Early age strength behavior of precast TBM segments under steam curing process

Abstract

Avui en dia, el curat al vapor és àmpliament utilitzat per a la producció d’elements de formigó prefabricat. Pel fet que la hidratació del ciment augmenta amb temperatures més altes, el guany de resistència pot accelerar-se mitjançant el curat al vapor. Tot i que els procediments tèrmics tenen el benefici de desenvolupar una ràpida resistència, les propietats a llarg termini poden veure’s afectades si el formigó no ha estat sotmès a un cicle de curat adequat. El temps és molt crític en tot el procés de fabricació del formigó prefabricat. La reducció dels temps de producció permet que es fabriquin elements a un ritme més elevat. En el cas dels projectes de túnels que són construïts per tuneladora (TBM), cada etapa és plantejada acuradament per tal de complir amb el calendari i entregar a temps el projecte. Per tant, hi ha d’haver un gran nombre de dovelles prefabricades disponibles per permetre la contínua disposició del revestiment del túnel i, per tant, es requereix una ràpida producció. No obstant això, aquestes dovelles han d’aconseguir un cert valor de resistència en les primeres edats per tal de resistir el seu propi pes i les càrregues associades produïdes quan es retira l’encofrat i s’emmagatzemen. Posteriorment, han d’assolir la resistència de disseny per poder ser transportades i instal·lades de manera conjunta per formar el revestiment del túnel. L’objectiu de la present tesi és analitzar els paràmetres implicats en el mètode de curat al vapor i el comportament del formigó durant i després de l’aplicació d’altes temperatures i humitat per una ràpida adquisició de resistència. Per l’estudi s’ha considerat un túnel que es troba en construcció actualment a Orient Mitjà. Per realitzar aquest estudi, s’han avaluat les dades de resistència a compressió obtingudes després de curar les dovelles al vapor durant diferents períodes. A més a més, tenint en compte el factor de la temperatura, s’han calculat models de curat al vapor per assolir la resistència mínima determinada pel fabricant. Pel que fa a la resistència a llarg termini, un assaig addicional ha proporcionat la informació sobre el desenvolupament de la resistència un cop les dovelles estan exposades a una segona fase de curat sota condicions ambientals. Finalment, després d’haver estudiat ambdues fases de curat, el curat al vapor i el curat a l’aire lliure s’han unificat per obtenir la progressió de resistències de les dovelles i comparar-la amb un estudi complementari i així, verificar la relació existent.

Hoy en día, el curado al vapor es ampliamente usado para la producción de elementos de hormigón prefabricado. Debido al hecho de que la hidratación del cemento aumenta con temperaturas más altas, la ganancia de resistencia puede acelerarse mediante curado al vapor. Aunque los procedimientos térmicos tienen el beneficio de desarrollar una rápida resistencia, las propiedades a largo plazo pueden verse afectadas si el hormigón no ha sido sometido a un ciclo de curado adecuado. El tiempo es muy crítico en todo el proceso de fabricación del hormigón prefabricado. La reducción de los tiempos de producción permite que se fabriquen elementos a un ritmo mayor. En el caso de los proyectos de túneles que están siendo construidos por TBM, cada etapa es planteada cuidadosamente para cumplir con el calendario y entregar el proyecto a tiempo. Por lo tanto, debe haber un alto número de dovelas prefabricadas disponibles para permitir la continua disposición del revestimiento del túnel y, por lo tanto, se requiere una rápida producción. Sin embargo, estas dovelas deben lograr un cierto valor de resistencia en las primeras edades para resistir su propio peso y las cargas asociadas producidas cuando se retira el encofrado y se almacenan. Posteriormente, deben alcanzar la resistencia de diseño para ser transportadas e instaladas conjuntamente para formar el revestimiento del túnel. El objetivo de la presente tesis es analizar los parámetros implicados en el método de curado al vapor y el comportamiento del hormigón durante y después de la aplicación de altas temperaturas y humedad para una rápida adquisición de resistencia. Para el estudio se ha considerado un túnel en construcción actualmente en Medio Oriente. Para realizar este estudio, se han evaluado los datos de resistencia a compresión obtenidos después de curar las dovelas al vapor durante diferentes períodos. Además, teniendo en cuenta el factor de la temperatura, se han calculado modelos de curado al vapor para alcanzar la resistencia mínima determinada por el fabricante. En cuanto a la resistencia a largo plazo, un ensayo adicional proporciona información sobre el desarrollo de la resistencia una vez las dovelas están expuestas a una segunda fase del curado bajo condiciones ambientales. Finalmente, después de haber estudiado ambas fases de curado, el curado al vapor y el curado al aire libre se unifican para obtener la progresión de resistencias de las dovelas y compararla con un estudio complementario y así verificar la relación existente.

Steam curing is apparently the most widely used method for the production of precast concrete elements at the present time. Due to the fact that the hydration of cement increases with higher temperatures, the gain of strength can be speeded up by curing concrete in steam. Although thermal procedures have the benefit of develop a rapid strength, ultimate properties may be affected if concrete has not been subjected to a proper curing cycle. Time is very representative in the whole manufacturing process of precast concrete. Reducing lead times can allow a production of a greater quantity of elements. For instance, when a tunnel project is being constructed by TBM, every stage has been planned carefully in order to fulfill the schedule and deliver the project on time. Thus, there must be a high stock of precast concrete segments available to permit the continued composition of the tunnel lining and so, a rapid production is required. However, those segments have to accomplish the design strength value in order to resist weight and loads when assembled together as a tunnel lining. The aim of the present thesis is to address an analysis of the parameters involved in the steam curing method and the behavior of concrete during and after the application of high temperature and moisture for a rapid gain of strength. In particular, the study is realized by means of a current tunnel construction in Middle East. So as to perform the study, compressive strength data is evaluated after segments are steam cured during different periods. Moreover, taking into account the temperature factor, some models of steaming periods are calculated for achieving the minimum strength determined by the manufacturer. In view of long term strength gain, an additional control test gives the information about the strength development once the precast concrete segments are curing with environmental conditions. Finally, after both curing phases have been studied, so steam curing and environmental curing are analyzed and plotted together, the progression of strength followed by the segments is known and compared with a requested complementary study. By the comparison between segments quality control and supplementary test, there is the purpose to verify if the results were similar in both cases.