Numerical analyses of crack spacing due to shrinkage in reinforced concrete slabs

Shrinkage cracking is commonly observed in concrete flat structures such as highway pavements, slabs, and bridge decks. Crack spacing due to shrinkage has received considerable attention for many years [1-3]. However, some aspects concerning the mechanism of crack spacing still remain un-clear. Though it is well known that the interval of the cracks generally falls with a range, no satisfactory explanation has been put forward as to why the minimum spacing exists.

A review of ACI recommendations for prevention of plastic cracking

The ACI recommendations for the prevention of cracking of plastic concrete attempt to eliminate such cracking by ensuring that the rate of evaporation from unprotected concrete surfaces does not exceed the estimated rate of bleed water production. The current recommendations, however do not account for the large scatter of the underlying experimental evaporation data nor the effect of altitude on evaporation rate. Ignoring the scatter of the evaporation data frequently leads to an unacceptably high probability that the evaporation rate will exceed the bleed rate. Ignoring the effect of altitude leads to similar high probabilities, but in only a comparatively small number of cases. Simple modifications of the ACI recommendations are suggested that can account for both effects. However; insufficient data on the variability of bleed rates are currently available to allow the scatter of the evaporation data to be accounted for completely.

Suctions, fracture energy, and plastic cracking of cement mortar and concrete

Plastic cracking of cement mortar and concrete is primarily attributable to desiccation by evaporation from unprotected surfaces. This causes high suctions (negative pressures) to develop in the pore water adjacent to these surfaces. Dissolved salts in the pore water can also contribute significantly to suctions. Quantitative expressions are available for all of the components of the total suction. The development of suctions over time is illustrated by the results of desiccation tests conducted on cement mortars, supplemented by data from the literature. It is shown that ambient conditions conducive to plastic cracking can arise almost anywhere, but that the extremely high suctions that develop in mature cement mortar and concrete do not imply that compression failures should occur A high value of fracture energy is derived from data from the desiccation tests that implies that plastic cracking is characterized by a significant zone of plastic straining or microcracking.

Avaliação do comportamento reológico na retração plástica e na fissuração de argamassas de concreto auto-adensável

This paper investigated the influence of the amount of superplasticizer and mineral adding - silica fume and basaltic filer - in plastic shrinkage and cracking of self-compacting concrete (SCC) mortars. Initially analysis was performed of the rheological behavior of cement paste and mortars phases of the compositions of SCC. Then the deformations of mortars were measured by the effect of shrinkage and evaluation of cracking. On plastic shrinkage and cracking, the composition with silica fume showed superior results, independent of wind and superplasticizer content, relative to the composition with addition of basalt filler. However, the composition with silica fume showed superior results only in the tests with imposed ventilation at vertical plastic deformation. The rheological behavior affected directly the plastic shrinkage and cracking at early ages, fact confirmed by the analysis of capillary pressures of mortars tested.

Crack depths in desiccating plastic concrete

The depths of cracks in desiccating plastic concrete are estimated by considering the effects of the suction (negative pore pressure) associated with desiccation and applying five failure models derived from fracture, theories combined with theories drawn from geotechnical engineering under the assumption that plastic concrete is a frictional particulate material. The estimated crack depths vary with the depth of desiccation, the suction profile, and a small number of material parameters that depend on the model adopted and are comparatively easy to estimate accurately. Four of the models predict excessively large crack depths. The fifth, however, predicts shallower crack depths that increase with the age of the concrete and are consistent with those of analogous desiccation cracks in coal mine tailings. It thus offers a relatively robust method of estimating the depth of desiccation cracks. Confirmation of this with data for plastic concrete is clearly desirable but not possible at present.

Development of ultra-high-performance concrete (UHPC) using waste glass materials ─ towards innovative eco-friendly concrete

