Projekty a granty

Získání experimentálních podkladů pro aplikaci numerického modelu difuze chloridových iontů a jeho optimalizaci

SP2016/134

ROZBOR STAVU PROBLEMATICKY V ČR A VE SVĚTĚ Znalost degradačních postupů, produkce kvalitnějších betonových směsí nebo trvanlivějších konstrukčních systémů může přispět ke snížení celkových nákladů konkrétní železobetonové konstrukce. To může být považováno za hlavní motivační prvek při výzkumu dané problematiky. Spolehlivosti mostních konstrukcí ze železobetonu se již zabývaly předchozí projekty SP2014/186 a SP2015/131. Byly předloženy výsledky v oblasti analýzy vysokohodnotného betonu [10] a také několik publikací zabývající se numerickým modelováním difuze chloridů [12][13][14]. Předchozí výzkum prokázal, že znalost difuzního součinitele vede k přesnějšímu modelování pronikání chloridových látek do konstrukce. Jako podklad pro dané téma, lze použít například práce [5] a [6], případně [7] a [8]. Ke zjištění difuzního součinitele se tradičně využívá analýza chloridového profilu při dlouhodobém působení vodného roztoku NaCl na povrch vzorku[4][9]. Ten se používá i v laboratořích Stavební fakulty VŠB-TUO. Modernější postupy přináší řádově rychlejší experimenty díky aplikaci zrychlené penetrace chloridů [1] nebo pomocí měření resistivity betonu [2][8]. Laboratorní implementace RCPT testu [3] se ověřuje na FSv ČVUT nebo na Slezské polytechnikce v Gliwicíc. Díky dřívější spolupráci a relativní blízkosti Gliwic se jeví jako výhodné příprava společných experimentů. Kvůli zhodnocení možností tamních laboratoří a převozu vzorků budou podniknuty cesty na Slezskou polytechniku v Gliwicích. V laboratořích Stavební fakulty VŠB-TUO se využívá Wennerova sonda, která pracuje na principu čtyř rovnoběžně posazených měřidel. Tato metoda se však musí pro potřeby objemové resistivity korelovat. Zde je žádoucí připravit nové testovací možností a využít přímé měření objemové elektrické resistivity na válcových nebo krychelných vzorcích [11]. Současně s tím se bude pracováno na zkvalitnění samotného numerického modelu [12] a jeho optimalizaci pro daný problém s ohledem na nové experimentální výsledky. V souhrnu bude možno výsledky z uvedených metod porovnat a následně použít jako vstupy do numerického modelu. V rámci výzkumu budou nadále připravovány způsoby optimalizace již používaných modelů a jejich zpřesňování pomocí komerčních softwarů. Literatura [1] AASHTO T277-93. Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride. Washington, DC [USA]: American Association of State and Highway Transportation Officials, 1993. [2] AASHTO TP95-11. Standard Method of Test for Surface Resistivity Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration. Washington, DC: American Association of State and Highway Transportation Officials, 2011. [3] Tang, L., L.O. Nilsson. Rapid Determination of the Chloride Diffusivity in Concrete by Applying an Electrical Field. ACI Materials Journal. 1992, vol. 89, issue 1, s. 40-53. [4] ČSN EN 14629. Stanovení obsahu chloridů v zatvrdlém betonu. Praha: ČNI, 2008. [5] Hooton, R.D., Thomas, M.D.A., Standish, K. Testing the Chloride Penetration Resistance of Concrete: A Literature Review: FHWA Contract DTFH61-97-R-00022 Prediction of Chloride Penetration in Concrete. Washington, D.C. [USA]: Federal Highway Administration, 2001, 405 s. [6] Šmerda, Z., J. Adámek, Z. Keršner, V. Meloun, V. Mencl, D. Novák, P. Rovnaníková a B. Teplý. Trvanlivost betonových konstrukcí. Praha: Informační centrum ČKAIT, 1999. ISBN-8090269788. [7] Ghosh, P. Computation of Diffusion Coefficients and Prediction of Corrosion Initiation of Concrete Structures. Salt Lake City, UT [USA], 2011. Doktorská disertační práce. University of Utah. Vedoucí práce P.J. Tikalsky. [8] Kurgan, G., J. Comparison of Chloride