Projekti / Programi
Masivni betoni - optimiziranje tehnologije ob uporabi naprednih preskusnih metod
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.01.00 |
Tehnika |
Gradbeništvo |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T220 |
Tehnološke vede |
Gradbeništvo, hidravlika, priobalna tehnologija, mehanika zemljin |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.01 |
Tehniške in tehnološke vede |
Gradbeništvo |
masivni beton, agregat, cement, žlindra, adiabatna krivulja, krčenje betona, metoda končnih
elementov, postopna gradnja
Raziskovalci (20)
Organizacije (5)
Povzetek
Pri strjevanju masivnih betonskih konstrukcij (MBK) se zaradi velike količine toplote, ki se razvije pri hidrataciji ter krčenja betona pojavlja nevarnost nastanka razpok in drugih poškodb betona , kar negativno vpliva na želeno kvaliteto, funkcionalnost in trajnost MBK.
Opisano problematiko lahko učinkovito obvladujemo le z izbiro ustreznih vhodnih materialov, ustreznim projektiranjem sestave mešanice, optimalno tehnologijo gradnje in predhodno numerično analizo razvoja temperaturnega polja z upoštevanjem dejanskih vrednosti vhodnih materialnih parametrov. Za dosego opisanih ukrepov je ključna uporaba modernih tehnologij priprave in vgradnje betonskih mešanic, uporaba ustreznih mineralnih in kemijskih dodatkov, natančna določitev ključnih materialnih parametrov z eksperimenti ter priprava kompleksnega numeričnega modela z upoštevanjem realnih fenomenov. V primeru MBK je poleg klasičnih mehanskih karakteristik betonov (tlačna in upogibna trdnost, elastični moduli, ipd.), ključno poznavanje številnih drugih lastnosti materiala, npr. sproščanja hidratacijske toplote, toplotne prevodnosti, specifične toplote, koeficienta linearnega raztezka, velikosti neoviranega krčenja ter lezenja, poroznosti, sposobnosti samoceljenja ipd.
Zgoraj omenjena problematika gradnje MBK predstavlja osnovno motivacijo, vzpostavitev metodologije s ključnimi ukrepi za dosego želene kvalitete in trajnosti MBK pa osnovni cilj predlaganega projekta. Za dosego teh ciljev bomo v prvi vrsti zmanjšali velikost maksimalnega agregatnega zrna v masivnih betonskih mešanicah iz klasične )63 mm na velikost 16-32 mm, kar bo bistveno spremenilo samo kvaliteto masivnega betona in predstavljalo začetek novega, modernega obdobja množične proizvodnje masivnega betona z zmanjšano velikostjo agregatnih zrn.
Projekt bo razdeljen na dva glavna dela – eksperimentalnega in numeričnega, podrobnejša razdelitev projekta pa zajema sedem delovnih sklopov. Za uvodnim sklopom sledijo trije sklopi eksperimentalnega dela, namenjeni karakterizaciji vhodnih materialov, načrtovanju sestav betonskih mešanic ter izvajanju meritev lastnosti v svežem, strjujočem se in strjenem stanju z uporabo novih, naprednih merilnih tehnik. Uporabljen bo širok spekter osnovnih materialov različnih kombinacij, s čimer bomo pripravili obsežno bazo betonskih mešanic . Na podlagi izvedenih eksperimentov in numeričnega modela za določitev adiabatne krivulje poljubne betonske mešanice, razvitega s strani raziskovalcev projektne skupine, bodo določene optimalne sestave betonov, na katerih bomo določili lastnosti materiala, potrebne za dosego kvalitetne in trajne gradnje MBK.
Z upoštevanjem dejanskih vhodnih materialnih parametrov, pridobljenih v okviru eksperimentalnega dela z naprednimi merilnimi tehnikami, bomo pripravili kompleksen numerični model za izračun temperaturnega polja v MBK. Model bo ob podani sestavi betonske mešanice omogočal predhoden izračun njene adiabatne krivulje, račun povezanega problema prenašanja vode, vlažnega zraka in toplote v svežem betonu in s tem napoved krčenja ter izračun optimalne postopne gradnje v smislu določitve optimalne debeline betonskih blokov in časovnega zaporedja betoniranja le-teh. Vse to predstavlja ključen doprinos v primerjavi z dosedaj razvitimi podobnimi numeričnimi modeli. Za zmanjšanje okoljskega odtisa masivnih betonov bo v recepturah uporabljen tudi agregat iz reciklirane jeklarske žlindre. Za vse uporabljene recepture in tehnologije bodo z LCA analizo izračunani okoljski vplivi, ki bodo upoštevali celotno življenjsko dobo masivnih betonov.
