Çimento Esaslı Kompozit Malzemelerin Optimum Tasarımı

Abstract

Bu çalışmada, çelik tel narinliği ve içeriğinin eğilme halinde Çelik Tel Donatılı Betonun kırılma parametrelerine etkisi araştırılmakta ve bu parametreler optimize edilerek daha sünek ve daha düşük maliyetli beton elde edilmektedir. Çalışmada kullanılan çelik tel narinliği 55, 65, ve 80, ve çelik tel içeriği ise 20 kg/m3, 35 kg/m3, ve 50 kg/m3’tür. Optimum tasarım için, üç-düzeyli iki faktörlü tam deneysel tasarım, Tepki Yüzey Yöntemi ve çok amaçlı sayısal optimizasyon teknikleri kullanılmaktadır. Çelik telin narinliği ve içeriğinin özgül kırılma enerjisi ve karakteristik boya etkisinin belirgin olduğu sonucuna varılmaktadır. Öte yandan, agrega konsantrasyonunun betonun kırılma ve mekanik özeliklerine etkisi de incelenmektedir. Kırılma enerjisinin belirlenmesi için RILEM TC 50-FMC standardına göre çentikli kirişler üzerinde üç noktalı eğilme deneyi yapılmıştır. 6 farklı karışımda üretilen betonlarda, su/çimento oranı (0,316), en büyük agrega boyutu (16 mm) ve agrega granülometrisi sabit tutuldu ve agrega konsantrasyonu 0,00 (sçh); 0,15; 0,30; 0,45; 0,60 ve 0,68 m3/m3 olarak (sertleşmiş çimento hamurundan (sçh) normal betona kadar) değiştirildi. Betonun kırılma ve mekanik özelikleri mezo-mekanik bir model yardımıyla tahmin edildi. Elde edilen sonuçlar, betonda agrega konsantrasyonu arttıkça elastisite modülü, yarma çekme dayanımı, net eğilme dayanımı, kırılma enerjisi ve karakteristik boy gibi mekanik ve kırılma özeliklerinin arttığını göstermektedir. Teorik ve deneysel sonuçlar arasında iyi bir uyumun olduğu sonucuna varılmaktadır.In this study, the main objective is to optimise the fracture parameters of Steel Fibre Reinforced Concretes for obtaining a more ductile behaviour than that of plain concrete. The effects of the aspect ratio and volume content of steel fibre on fracture properties of concrete in bending were investigated by measuring the specific fracture energy and characteristic length. The aspect ratios of steel fibres were 55, 65, and 80, and the contents of steel fibres were 20 kg/m3, 35 kg/m3, and 50 kg/m3. For the optimum design, three-level full factorial experimental design, Response Surface Method and numerical optimisation techniques were used. The results show that the effects of fibre volume content and aspect ratio on specific fracture energy and characteristic length are significant. On the other hand, the effect of aggregate concentration on the fracture and mechanical behaviour of plain concrete under bending was also investigated. For the determination of the fracture energy the three-point bending test was performed on notched beams according to the recommendation of the RILEM 50-FMC Technical Committee. Six control mixes ranging from hardened cement paste (hcp) to normal concrete were prepared in which the aggregate grading, water/cement ratio (0.316), and maximum aggregate size (16 mm) were kept constant, but the volume fraction of aggregate was changed as: 0.00 (hcp); 0.15; 0.30; 0.45; 0.60 and 0.68 m3/m3 (real concrete). Fracture and mechanical properties of concrete were predicted by using a meso-mechanical model. Experimental results obtained shows that the modulus of elasticity, splitting tensile strength, net bending strength, fracture energy and characteristic length increase significantly with increasing aggregate concentration. It can be concluded that there is a good agreement between the theoretical and experimental results.