Concrete is one of the most used building materials in the world because of its good properties. However, cement which is one of the main components in concrete, produces a high amount of heat during the hydration process. The generated heat leads to temperature rise inside the structure. This temperature rise becomes an issue for massive concrete structures, such as hydropower plants and dams, since natural cooling is no longer sufficient. In combination with restrained boundary conditions, increasing temperatures result in tensile stresses causing thermal cracking of the structure. Reducing thermal cracking in a restrained massive concrete structure can be done by lowering or controlling the temperature rise. Several methods of cooling can be used to achieve this. These methods may be divided in pre-cooling and post-cooling methods. To pre-cool concrete the cement content can be reduced by replacing it with mineral additions such as limestone, fly ash, silica fume and ground granulated blast furnace slag. Another method is to increase the size of the aggregates or to pre-cool the aggregates. Ice can also be used to reduce the temperature at casting the concrete and reduce the amount of water that is needed in the mix. The main post-cooling method is cooling pipes, with cold water circulating in the pipes to cool the structure. This master thesis project focuses on comparing the possible methods to reduce the temperature in massive concrete structures. Simulations with the computer program HACON were performed to analyse the effect of these methods. The results from this study showed that cooling pipes gave the best reduction of the maximum temperature and the maximum temperature gradient by 42 % and 76 %, respectively. However, if cooling pipes were to be avoided, the best result of the studied mineral additions was with a replacement of 30 % fly ash resulting in almost the same reduction in maximum temperature but less than one third of the reduction in the gradient. The reduction obtained with fly ash was not as efficient as cooling pipes; therefore appropriate combinations of different pre-cooling methods were also studied. The results of the combination of fly ash, ice, and larger aggregates showed even better reduction of the maximum temperature reduction compared to cooling pipes. The results also showed that the obtained temperature reductions were almost independent from the thickness of the structure. This conclusion is however only valid for massive structures, where cases with 1.5 and 3.0 m were analysed. Further study may be on finding suitable combination of pre-cooling methods to avoid the use of cooling pipes, as well as analysing the cost for the different pre-cooling methods. / Betong är ett av de mest använda byggmaterialen i världen, tack vare dess goda egenskaper. Cement, som är en av huvudkomponenterna i betong, genererar en stor värmeutveckling under hydratationen. Värmeutveckling som genereras leder till temperaturhöjningar i strukturen. Denna temperaturhöjning blir således ett problem för massiva betong- konstruktioner, såsom vattenkraftverk och dammar, på grund av att den naturliga avkylningen inte längre är tillräcklig för att avlägsna värmen. I kombination med yttre och inre tvång resulterar högre temperaturer i dragspänningar som orsakar sprickor i strukturen. Minskningen av sprickbildning i en fastgjuten massiv betongstruktur kan ske genom att minska eller reglera temperaturhöjningen. För att göra det kan flera kylmetoder användas. Dessa metoder kan delas in i förberedande kylning och efterkylning. Med förberedande kylning kan cementhalten i betong reduceras genom ersättning med mineraltillsatser såsom kalksten, flygaska, silikastoft eller markgranulerad masugnsslagg. En annan metod är att öka ballastens storlek eller att kyla ballasten. Is kan användas både för att minska temperaturen vid gjutning av betong och reducera mängden vatten som behövs i blandningen. Den vanligaste efterkylningsmetoden är användning av kylrör med cirkulerande kallt vatten för att kyla strukturen, dvs. utan att ändra mängden värme som produceras av cementhydratationen. Denna uppsats ämnar jämföra olika metoder för att reducera temperaturen i massiva betongkonstruktioner. Simuleringar har genomförts med datorprogrammet HACON i syfte att analysera inverkan av olika metoder. Resultaten från studien visade att kylrör gav den bästa minskningen av den maximala temperaturen och den maximala reduktionen av temperaturgradienten med 42 % respektive 76 %. Om kylrör ska undvikas erhålls det bästa resultatet vid användning av 30 % flygaska, vilket resulterade i en snarlik minskning i maximal temperatur med mindre än en tredjedel av reduktionen av gradienten. Då reduceringen med flygaska inte var lika effektiv som med kylrör har lämpliga kombinationer av olika förberedande kylmetoder studerats. Resultatet av kombinationen med flygaska, is och större ballast visade en ännu effektivare minskning av den maximala temperaturreduceringen jämfört med kylrör. Vidare visade resultaten även att de erhållna temperaturreduceringarna nästan var oberoende av konstruktionens tjocklek. Denna slutsats kan endast tillämpas för massiva konstruktioner, där fall med en 1.5 och 3.0 m tjock vägg analyserades. Fortsatta studier kan vara att hitta fler lämpliga kombinationer av förberedande kylmetoder för att undvika användning av kylrör, liksom att analysera kostnaden för de olika förberedande kylmetoderna.