Le béton conventionnel (BC) a de nombreux problèmes tels que la corrosion de l’acier d'armature et les faibles résistances des constructions en béton. Par conséquent, la plupart des structures fabriquées avec du BC exigent une maintenance fréquent. Le béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP) peut être conçu pour éliminer certaines des faiblesses caractéristiques du BC. Le BFUP est défini à travers le monde comme un béton ayant des propriétés mécaniques, de ductilité et de durabilité supérieures. Le BFUP classique comprend entre 800 kg/m³ et 1000 kg/m³ de ciment, de 25 à 35% massique (%m) de fumée de silice (FS), de 0 à 40%m de poudre de quartz (PQ) et 110-140%m de sable de quartz (SQ) (les pourcentages massiques sont basés sur la masse totale en ciment des mélanges). Le BFUP contient des fibres d'acier pour améliorer sa ductilité et sa résistance aux efforts de traction. Les quantités importantes de ciment utilisées pour produire un BFUP affectent non seulement les coûts de production et la consommation de ressources naturelles comme le calcaire, l'argile, le charbon et l'énergie électrique, mais affectent également négativement les dommages sur l'environnement en raison de la production substantielle de gaz à effet de serre dont le gas carbonique (CO[indice inférieur 2]). Par ailleurs, la distribution granulométrique du ciment présente des vides microscopiques qui peuvent être remplis avec des matières plus fines telles que la FS. Par contre, une grande quantité de FS est nécessaire pour combler ces vides uniquement avec de la FS (25 à 30%m du ciment) ce qui engendre des coûts élevés puisqu’il s’agit d’une ressource limitée. Aussi, la FS diminue de manière significative l’ouvrabilité des BFUP en raison de sa surface spécifique Blaine élevée. L’utilisation du PQ et du SQ est également coûteuse et consomme des ressources naturelles importantes. D’ailleurs, les PQ et SQ sont considérés comme des obstacles pour l’utilisation des BFUP à grande échelle dans le marché du béton, car ils ne parviennent pas à satisfaire les exigences environnementales. D’ailleurs, un rapport d'Environnement Canada stipule que le quartz provoque des dommages environnementaux immédiats et à long terme en raison de son effet biologique. Le BFUP est généralement vendu sur le marché comme un produit préemballé, ce qui limite les modifications de conception par l'utilisateur. Il est normalement transporté sur de longues distances, contrairement aux composantes des BC. Ceci contribue également à la génération de gaz à effet de serre et conduit à un coût plus élevé du produit final. Par conséquent, il existe le besoin de développer d’autres matériaux disponibles localement ayant des fonctions similaires pour remplacer partiellement ou totalement la fumée de silice, le sable de quartz ou la poudre de quartz, et donc de réduire la teneur en ciment dans BFUP, tout en ayant des propriétés comparables ou meilleures. De grandes quantités de déchets verre ne peuvent pas être recyclées en raison de leur fragilité, de leur couleur, ou des coûts élevés de recyclage. La plupart des déchets de verre vont dans les sites d'enfouissement, ce qui est indésirable puisqu’il s’agit d’un matériau non biodégradable et donc moins respectueux de l'environnement. Au cours des dernières années, des études ont été réalisées afin d’utiliser des déchets de verre comme ajout cimentaire alternatif (ACA) ou comme granulats ultrafins dans le béton, en fonction de la distribution granulométrique et de la composition chimique de ceux-ci. Cette thèse présente un nouveau type de béton écologique à base de déchets de verre à ultra-hautes performances (BEVUP) développé à l'Université de Sherbrooke. Les bétons ont été conçus à l’aide de déchets verre de particules de tailles variées et de l’optimisation granulaire de la des matrices granulaires et cimentaires. Les BEVUP peuvent être conçus avec une quantité réduite de ciment (400 à 800 kg/m³), de FS (50 à 220 kg/m³), de PQ (0 à 400 kg/m³), et de SQ (0-1200 kg/m³), tout en intégrant divers produits de déchets de verre: du sable de verre (SV) (0-1200 kg/m³) ayant un diamètre moyen (d[indice inférieur 50]) de 275 µm, une grande quantité de poudre de verre (PV) (200-700 kg/m³) ayant un d50 de 11 µm, une teneur modérée de poudre de verre fine (PVF) (50-200 kg/m³) avec d[indice inférieur] 50 de 3,8 µm. Le BEVUP contient également des fibres d'acier (pour augmenter la résistance à la traction et améliorer la ductilité), du superplastifiants (10-60 kg/m³) ainsi qu’un rapport eau-liant (E/L) aussi bas que celui de BFUP. Le remplacement du ciment et des particules de FS avec des particules de verre non-absorbantes et lisse améliore la rhéologie des BEVUP. De plus, l’utilisation de la PVF en remplacement de la FS réduit la surface spécifique totale nette d’un mélange de FS et de PVF. Puisque la surface spécifique nette des particules diminue, la quantité d’eau nécessaire pour lubrifier les surfaces des particules est moindre, ce qui permet d’obtenir un affaissement supérieur pour un même E/L. Aussi, l'utilisation de déchets de verre dans le béton abaisse la chaleur cumulative d'hydratation, ce qui contribue à minimiser le retrait de fissuration potentiel. En fonction de la composition des BEVUP et de la température de cure, ce type de béton peut atteindre des résistances à la compression allant de 130 à 230 MPa, des résistances à la flexion supérieures à 20 MPa, des résistances à la traction supérieure à 10 MPa et un module d'élasticité supérieur à 40 GPa. Les performances mécaniques de BEVUP sont améliorées grâce à la réactivité du verre amorphe, à l'optimisation granulométrique et la densification des mélanges. Les produits de déchets de verre dans les BEVUP ont un comportement pouzzolanique et réagissent avec la portlandite générée par l'hydratation du ciment. Cependant, ceci n’est pas le cas avec le sable de quartz ni la poudre de quartz dans le BFUP classique, qui réagissent à la température élevée de 400 °C. L'addition des déchets de verre améliore la densification de l'interface entre les particules. Les particules de déchets de verre ont une grande rigidité, ce qui augmente le module d'élasticité du béton. Le BEVUP a également une très bonne durabilité. Sa porosité capillaire est très faible, et le matériau est extrêmement résistant à la pénétration d’ions chlorure (≈ 8 coulombs). Sa résistance à l'abrasion (indice de pertes volumiques) est inférieure à 1,3. Le BEVUP ne subit pratiquement aucune détérioration aux cycles de gel-dégel, même après 1000 cycles. Après une évaluation des BEVUP en laboratoire, une mise à l'échelle a été réalisée avec un malaxeur de béton industriel et une validation en chantier avec de la construction de deux passerelles. Les propriétés mécaniques supérieures des BEVUP a permis de concevoir les passerelles avec des sections réduites d’environ de 60% par rapport aux sections faites de BC. Le BEVUP offre plusieurs avantages économiques et environnementaux. Il réduit le coût de production et l’empreinte carbone des structures construites de béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP) classique, en utilisant des matériaux disponibles localement. Il réduit les émissions de CO[indice inférieur 2] associées à la production de clinkers de ciment (50% de remplacement du ciment) et utilise efficacement les ressources naturelles. De plus, la production de BEVUP permet de réduire les quantités de déchets de verre stockés ou mis en décharge qui causent des problèmes environnementaux et pourrait permettre de sauver des millions de dollars qui pourraient être dépensés dans le traitement de ces déchets. Enfin, il offre une solution alternative aux entreprises de construction dans la production de BFUP à moindre coût.

