Ultrasonic assessment and finite element modelling of thermo-mechanical damage in mortar

Abstract

ABSTRACT Experiments were conducted to evaluate degradation of mechanical properties in mortar specimens subjected to thermal and mechanical loading. Ultrasonic pulse velocity was used to assess changes in the microstructure of the specimens due to thermal and mechanical loads applied separately. Both longitudinal and transverse waves were used. At first the specimens were tested in the undamaged stage, and then they were also tested after their exposure to a non-uniform thermal load only, finally, mechanical loading was applied until peak load. A finite element model was used in the dynamic simulation of pulses propagation. Results showed that mortar mix with a larger proportion of coarser aggregates is more sensitive to mechanical loading after exposure to heat than mortar with lesser and smaller aggregate contents. Mortar mix design with less and finer aggregate did not show a reduction in the pulse velocity as intense as the mortar with more coarse aggregate, which indicates a less severe diffuse microcracking.RESUMO No presente artigo, a degradação das propriedades mecânicas de corpos de prova de argamassas sujeitos a carregamentos térmicos e mecânicos foi avaliada experimentalmente. A velocidade do pulso ultrassônico foi usada para avaliar mudanças na microestrutura dos corpos de prova devido ao carregamento térmico e ao carregamento mecânico separadamente. Pulsos longitudinais e transversais foram usados na avaliação. Inicialmente, foram testados corpos de prova sem qualquer dano; posteriormente, os testes foram repetidos apos a aplicação de um carregamento térmico não uniforme. Na terceira etapa dos testes, os corpos de prova foram avaliados com ultrassom durante a aplicação de carregamento mecânico uniaxial até a ruptura. Uma modelagem numérica com elementos finitos foi usada no estudo da propagação dos pulsos. Os resultados mostraram que o traço de argamassa com maior teor de agregados graudos é mais suscetível ao dano mecânico, após a aplicação do carregamento térmico, que a argamassa com menor teor de agregados e agregados mais finos. A argamassa com menor teor quantidade de agregados e mais fina granulometria não apresentou redução na velocidade do pulso ultrasônico tao intensa quanto a argamassa com agregado mais graúdo, o que indica uma microfissuração menos severa.