In the construction industry, concrete is the most common material, because of its good properties such as compressive strength and endurance. Concrete is a composition of several different materials where one of the main components is cement. When the hydration process starts, large amount of heat is generated. This leads to temperature rise within the structure. The heat development that takes place can become critical for massive structures such as dams and power plants, where natural cooling is not sufficient. This in combination with internal and external restraint resulting in tensions causing cracks in the structure. By controlling the temperature development, one can reduce the risk of cracking in massive structures. The controlling is divided into pre-cooling and post-cooling. Reduction of the risk for thermal cracking can be done in different ways. Parts of the cement in the concrete can be replaced by a pozzolan material such as silica fume, blast furnace slag or fly ash. Another method is to increase the size of the aggregates which makes it possible to reduce the cement content with remained strength. Cooling the aggregates or use of ice can also be used as a pre-cooling methods. The most common post-cooling method is the installation of cooling pipes. Pipes are installed between the reinforcement bars, in which one then pump through with cold water. This thesis aims at practicing the methods examined by Lagundžija & Thiam (2017). Focusing on those results that proved to be most effective, i.e. the combination of fly ash, ice and large aggregates. The results retrieved during the tests shows a significant increase in the compressive strength when using a combination of fly ash, ice and large aggregates. This gives us the opportunity to reduce the initial cement content. Reducing the cement content is the most effective factor regarding the heat development. When replacing amounts of the water with ice, it can be seen that the initial casting temperature was reduced. Further studies can be done to find the right amount of reduction of the cement that can be done while maintaining the required compressive strength. / Inom byggbranschen är betong det mest förekommande materialet, detta tack vare dess goda egenskaper, som till exempel tryckhållfasthet och uthållighet. Betongen utgörs av flera olika beståndsdelar där den centrala komponenten är cement. När cementets hydratationsprocess startar utvecklas en markant värmeutveckling. Detta leder till temperaturhöjningar inuti den nygjutna konstruktionen. Värmeutvecklingen kan bli kritisk för grövre konstruktioner, som till exempel dammar och kraftverk, där naturlig avkylning inte är tillräcklig. Detta i kombination med att inre och yttre tvång resulterar i dragspänningar som orsakar sprickor i konstruktionen. Genom att styra temperaturutvecklingen kan man minska risken för sprickbildning i massiva konstruktioner. Styrningen delas in i förberedande kylning och efterkylning. Reduktion av risken för termisk sprickbildning kan ske på olika sätt. Delar av cementen i betongen kan ersättas med ett puzzolant material som till exempel silikatstoft, masugnsslagg eller flygaska. En annan metod är att öka ballaststorleken vilket gör det möjligt att minska cementhalten med kvarvarande hållfasthet. Man kan även kyla ballasten alternativt blanda in is i mixen för att sänka den initiala temperaturen. Den mest förekommande efterkylningsmetoden är installation av kylrör. Det monteras in rör mellan armeringsjärnen, vilket man sedan pumpar kallt vatten igenom. Denna uppsats syftar på att praktiskt tillämpa de metoder som undersöktes av Lagundžija & Thiam (2017). Fokus på de resultat som visade sig vara mest effektiva, dvs kombinationen av flygaska, is och grov ballast. Resultaten som uppnåddes under de tester som utfördes visar en markant ökning i tryckhållfastheten vid användning av kombinationen med flygaska, is och grov ballast. Detta ger oss utrymmet att reducera den initiala cementhalten som används. Att minska cementinnehållet är den faktor som ger störst effekt gällande värmeutvecklingen. Fortsatta studier kan göras för att hitta rätt mängd reduktion av cementet som kan göras samtidigt som anvisad tryckhållfasthet bibehålls.