing their debonding under monotonic loading
Abstract After a period in service, the degradation of concrete structures is unavoidable. For large concrete areas, thin bonded cement-based overlay is a suitable rehabilitation technique. However, the durability of such repairs sometimes remains difficult to predict, especially because of the variable conditions inherent in the work site. The present paper, associating experiment and simulation approaches, focuses on some key parameters influencing debonding propagation along the concrete overlay–substrate interface under static loading. Based on the cohesive crack concept, a model using identified and quantified parameters was built and validated by comparing numerical and experimental results. Different factors having an impact on the interface debonding were then investigated. For the overlay material, the parameters analysed were autogenous shrinkage, Young’s modulus, tensile strength and types of fibre-reinforcement. For the curing conditions, the relative humidity of the surroundings was taken into account. Concerning the overlay–substrate interface, the fracture energy and bond defects were considered. The model predictions allowed the influence of each factor to be evaluated. In particular, the effect of shrinkage on the durability of the composite specimens was clarified. The importance of the capacity of fibres to control debonding by restraining crack opening was proved.
Résumé Après une période en service, la dégradation des structures en béton est inévitable. En ce qui concerne des ouvrages de grandes surfaces, la technique des rechargements minces adhérents s’avère efficace pour leur réhabilitation. Toutefois, la durabilité de telles réparations est parfois difficile à prédire, essentiellement due aux conditions d’exploitation variables. Ce travail, couplant l’expérimentation et la modélisation, s’intéresse à quelques paramètres importants influençant la propagation du décollement le long d’une interface ancien-nouveau béton sous sollicitations monotones. En se basant sur le concept de la fissure cohésive, un modèle a été développé et validé par la confrontation entre les résultats numériques et expérimentaux. Ensuite, différents facteurs influençant le décollement de l’interface support-rechargement ont été étudiés. Pour le rechargement, les paramètres analysés sont le retrait endogène, le module d’élasticité, la résistance en traction et le type de renforcement. Pour la condition d’exposition, l’humidité relative du milieu ambiant est prise en compte. Concernant l’interface support-rechargement, l’énergie spécifique de rupture et le défaut d’adhérence initial sont les paramétres considérés. Le modèle a permis d’évaluer l’influence de chaque facteur sur le mécanisme du décollement de l’interface. En particulier, il a mis en évidence l’effet de retrait sur la durabilité des réparations et le rôle important des fibres qui limitent l’ouverture de fissure du rechargement et par conséquent retardent la propagation du décollement.
Thin bonded cement-based overlays: numerical analysis of factors influencing their debonding under monotonic loading
Abstract After a period in service, the degradation of concrete structures is unavoidable. For large concrete areas, thin bonded cement-based overlay is a suitable rehabilitation technique. However, the durability of such repairs sometimes remains difficult to predict, especially because of the variable conditions inherent in the work site. The present paper, associating experiment and simulation approaches, focuses on some key parameters influencing debonding propagation along the concrete overlay–substrate interface under static loading. Based on the cohesive crack concept, a model using identified and quantified parameters was built and validated by comparing numerical and experimental results. Different factors having an impact on the interface debonding were then investigated. For the overlay material, the parameters analysed were autogenous shrinkage, Young’s modulus, tensile strength and types of fibre-reinforcement. For the curing conditions, the relative humidity of the surroundings was taken into account. Concerning the overlay–substrate interface, the fracture energy and bond defects were considered. The model predictions allowed the influence of each factor to be evaluated. In particular, the effect of shrinkage on the durability of the composite specimens was clarified. The importance of the capacity of fibres to control debonding by restraining crack opening was proved.
Résumé Après une période en service, la dégradation des structures en béton est inévitable. En ce qui concerne des ouvrages de grandes surfaces, la technique des rechargements minces adhérents s’avère efficace pour leur réhabilitation. Toutefois, la durabilité de telles réparations est parfois difficile à prédire, essentiellement due aux conditions d’exploitation variables. Ce travail, couplant l’expérimentation et la modélisation, s’intéresse à quelques paramètres importants influençant la propagation du décollement le long d’une interface ancien-nouveau béton sous sollicitations monotones. En se basant sur le concept de la fissure cohésive, un modèle a été développé et validé par la confrontation entre les résultats numériques et expérimentaux. Ensuite, différents facteurs influençant le décollement de l’interface support-rechargement ont été étudiés. Pour le rechargement, les paramètres analysés sont le retrait endogène, le module d’élasticité, la résistance en traction et le type de renforcement. Pour la condition d’exposition, l’humidité relative du milieu ambiant est prise en compte. Concernant l’interface support-rechargement, l’énergie spécifique de rupture et le défaut d’adhérence initial sont les paramétres considérés. Le modèle a permis d’évaluer l’influence de chaque facteur sur le mécanisme du décollement de l’interface. En particulier, il a mis en évidence l’effet de retrait sur la durabilité des réparations et le rôle important des fibres qui limitent l’ouverture de fissure du rechargement et par conséquent retardent la propagation du décollement.
Thin bonded cement-based overlays: numerical analysis of factors influencing their debonding under monotonic loading
Tran, Q.-T. (Autor:in) / Toumi, A. (Autor:in) / Turatsinze, A. (Autor:in)
Materials and Structures ; 41 ; 863-877
13.09.2007
15 pages
Aufsatz (Zeitschrift)
Elektronische Ressource
Englisch
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