Residual Stresses Analysis due to Volumetric Changes in Long-term Autogenous Expansive Concrete

This study is devoted to the problems of thermal and autogenous expansion stresses in order to avoid cracking using chemically prestressing method. The chemical prestress can be induced by autogenous expansion characteristics of MgO concrete made in specific burning temperature. The volume change induced cracking has great influence on the long-term durability and serviceability. To evaluate risk of cracking, the computer programs for analysis of thermal and autogenous expansion stresses were developed. In these 3-D finite element procedures, long-term autogenous expansive deformation is modeled and its resultant stress is calculated and then verified by comparison with manual calculation results. In this study, the stress development is related to thermal and autogenous expansive deformation. Using the developed program, residual stresses of MgO concrete were compared and analysed in the example From the numerical results it is found that long-term, and temperature dependent expansive concrete with light-burnt MgO is most effective in controlling the risk of cracking of mass concrete because it has high temperature for long period. The developed analysis program can be efficiently utilized as a useful tool to evaluate the thermal and autogenous expansion stresses in mass concrete structures with lightly burnt MgO.

장기팽창성 콘크리트의 체적변화에 의한 잔류응력 해석

본 연구에서는 MgO를 첨가하여 자기팽창을 유도하는 화학적 프리스트레싱 기법(chemically prestressing method)으로 균열을 제어하는 방법을 다루고자 한다. 수화열에 의한 온도변형 및 수축과 같은 콘크리트의 필연적인 체적변화는 시공 중 균열을 발생시키고, 이는 장기적인 콘크리트의 내구성 및 사용성을 저하시키는 주요 요인으로 작용한다. 시공 중 발생하는 균열을 제어하기 위하여 본 연구는 MgO 콘크리트의 팽창 특성을 모델링하고 콘크리트의 단면 내 온도분포로부터 온도응력 및 자기팽창 응력을 평가하는 3차원 유한요소해석 프로그램을 개발하였다. 개발된 해석프로그램은 온도의존적 자기팽창량과 팽창응력을 검증하였고, 예제 해석을 통하여 MgO 팽창 여부에 따른 잔류응력(residual stress)의 변화 양상을 비교, 분석하였다. 저온에서 소성한 MgO를 혼입하여 제조한 장기팽창성 콘크리트는 온도의존적 특성을 보이고 수년에 걸쳐 발생하는 경향을 보이므로, 장기적으로 높은 온도가 유지되는 매스콘크리트 구조물의 온도균열을 제어하는데 가장 유용하게 적용될 수 있을 것으로 사료된다.