ผลกระทบของปฏิกิริยาอัลคาไล-ซิลิกาที่มีต่อเขื่อนคอนกรีตรูปโค้งภายใต้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและระดับน้ำ

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาผลกระทบของปฏิกิริยาอัลคาไล-ซิลิกา (ASR) ที่มีต่อเขื่อนคอนกรีตรูปโค้งภายใต้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและระดับน้ำที่สูงสุดและต่ำสุด โดยใช้แบบจำลอง Finite Element Method ในการวิเคราะห์ผลกระทบของปฏิกิริยาอัลคาไล-ซิลิกาที่มีต่อเขื่อนคอนกรีตรูปโค้ง โดยการปรับค่าคุณสมบัติวัสดุของคอนกรีตที่ส่งผลต่อการขยายตัวจากปฏิกิริยาอัลคาไล-ซิลิกา คือ อุณหภูมิเขื่อนตั้งแต่ปี ค.ศ. 2013 ถึง ค.ศ. 2023 ความเค้นในแนวรัศมี ความเค้นในแนวแกน โมดูลัสความยืดหยุ่น ความหนาแน่น และอัตราส่วนปัวซอง การพิจารณาผลกระทบแบ่งออกเป็น 2 ส่วน 1) ทำการศึกษาค่าความเค้น ความเครียด และการเสียรูป โดยพิจารณาอุณหภูมิภายในเขื่อนที่เปลี่ยนแปลงไป โดยกำหนดให้ระดับน้ำเป็นค่าเฉลี่ยตลอด 10 ปีดังกล่าว อุณหภูมิส่งถ่ายความร้อนและแรงดันน้ำที่ฝั่งเหนือน้ำของเขื่อน และทำการศึกษาผลกระทบที่มีต่อฝั่งท้ายน้ำของเขื่อนโดยแบ่งออกเป็น 4 กรณี คือ a) กรณีอุณหภูมิสูงสุดฝั่งเหนือน้ำเทียบกับอุณหภูมิสูงสุดฝั่งท้ายน้ำ b) กรณีอุณหภูมิสูงสุดฝั่งเหนือน้ำเทียบกับอุณหภูมิต่ำสุดฝั่งท้ายน้ำ c) กรณีอุณหภูมิสูงสุดฝั่งเหนือน้ำเทียบกับอุณหภูมิเฉลี่ยฝั่งท้ายน้ำ และ d) กรณีอุณหภูมิเฉลี่ยฝั่งเหนือน้ำเทียบกับอุณหภูมิเฉลี่ยฝั่งท้ายน้ำ 2) ทำการศึกษาค่าความเค้น ความเครียด และการเสียรูป โดยพิจารณาระดับน้ำที่จุดสูงสุดและจุดต่ำสุด และอุณหภูมิน้ำเปลี่ยนแปลงไปตลอดปี ค.ศ. 2020 และปี ค.ศ. 2022 จากผลการวิจัยพบว่า ปฏิกิริยาอัลคาไล-ซิลิกาส่งผลทำให้ค่าความเครียดของเขื่อนมีแนวโน้มสูงมากขึ้นเมื่อมีอุณหภูมิสูงขึ้น และระยะเวลาส่งผลต่อความร้อนสะสมมากขึ้น การขยายตัวสะสมของปฏิกิริยาอัลคาไล-ซิลิกาเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเช่นกัน

This research aimed to investigate the influences of Alkali–Silica Reaction (ASR) on the concrete arch dam under the changing temperatures and water levels. The finite element method modeling was used to analyze the effects of ASR on the concrete arch dam. The concrete material properties which related to the Alkali–Silica Reaction expansion including dam temperatures from 2013 to 2023, radial stresses, axial stresses, modulus of elasticity, density, and Poisson's ratio were defined. The investigation of the effects consisted of two parts. 1) The study of stresses, strains and deformations considering the changing temperatures inside the dam were specified with the average water level from 2013 to 2023, heat transfer temperatures and upstream pressures. The investigation of the results in regard to the downstream of the dam comprised four conditions: a) the highest upstream temperature comparing the highest downstream temperature, b) the highest upstream temperature comparing the lowest downstream temperature, c) the highest upstream temperature comparing the average downstream temperature, and d) the average upstream temperature comparing the average downstream temperature. 2) The stresses, strains and deformations considering the highest and the lowest water levels and the changing water temperatures throughout the year in 2020 and 2022 The research results pointed out that ASR had an impact on the dam strain. As the temperatures increased, the dam strains tended to become greater. Furthermore, in accord with the time period, the higher heat summation resulted in the continuous rises of the accumulated expansions of ASR.