Penetrability, Porosity, and Resistivity for High Performance Concrete. State College, PA [USA], 2003. Diplomová práce. Pennsylvania State University. Vedoucí práce P.J. Tikalsky. [9] NT BUILD 443. Concrete, hardened: Accelerated chloride penetration. Espoo [Finland]: Nordtest, 1995. [10] Konecny, P., Lehner, P. Durability of binary and ternary concrete mixtures considering aging effect (2015) ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 10 (4), pp. 1697-1700. http://www.scopus.com/inward/record.url?eid=2-s2.0- [11] Newlands M.D., Jones M.R., Kandasami S., Harrison T.A. Sensitivity of electrode contact solutions and contact pressure in assessing electrical resistivity of concrete (2008) Materials and Structures/Materiaux et Constructions, 41 (4), pp. 621-632. [Online] http://link.springer.com/article/10.1617%2Fs11527-007-9257-6 [12] Konečný, P. (2015). Vyhodnocení trvanlivosti železobetonových mostovek s ohledem na vliv chloridů a na rozptyl vstupních parametrů. Habilitační práce. VŠB-TU Ostrava, Česká Republika. http://fast10.vsb.cz/konecny/files/konecny-habilitace.pdf [13] Konecny, P., Lehner, P. Durability of binary and ternary concrete mixtures considering aging effect (2015) ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 10 (4), pp. 1697-1700. [14] Konečný, P., Lehner, P. Durability Assessment of Concrete Bridge Considering Waterproof membrane and Epoxy-Coated Reinforcement. In 1st Czech-China Scientific Conference 2015. VSB – Technical University of Ostrava. PŘEHLED POUŽITÝCH METOD Analýza chloridového profilu Vybavení a materiál – chloridový roztok, plastové kontejnery, epoxidové nátěry, manipulační pomůcky, vrták pro odvrtání prášku, přístroj pro potenciometrickou titraci, vzorky. Metoda je dostupná na VŠB-TUO. Vyzkoušena v předchozích výzkumech. Rapid Chloride Permeability Test - RCPT Vybavení a materiál – testovací zařízení měřící proud, testovací kapsy pro vzorky, manipulační pomůcky, vzorky. Metoda není dostupná na VŠB-TUO, ale je dostupná v Slezské polytechnice v Gliwicích. Je žádoucí zhodnotit výsledky a porovnat s ostatními testy. Analýza elektrické resistivity pomocí Wennerovy sondy Vybavení a materiál – Wennerova sonda se čtyřmi elektrodami, manipulační pomůcky, vzorky. Metoda je dostupná na VŠB-TUO. Vyzkoušena v předchozích výzkumech. Kratší doba experimentu. Parallel Plate AC Resistivity (Elektrická resistivita pomocí nerezových desek) Vybavení a materiál – stanice pro měření odporu, kabeláž a sondy, nerezové desky, těsnící materiál, manipulační pomůcky, vzorky. Metoda zatím nebyla vyzkoušena na VŠB-TUO. Cílem je její zhodnocení a porovnání výsledků s ZDŮVODNĚNÍ ZAPOJENÍ JEDNOTLIVÝCH ČLENŮ Ing. Petr Lehner – příprava podkladů dle zmíněné metodiky, příprava měření, sepsaní článků, výjezd na konferenci, výjezdy na univerzitu v Gliwicích. doc. Ing. Petr Konečný, Ph.D. – příprava a kontrola článků, kontrola měření, výjezdy na univerzitu v Gliwicích. Ing. Miroslav Mynarz – příprava měřicího přístroje, pomoc při vyhodnocení experimentu. PŘEDCHOZÍ DOSAŽENÉ VÝSLEDKY ČLENŮ TÝMU 1. Konečný, P., Ghosh, P., Lehner, P. Consideration of time-effect on the modeling of chloride diffusion in concrete. In Modelování v mechanice 2013 : sborník příspěvků vědecké konference : 22. a 23. května 2013, Ostrava, Czech Republic. Ostrava : VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2013, s. 1-7. 2. Lehner, P., Konečný, P. Analýza 2D difuze chloridů pomocí metody konečných prvků s ohledem na model s časově závislým difuzním součinitelem. In Structura Stavební trendy 2013 : 3. ročník mezinárodní stavební konference : ekologie, energetika, bezpečnost, udržitelnost : sborník prací ke konferenci : Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, Fakulta stavební, 7.11-8.11.2013. Ostrava : VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2013, s. 147-152. 