Modelling creep and shrinkage of concrete by means of effective stresses

Abstract

A novel model of mechanical performance of concrete at early ages and beyond, and in particular, evolution of its strength properties (aging) and deformations (shrinkage and creep strains), described in terms of effective stress is briefly presented. This model reproduces such␣ phenomena known from experiments like drying creep or some additional strains, as compared to pure shrinkage, which appear during autogenous deformations of a maturing, sealed concrete sample. Creep is described by means of the modified microprestress-solidification theory with some modifications to take into account the effects of temperature and relative humidity on concrete aging. Shrinkage strains are modelled by using effective stresses giving a good agreement with experimental data also for low values of relative humidity. Results of four numerical examples based on the real experimental tests are solved to validate the model. They demonstrate its possibilities to analyze both autogenous deformations in maturing concrete, and creep and shrinkage phenomena, including drying creep, in concrete elements of different age, sealed or drying, exposed to external load or without any load.

Résumé

Un nouveau modèle portant sur les performances mécaniques du béton aux jeunes âges et après, et notamment sur l’évolution de ses propriétés de résistance (vieillissement) et de ses déformations (contraintes de retrait et de fluage) décrites en termes de contraintes effectives, est brièvement présenté. Ce modèle reproduit ces phénomènes que l’on connaît grâce à des expériences telles que le fluage de séchage ou certaines contraintes supplémentaires, par comparaison avec le retrait pur, qui apparaît au cours des déformations endogènes d’un échantillon de béton verni arrivant à maturation. Le fluage est décrit à l’aide de la théorie de solidification du béton précontraint à l’échelle micro, théorie modifiée afin de prendre en compte les effets de la température et de l’humidité relative sur le vieillissement du béton. Les contraintes de retrait sont modélisées en utilisant des contraintes effectives, ce qui est également conforme aux données expérimentales pour de faibles taux d’humidité relative. Les résultats de quatre exemples numériques basés sur des essais expérimentaux réels sont donnés pour valider le modèle. Ils montrent les possibilités de ce modèle pour analyser à la fois les déformations endogènes lors de la maturation du béton, et les phénomènes de fluage et de retrait, y compris le fluage de séchage, dans des éléments en béton d’âges différents, vernis ou en phase de séchage, exposés à une charge externe ou bien sans aucune charge.