Analysis and control of cracking due to shrinkage in cast-in-place reinforced concrete slabs

The numerical analysis method of cracking in cast-in-place reinforced concrete slabs is presented. T he results agree w ell with the actual conditions. T he current state of knowledge and some new research findings on crack-control are introduced such as increasing the quantities of the distribution steel, adopting fibre reinforced concrete etc. Some recommended crack-control procedures used in design construction is presented based on the investigation and study of cracking in a frame structure.

A simple method to simulate shrinkage-induced cracking in cement-based composites by lattice-type modeling

A new numerical procedure is proposed to investigate cracking behaviors induced by mismatch between the matrix phase and aggregates due to matrix shrinkage in cement-based composites. This kind of failure processes is simplified in this investigation as a purely spontaneous mechanical problem, therefore, one main difficulty during simulating the phenomenon lies that no explicit external load serves as the drive to propel development of this physical process. As a result, it is different from classical mechanical problems and seems hard to be solved by using directly the classical finite element method (FEM), a typical kind of "load -> medium -> response" procedures. As a solution, the actual mismatch deformation field is decomposed into two virtual fields, both of which can be obtained by the classical FEM. Then the actual response is obtained by adding together the two virtual displacement fields based on the principle of superposition. Then, critical elements are detected successively by the event-by-event technique. The micro-structure of composites is implemented by employing the generalized beam (GB) lattice model. Numerical examples are given to show the effectiveness of the method, and detailed discussions are conducted on influences of material properties.

Strength and drying shrinkage of reactive MgO modified alkali-activated slag paste

Conventional alkali-activated slag (AAS) cements suffer from significant drying shrinkage which hinders their widespread application. This paper investigates the potential of using commercial reactive MgO to reduce the drying shrinkage of AAS. Two different reactive MgOs were added at a content of 2.5-7.5 wt% of the slag, which was activated by sodium hydroxide and water-glass. The strength and the drying shrinkage of those reactive MgO modified AAS (MAAS) pastes were measured up to 90 days. It is found that MgO with high reactivity accelerated the early hydration of AAS, while MgO with medium reactivity had little effect. The drying shrinkage was significantly reduced by highly reactive MgO but it also generated severe cracking under the dry condition. On the other hand, medium-reactive MgO only showed observable shrinkage-reducing effect after one month, but the cement soundness was improved. The hydration products, analysed by X-ray diffraction, thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy techniques, showed that Mg was mainly incorporated in the hydrotalcite-like phases. It is concluded that the curing conditions and the time of hydrotalcite-like phases formation and their quantity are crucial to the developed strength and shrinkage reduction properties of MAAS, which are highly dependent on the reactivity and content of reactive MgO. Crown Copyright © 2013 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Cracking the language code : NAPLAN numeracy tests in years 7 and 9

Focusing on the use of language is a crucial strategy in good mathematics teaching and a teacher’s guidance can assist students to master the language of mathematics. This article discusses the statements with reference to recent year 7 and 9 NAPLAN numeracy tests. It draws the readers’ attention to the complexities of language in the field of mathematics. Although this article refers to NAPLAN numeracy tests it also offers advice about good teaching practice.

Cracking the code : a checklist to complement CRAs for first year Justice students

It is well recognised in the literature on first year higher education that there is a need for Universities to provide further support and development in student learning skills and engagement. Assessment and feedback is an area with differing expectations and understandings among academics and students (e.g. AUSSE, CEQ). Consistency and explicitness in academic feedback is fundamental in assisting students in their transition to university education and learning. This poster captures the progress of an 18 month funded by the Faculty of Law Teaching and Learning Grant scheme (QUT). The project sought to develop and trial an assessment checklist/diagnostic tool to accompany Criteria Referenced Assessment sheets for students within the School of Justice, Law Faculty, Queensland University of Technology (QUT).The checklist was trialled across four units in the School of Justice (Law faculty) amongst an estimated cohort of over 600 students undertaking single and dual degrees.