Raziskovalno skupino predlaganega projekta sestavljajo raziskovalci iz različnih slovenskih raziskovalnih organizacij z dolgoletnimi izkušnjami in referencami na področju laboratorijskih, terenskih in numeričnih preiskav betonov ter z vrhunsko laboratorijsko opremo. Omenjena dejstva potrjujejo pomembnost predstavljene tematike in zagotavljajo kvalitetno in pravočasno izvedbo projekta.
Pomen za razvoj znanosti
Ocenjujemo, da bodo rezultati predlaganega projekta imeli predvsem naslednji bistveni pomen za razvoj znanosti in stroke:
Rezultati eksperimentalnega dela:
Analiza kompatibilnosti posameznih osnovnih materialov, primernih za gradnjo konstrukcij iz
masivnega betona;
Analiza primernosti posameznih sekundarnih materialov (žlindra) za uporabo v masivnih betonih v smislu njihovega vpliva na razvoj hidratacije in mehanskih ter termičnih karakteristik;
Omenjeni rezultati bodo predstavljali pomemben prispevek, saj se bodo nanašali neposredno na lokalno dostopne materiale, katerih lastnosti se lahko bistveno razlikujejo od lastnosti drugih materialov, navedenih v svetovni literaturi. Zato vedenje o teh materialih ne moremo povzeti po raziskavah, ki so bile opravljene v tujini.
Rezultati numeričnega dela:
V okviru numeričnega dela projekta bomo razvili numerični model za izračun temperaturnega polja v (masivnih) betonskih konstrukcijah, ki bo imel predvsem naslednje karakteristike, pomembne za razvoj znanosti oziroma stroke na področju modeliranja gradnje masivnih betonskih konstrukcij:
Povezanost med različnimi mehanizmi, ki vplivajo na obnašanje konstrukcij: prenos toplote in mase, deformiranje konstrukcij,
Avtomatična določitev adiabatne krivulje betonske mešanice poljubne sestave na podlagi metode umetnih nevronskih mrež,
Možnost modeliranja postopne gradnje ter določitev optimalne gradnje v smislu izračuna potrebne velikosti posameznih betonskih blokov in časovnega razporeda gradnje le teh ob upoštevanju dovoljenih pogojev in omejitev glede najvišjih temperatur in temperaturnih gradientov v posameznih betonskih blokih.
Pomen za razvoj Slovenije
Results of the proposed project are estimated to have mainly the following essential impact for the development of science and profession:
Results of experimental work:
Analysis of compatibility of individual basic materials, adequate for the construction of mass
concrete structures;
Analysis of adequacy of individual secondary materials (slag) for the use in mass concrete,
considering their influence on the development of hydration and mechanical as well as thermal characteristics;
These results shall represent an important contribution, since they will refer directly to the locally available materials, the properties of which can be significantly different from those of other materials to be found in the world literature. For this reason, knowledge about these materials cannot be taken from foreign research results.
Results of numerical part:
Within the numerical part of the project a numerical model for the calculation of temperature field in (mass) concrete structures will be developed. Its characteristics, important for the development of science and profession in the area of modelling the construction of mass concrete structures, will mainly be the following:
Connections among different mechanisms influencing the behaviour of structures: transfer of heat and mass, deformation of structures,
Automatic definition of adiabatic curve for concrete mix of arbitrary composition based on the
method of artificial neural networks,
Possibilities of modelling gradual construction and definition of optimal construction in the sense of calculating the necessary size of individual concrete blocks and time distribution of their construction, by taking into account the permitted requirements and limitations regarding the highest temperatures and temperature gradients in individual concrete blocks.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