3. Lehner, P., Konečný, P., Ghosh, P. Finite element analysis of 2-D chloride diffusion problem using FEA considering time-dependent diffusion coefficient model. In Proceeding of the international conferences : AMATH'13, DIMACOG'13, CSECS'13, IPPR'13, REMOTE'13, COSTMA'13, USCUDAR'13 : Budapest, Hungary, December 10-12, 2013. Cambridge : WSEAS Press, 2013, s. 1-4. 4. Lehner, P., Konečný, P., Ghosh, P., Tran, Q. Numerical analysis of chloride diffusion considering time-dependent diffusion coefficient (2014) International Journal of Mathematics and Computers in Simulation, 8 (1), pp. 103-106. http://www.scopus.com/inward/record.url?eid=2-s2.0-84902473063&partnerID=40&md5=397ea0d70f27c7107cea50fd1219afd5 5. Konecny, P., Lehner, P. Durability of binary and ternary concrete mixtures considering aging effect (2015) ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 10 (4), pp. 1697-1700. 6. P. Konecný, P. Lehner, J. Brozovský, M. Krejsa, "Multilevel Durability Analysis of Concrete Bridge Deck Exposed to Chlorides", in J. Kruis, Y. Tsompanakis, B.H.V. Topping, (Editors), "Proceedings of the Fifteenth International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing", Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, Paper 18, 2015. doi:10.4203/ccp.108.18 7. Lehner P., Konečný P..: Analýza vybraných vysokopevnostních betonových směsí s ohledem na pronikání chloridů. 12th International Conference on New Trends in Statics and Dynamics of Buildings : conference proceedings : October 16-17, 2014 Bratislava, Slovenská technická univerzita, 2014, strany 348-353, 978-80-227-4259-7 8. Konečný, P., Lehner, P., Turicová, M. Difuzní součinitel pro pronikání chloridů v betonu - vyhodnocení a využití. In Modelování v mechanice 2015: sborník příspěvků vědecké konference: 28. a 29. května 2015, Ostrava, Czech Republic. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2015, s. 51-52. 9. Lehner, P., Brožovský, J. Optimalizace časového kroku a konečných prvků u modelu popisujícího difuzi chloridů. In Modelování v mechanice 2015: sborník příspěvků vědecké konference: 28. a 29. května 2015, Ostrava, Czech Republic. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2015, s. 51-52. 10. Lehner, P., Konečný, P., Krejsa, M., Brožovský, J. Víceúrovňová analýza železobetonové mostovky zatížené chloridy. In Modelování v mechanice 2015: sborník příspěvků vědecké konference: 28. a 29. května 2015, Ostrava, Czech Republic. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2015, s. 51-52. 11. Konečný, P., Lehner, P. Durability Assessment of Concrete Bridge Considering Waterproof membrane and Epoxy-Coated Reinforcement. In 1st Czech-China Scientific Conference 2015. VSB – Technical University of Ostrava. 12. Konečný, P. (2015). Vyhodnocení trvanlivosti železobetonových mostovek s ohledem na vliv chloridů a na rozptyl vstupních parametrů. Habilitační práce. VŠB-TU Ostrava, Česká Republika. http://fast10.vsb.cz/konecny/files/konecny-habilitace.pdf 13. Konečný, P., Lehner, P., Turicová, M., Meca, D. Analýza trvanlivosti železobetonové mostovky, HS2281408. Katedrra stavební mechaniky. Fakulta stavební. VŠB-TUO. HARMONOGRAM ŘEŠENÍ: únor - březen: Sestavení a odzkoušení měřiče odporu, příprava vzorků. Publikace zatím nezveřejněných výstupů výzkumu na konferenci Engineering Mechanics 2016. duben - červen: Experimenty dle různých metodik. Příprava a publikace článku pro konferenci Modelování v mechanice 2016. červenec - srpen: Vyhodnocení dat ze zkoušek. Příprava a publikace prvního článku v časopise. únor - říjen: Optimalizace numerického modelu. Služební cesty do Gliwic. červenec - listopad: Příprava a publikace dalších článků.

2016

2016

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Lehner Petr Ing., Ph.D.