INTERFACIAL BOND BEHAVIOR BETWEEN ULTRA HIGH-PERFORMANCE CONCRETE (UHPC) AND DIFFERENT CONCRETE SUBSTRATES

INTERFACIAL BOND BEHAVIOR BETWEEN ULTRA HIGH-PERFORMANCE CONCRETE (UHPC) AND DIFFERENT CONCRETE SUBSTRATES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (MS Thesis)
MS Thesis - Mohammed Khaled Almadani (g201802960).pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 14 January 2022.

Download (8MB)

Arabic Abstract

الاسم الكامل: محمد خالد عبدالله المدني عنوان الرسالة: سلوك الروابط البينية بين الخرسانة فائقة الأداء (UHPC) وأنواع مختلفة من الخرسانة الأصلية التخصص: الهندسة المدنية تاريخ الدرجة العلمية: ديسمبر 2020م إن الخرسانة فائقة الأداء المسماة (UHPC) يمكن أن تستخدم كمادة ممتازة لإصلاح أو تقوية عناصر الخرسانة المسلحة الهيكلية نظراً لأن هذا النوع من الخرسانة UHPC يمتلك خصائص ممتازة مثل قوة تحمل الضغط العالية جدًا ، وكذلك قوة الشد العالية ، والمتانة العالية جدا أيضا ، كما أنها تعطي خدمة افضل بكثير من الخرسانة العادية من ناحية التقليل من قيمة التشوهات والشروخ المحتملة. ومع ذلك، فإن فعالية الإصلاح والتقوية من خلال تطبيق هذا النوع من المواد الذكية على سطح الخرسانة الأصلية تعتمد بشكل أساسي على نوع التماسك وقوة التلاصق ما بين هذه الطبقات والخرسانة الأصلية والتي قد تضمن أداء ترابط وتماسك مناسبين طوال فترة حياة المنشأة بأكملها وفي ظل ظروف تحميل وتعرض مختلفة ومتنوعة. في هذا البحث ، تمت دراسة قوة الروابط البينية بين هذا النوع من المواد الذكية UHPC وأنواع مختلفة من الخرسانية العادية والمستخدمة بشكل كبير في مواقع العمل وهذه الدراسة تمت مختبرياً من خلال اختبارات وتجارب معملية وكذلك عددياً باستخدام برامج الحاسوب. تضمن برنامج التجارب المعملية صب مائتين وسبعة وتسعين عينة مختلفة وذلك بعد الأخذ في الاعتبار عدد من المتغيرات المختلفة والتي يمكن تلخيصها في النقاط التالية: (أ) نوع الخرسانة العادية المستخدمة كخرسانة أصلية ، (ب) الطرق المستخدمة لإعداد وتجهيز سطح الخرسانة الأصلية ، و (ج) شروط معالجة الخرسانة و (د) تعرض الخرسانة لظروف بيئية مختلفة. تم إجراء أربعة اختبارات مختلفة لتقييم قوة الترابط ، وهي اختبار القص المائل، واختبارالقص ثنائي السطح ، واختبار الشد الانشقاقي ، وكذلك اختبار الانحناء من النقطة الثالثة. أظهرت نتائج تحليل الاختبارات المعملية أن أداء الروابط البينية بين الخرسانة UHPC مع الخرسانة الأصلية كان عالياً وفعالاً مما يجعله مناسباً لإعادة تأهيل وتقوية العناصر الخرسانية المختلفة. تم تطوير نموذج رقمي غير خطي للعناصر المحدودة (FEM) باستخدام حزمة برنامج Abaqus لمحاكاة سلوك الترابط بين مادة UHPC والخرسانة الأصلية ولقد تم استخدام نموذج السلوك المتماسك السطحي لمحاكاة قوة الترابط و للتحقق من سلوك خشونة السطح ما بين نوعي الخرسانة المستخدمة في التجارب المعملية. أخيراً ، تم عمل وتطوير دراسة حدودية عددية باستخدام النموذج السابق وقد تم التحقق من صحته لدراسة تأثيرات التلاصق السطحي بين واجهات مادة UHPC والخرسانة الأصلية. لقد كانت هذه الدراسات العددية الناتجة عن استخدام نموذج السلوك المتماسك السطحي هي الأنسب والأفضل ولقد أظهرت توافقاً جيداً مع نتائج التجارب المعملية لمحاكاة سلوك وقوة الترابط بين مادة UHPC والخرسانة الأصلية.

English Abstract

Full Name : Mohammed Khaled Almadani Thesis Title : Interfacial Bond Behavior between Ultra High-Performance Concrete (UHPC) and Different Concrete Substrates Major Field : Master of Science in Civil Engineering Date of Degree : DECEMBER 2020 Ultra-high performance concrete (UHPC) can be used as an excellent material to repair or strengthen the reinforced concrete structural elements since the UHPC possesses excellent properties such as very high compressive strength, high tensile strength, serviceability, and incredibly very high durability. However, the effectiveness of repairing and strengthening by applying the layers of smart materials on the surface of substrate concrete depends on whether the interface between overlay and substrate ensures adequate bonding performance over the entire life span under different loading and exposure conditions. In this research, the interfacial bond strength between UHPC and different types of concrete substrates was investigated experimentally and numerically. The comprehensive experimental program included casting of two hundred ninety-seven different specimens following an experiment design that considered different variables: (i) concrete mixtures as substrates, (ii) methods used for surface preparation of the substrate, (iii) curing conditions, and (iv) environmental exposure conditions of concrete. Four different tests were conducted to evaluate the bond strength, namely, slant shear, bi-surface shear, splitting tensile, and third-point flexural tests. The analysis of the test results revealed that the UHPC overlay obtained superior interfacial bond performance to rehabilitate different concrete elements. A numerical non-linear finite element model (FEM) using the Abaqus package was developed to simulate the bond behavior between UHPC and concrete substrates. A surface-based cohesive behavior model was used to investigate substrate surface roughness behavior. Finally, a parametric study using a validated model was developed to study the effects of surface contact between the UHPC and substrate interfaces. The numerical studies from the surface-based cohesive behavior were most suitable and showed good agreement with the experimental results to simulate the bond between UHPC and concrete substrate.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Civil Engineering > Structural Engineering
Research > Engineering
Department: College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Committee Advisor: Al-Osta, Mohammed
Committee Members: Ahmad, Shamsad and Khalid, Hammad
Depositing User: MOHAMMED ALMADANI (g201802960)
Date Deposited: 14 Jan 2021 06:08
Last Modified: 14 Jan 2021 06:08
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141814