Evaluating the Use of Aluminum Alloys in Concrete Structures

Abstract

Denne oppgaven undersøker mulighetene for å armere betong med aluminiumslegeringer. Stål har lenge vært det tradisjonelle valget for betongsarmering på grunn av metallets høye styrke og holdbarhet. Armeringsjern i stål kan derimot utsettes for korrosjon, spesielt i røffe og maritime miljøer. På grunn av dette utforskes mulighetene for å bruke alternative materialer. Aluminium er kjent for sitt høye styrke-til-vekt forhold, en utmerket korrosjonsmotstand og høy formbarhet, noe som gjør det til et lovende alternativ.

Tidligere og pågående forskning indikerer at aluminium er et levedyktig alternativ for forsterkning av betong, og tilbyr en rekke fordeler. To ulike betongstrukturer er modellert i Abaqus, hvor ulike aluminiumsprofiler og armeringsdesign testes og sammenlignes med tradisjonell stålarmering. Dette inkluderer sirkulære, hule, T- og I-profiler, samt et armeringsnett i aluminium.

Simuleringsresultater tyder på at aluminumsarmeringene ikke ble utsatt for plastisk deformasjon eller materialsvikt, og at det kan betraktes som et konkurransedyktig alternativ til stål, i de undersøkte tilfellene. Det legges imidlertid merke til at forskjeller i spenningsnivåer og deformasjoner var minimale mellom ulike aluminiumsprofiler.

Bruken av aluminium i DARE2C’s nyutviklede betongblanding kan gi en betydelig økning i betongsstrukturers levetid ved å eliminere korrosjonsutfordringer knyttet til stålarmering, noe som gir et redusert behov for vedlikehold og lavere livssykluskostnader. Dette kan i tillegg føre til reduksjoner i CO2 utslipp under produksjons- og transportfaser, og gjør aluminium til et bærekraftig og kostnadseffektivt alternativ i byggebransjen.

This study investigates the possibilities of reinforcing concrete with aluminum alloys. Steel has long been the traditional choice for concrete reinforcement due to its high strength and durability. However, steel can be prone to corrosion, especially in harsh and marine environments. Therefore, researchers explore the possibilities of utilizing alternative materials. Aluminum is known for its high strength-to-weight ratio, excellent corrosion resistance, and high formability, making it a promising alternative.

Previous and ongoing research suggests that aluminum is a viable alternative for concrete reinforcement, offering numerous advantages. Two different concrete structures are modeled in Abaqus, where various aluminum profiles and reinforcement designs are tested and compared with traditional steel reinforcement. This includes circular, hollow, T-, and I-profiles and an aluminum reinforcement mesh.

Simulation results indicate that aluminum reinforcements were not subjected to plastic deformation or material failure, suggesting that aluminum can be considered a competitive alternative to steel in the investigated cases. However, it should be noted that differences in stress levels and deformations were minimal between the aluminum profiles.

Using aluminum in DARE2C’s newly developed concrete mixture can significantly increase the lifespan of concrete structures by eliminating corrosion issues associated with steel reinforcement. This results in reduced maintenance needs and lower lifecycle costs. Additionally, this can lead to reductions in CO2 emissions during the production and transport phases, making aluminum a sustainable and cost-effective alternative in the construction industry.