Integration of computational models and experimental characterization to study internal frost damage in cementitious materials
Notice bibliographique
Résumé
The objective of this doctoral research is to investigate the internal frost damage due to crystallization pore pressure in porous cement-based materials by developing computational and experimental characterization tools. As an essential component of the U.S. infrastructure system, the durability of concrete has significant impact on maintenance costs. In cold climates, freeze-thaw damage is a major issue affecting the durability of concrete. The deleterious effects of the freeze-thaw cycle depend on the microscale characteristics of concrete such as the pore sizes and the pore distribution, as well as the environmental conditions. Recent theories attribute internal frost damage of concrete is caused by crystallization pore pressure in the cold environment. The pore structures have significant impact on freeze-thaw durability of cement/concrete samples. The scanning electron microscope (SEM) and transmission X-ray microscopy (TXM) techniques were applied to characterize freeze-thaw damage within pore structure. In the microscale pore system, the crystallization pressures at sub-cooling temperatures were calculated using interface energy balance with thermodynamic analysis. The multi-phase Extended Finite Element Modeling (XFEM) and bilinear Cohesive Zone Modeling (CZM) were developed to simulate the internal frost damage of heterogeneous cement-based material samples. The fracture simulation with these two techniques were validated by comparing the predicted fracture behavior with the captured damage from compact tension (CT) and single-edge notched beam (SEB) bending tests. The study applied the developed computational tools to simulate the internal frost damage caused by ice crystallization with the two dimensional (2-D) SEM and three dimensional (3-D) reconstructed SEM and TXM digital samples. The pore pressure calculated from thermodynamic analysis was input for model simulation. The 2-D and 3-D bilinear CZM predicted the crack initiation and propagation within cement paste microstructure. The favorably predicted crack paths in concrete/cement samples indicate the developed bilinear CZM techniques have the ability to capture crack nucleation and propagation in cement-based material samples with multiphase and associated interface. By comparing the computational prediction with the actual damaged samples, it also indicates that the ice crystallization pressure is the main mechanism for the internal frost damage in cementitious materials.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».