Application of cement hydration heat inhibitors to control thermal cracking in massive concrete structures

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The problem of temperature cracking due to cement hydration in massive concrete structures attracts the attention of many domestic and foreign scientists. At present, there are many measures to prevent the formation of temperature cracks during concrete hardening. It is possible to divide them into two main classes. The first one is technological measures in the process of construction. The second direction is related to the optimization of concrete composition, including the use of various additives. One type of such additives are cement heat release inhibitors. Their use makes it possible to reduce heat release from cement hydration at the early stage of concrete hardening. This greatly reduces the risk of thermal cracking. The method is quite new and has not been fully investigated to date.Materials and methods. In this work, the influence of cement hydration heat inhibitor addition on the probability of thermal cracks formation during the concreting of massive concrete structures was evaluated using the finite element method. Calculations of the temperature regime and thermal stress state of the concrete mass after its erection were carried out. Two variants of concrete mixture composition were considered: the usual composition — without the use of inhibitor and the composition with the addition of heat of hydration inhibitor. Numerical studies were carried out on the basis of the finite element method using the Midas civil 2019 software package.Results. As a result of numerical solutions for two variants of concrete compositions, the distribution of temperature and temperature stresses in the erected concrete mass was obtained. The risk assessment of temperature cracking is given.Conclusions. Heat of hydration reduction inhibitors are effective in reducing the hydration temperature in massive concrete structures. The addition of 1 % TRI of cement weight in massive concrete structures significantly reduces the risk of thermal cracking.

About the authors

Nguyen Trong Chuc

Le Quy Don Technical University

Email: trongchuc.nguyen@lqdtu.edu.vn
ORCID iD: 0000-0001-9723-5161

Hoang Quoc Long

Le Quy Don Technical University

Email: hoanglongcse@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9656-0664

Le Van Hung

Le Quy Don Technical University

Email: levanhungsqcb@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-7382-9573

N. A. Aniskin

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: nikolai_aniskin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4423-754X

References

  1. Kuzmanovic V., Savic L., Mladenovic N. Computation of Thermal-Stresses and Contraction Joint Distance of RCC Dams // Journal of Thermal Stresses. 2013. Vol. 36. Issue 2. Рр. 112–134. doi: 10.1080/01495739.2013.764795
  2. Atrushi D.S. Tensile and compressive creep of young concrete: Testing and modelling : Doctoral Thesis. 2003. 333 p.
  3. Bofang Z. Thermal stresses and temperature control of mass concrete. Butterworth-Heinemann, 2014. doi: 10.1016/C2012-0-06038-3
  4. Gajda J., Vangeem M. Controlling temperatures in mass concrete // ACI Concrete International. 2002. Vol. 24. Issue 1. Рр. 59–62.
  5. Орехов В.Г., Анискин Н.А., Малаханов В.В., Бестужева А.С., Саинов М.П., Солдатов П.В. и др. Гидротехнические сооружения. Часть 2. М. : АСВ, 2011. 535 c. EDN QNPLYZ.
  6. Zhang X., Shi R., Dai H., Liu Q., Zhang X. Simulation and research on temperature field of taishan roller compacted concrete gravity dam // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 237. Р. 032117. doi: 10.1088/1755-1315/237/3/032117
  7. Nguyen T.C., Bui A.K. Evaluation of the impact of parameter inputs of concrete mix on the distribution of temperature in the mass concrete structure // Structural Integrity and Life. 2019. Vol. 19. Issue 1. Рр. 8–12. EDN KPTOUC.
  8. Kong F.R., Pan L.S., Wang C.M., Zhang D.L., Xu N. Effects of polycarboxylate superplasticizers with different molecular structure on the hydration behavior of cement paste // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 105. Рр. 545–553. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2015.12.178
  9. Zhang H., Wang W., Li Q., Tian Q., Li L., Liu J. A starch-based admixture for reduction of hydration heat in cement composites // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 173. Рр. 317–322. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.03.199
  10. Wang X., Shi M., Wang X. Application of hydration heat inhibitor in crack control of mass concrete of tunnel side wall // E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 283. P. 01032. doi: 10.1051/e3sconf/202128301032
  11. Liang T., Luo P., Mao Z., Huang X., Deng M., Tang M. Effect of Hydration Temperature Rise Inhibitor on the Temperature Rise of Concrete and Its Mechanism // Materials. 2023. Vol. 16. Issue 8. P. 2992. doi: 10.3390/ma16082992
  12. Malaiškienė J., Vaičienė M. The Influence of Silica Fly Ash and Wood Bottom Ash on Cement Hydration and Durability of Concrete // Materials. 2024. Vol. 17. Issue 16. P. 4031. doi: 10.3390/ma17164031
  13. Yan Y., Ouzia A., Yu C., Liu J.P., Scrivener K.L. Effect of a novel starch-based temperature rise inhibitor on cement hydration and microstructure development // Cement and Concrete Research. 2020. Vol. 129. P. 105961. doi: 10.1016/j.cemconres.2019.105961
  14. Zhang H., Liu X., Feng P., Li L., Wang W. Influence of temperature rising inhibitor on nucleation and growth process during cement hydration // Thermochimica Acta. 2019. Vol. 681. P. 178403. doi: 10.1016/j.tca.2019.178403
  15. Wang X., Shi M., Wang X. Application of hydration heat inhibitor in crack control of mass concrete of tunnel side wall // E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 283. P. 01032. doi: 10.1051/e3sconf/202128301032
  16. Zhang H., Li L., Feng P., Wang W., Tian Q., Liu J. Impact of temperature rising inhibitor on hydration kinetics of cement paste and its mechanism // Cement and Concrete Composites. 2018. Vol. 93. Рр. 289–300. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2018.07.018
  17. Shao X., Ning J., Tang R., Fang Z., Zhao B., Xu B. et al. Effect of temperature-rising inhibitor on the hydration and performance of cemented paste-filling material // Case Studies in Construction Materials. 2023. Vol. 19. P. e02680. doi: 10.1016/j.cscm.2023.e02680
  18. Xu W., Qiang S., Hu Z., Ding B., Yang B. Effect of hydration heat inhibitor on thermal stress of hydraulic structures with different thicknesses // Advances in Civil Engineering. 2020. Vol. 2020. Issue 1. doi: 10.1155/2020/5029865
  19. Aniskin N.A., Shaytanov A.M. Optimization of the Temperature and Thermo-Stressed State of a Concrete Dam Constructed from Particularly Lean Roller-Compacted Concrete // Buildings. 2023. Vol. 13. Issue 4. P. 914. doi: 10.3390/buildings13040914
  20. Jia C., Shao A., Li Y., Ren Q. Analyses of thermal stress field of high concrete dams during the process of construction // 2010 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference. 2010. Рр. 1–5. doi: 10.1109/APPEEC.2010.5449456

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».