Mixture design and mechanical properties of synthetic fiber reinforced roller compacted concrete for pavements
Silindirle sıkıştırılmış sentetik lifli beton yol karışım tasarımı ve mekanik özellikleri
- Tez No: 516183
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HAKAN NURİ ATAHAN, DOÇ. DR. NİLÜFER ÖZYURT ZİHNİOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Rijit ve esnek yol kaplamaları bir çok açıdan birbirinden farklıdır ve her iki kaplama türünün kullanımının da çeşitli avantaj ve dezavantajları vardır. Genel olarak, rijit kaplamalar daha yüksek dayanım ve dayanıklılığa sahipken, esnek yollar hızlı inşa edilebilmesi sebebiyle inşa maliyeti açısından daha ekonomiktir. Dolayısıyla, uygun yol kaplamasının seçimi yol uygulamaları açısından kritik bir konudur. Silindirle sıkıştırılmış beton (SSB) yol kaplamaları geleneksel beton yol kaplamaları ile aynı malzemeleri içermekte iken (agrega, çimento, su, (puzolan, katkı malzemeleri)), esnek yol kaplaması uygulamalarında kullanılan araçlar (damperli kamyon, asfalt finişeri vb.) ile inşa edilmektedir. Bu nedenle, malzeme içeriği dolayısıyla geleneksel beton yol kaplamaları gibi yüksek dayanım ve dayanıklılığa sahip olan SSB kaplamalar, inşaat yöntemi dolayısıyla esnek yol kaplamaları ile benzer sürelerde inşa edilebilmektedir. Bu sebeple, SSB yol kaplamaları inşaat ve bakım maliyeti açısından diğer kaplama türlerine göre daha avantajlı olup, yol kaplaması uygulamalarında SSB kulllanımı giderek artmaktadır. Yukarıda da bahsedilen benzer malzeme içeriği sebebi ile, SSB ve geleneksel beton yol kaplamalarının yapısal davranışı benzerlik göstermektedir ve her iki kaplama türü de rijit kaplama olarak tasarlanmaktadır. Rijit kaplamaların tasarımında temel olarak, araç lastikleri etkisiyle kaplamalarda oluşacak eğilme gerilmeleri, kaplamanın eğilme dayanımından düşük olmalı, ve tekrarlı yükler altında kaplamada oluşacak hasar (yorulma hasarı) izin verilen sınırlar içerisinde kalmalıdır. Dolayısıyla, gerekli kaplama kalınlığı malzemenin eğilme dayanımı ve yorulma direncinin artması ile azalmaktadır. Literatürde yer alan çalışmalar hem geleneksel beton hem de SSB'nin eğilme dayanımı, eğilme tokluğu ve yorulma direncinin lif kullanımı ile artırılabileceğini ve bu artış sebebi ile de aynı kaplama kalınlığı kullanılarak daha uzun ömürlü yolların inşa edilebileceğini göstermektedir. Diğer bir yönden bakacak olursak, aynı kullanım ömrü için rijit kaplama malzemesi içerisine lif katılması daha az kalınlıkta kaplama kullanımına olanak sağlamaktadır. Yol projelerinin ölçekleri de düşünüldüğünde, kaplama kalınlığının azaltılmasının ekonomik açıdan sağlayacağı faydanın boyutu açıktır. Ayrıca, rijit kaplamaların bağlayıcı malzemesi olan çimentonun çevreye olan negatif etkisi düşünüldüğünde, lif kullanımının daha sürdürülebilir yol üretimine imkan verdiği görülmektedir. Rijit kaplamalarda lif kullanımın sağlamış olduğu, yukarıda bahsedilen avantajlara karşın, SSB'de lif kullanımı ile ilgili olarak yapılmış olan çalışmaların sayısı oldukça yetersizdir. Ayrıca, literatürde bulunan sınırlı sayıda çalışmanın önemli bir kısmı çelik liflerin kullanımına odaklanmış olup, sentetik lifler kullanılarak yapılmış çalışma sayısı oldukça azdır. Dolayısıyla, bu konunun araştırılmaya devam edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmanın temel amacı, lifsiz ve sentetik lifli SSB karışım tasarımlarının yapılarak, lif kullanımının SSB'nin mekanik özellikleri üzerindeki etkisinin belirlenmesidir. Çalışmada, amaç beton sınıfı C30 / 37 olarak belirlenmiştir. Artan çimento miktarı, geleneksel betonda olduğu gibi SSB'de de dayanımı artırmaktadır. Dolayısıyla amaçlanan beton sınıfına ulaşmak üzere farklı miktarda çimento içeren (ağırlıkça % 11 – 12 – 13) SSB karışımların tasarımı zemin sıkıştırma yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Daha sonra tasarımı yapılan karışımlar kullanılarak, 150 x 300 mm boyutlarında silindir numuneler, titreşimli matkap kullanılarak hazırlanmış, 7 ve 28 günlük basınç dayanımları belirlenmiştir. 28 günlük silindir basınç dayanımı değerleri kullanılarak amaçlanan beton sınıfına ulaşmak için ağırlıkça % 12 oranında çimento kullanımının yeterli olduğu belirlenmiştir. Sonrasında, liflerin SSB'nin mekanik özelliklerine olan etkilerini belirlemek için aynı miktarda çimento içeren (ağırlıkça % 12) 2 farklı tip sentetik lifli (54 mm ve 36 mm sentetik lif) SSB karışım tasarımı lifsiz karışımlarda olduğu gibi zemin sıkıştırma yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Bu aşamada lif miktarını belirlemek üzere literatür araştırması yapılmış ve bir çok çalışmada hacimce % 0.5 oranında lif kullanıldığı görülmüştür. Dolayısıyla çalışmada lif miktarı her iki lif için hacimce % 0.5 olarak seçilmiştir. Lifli SSB karışımların da tasarımının yapılmasının ardından, aynı miktarda çimento içeren lifli ve lifsiz karışımlar kullanılarak 150 x 300 mm silindir, 150 x 150 x 550 mm prizma ve 150 x 63.5 mm disk numuneler titreşimli matkap yöntemi kullanılarak hazırlanmış ve hazırlanan numuneler su kürüne tabi tutulmuştur. Kür periyodlarının tamamlanmasının ardından hazırlanan numunelere basınç, elastisite modülü, eğilme (3 noktalı çentik ve 4 nokta çentiksiz) ve darbe direnci testleri uygulanmıştır. Uygulanan tüm testlerin sonuçları açısından, sentetik lifli ve lifsiz SSB karışımlar birbirleri ile kıyaslanmış ve sentetik liflerin SSB'nin mekanik özelliklerine olan etkileri belirlenmiştir. Son olarak lifli ve lifsiz SSB için yapılan deneylerin sonuçları örnek bir yol için kalınlık tasarımında kullanılmış ve liflerin kalınlık ihtiyacına olan katkıları belirlenmiştir. Çalışmadan elde edilen temel sonuçlar aşağıda verilmiştir. Sıkıştırma sonrası maksimum kuru birim hacim ağırlığa ulaşabilmek için gerekli su miktarını (optimum su muhtevası) belirlemek üzere uygulanan modifiye proktor testi sonuçları lifsiz karışımlar için çimento miktarının artışıyla optimum su muhtevasının ve maksimum kuru birim hacim ağırlık değerlerinin arttığını göstermiştir. Ayrıca, lifli karışımlara uygulanan testlerim sonucunda, her iki tip sentetik lifin kullanılması ile de optimum su muhtevasının arttığı ve maksimum birim hacim ağırlığın düştüğü, bu düşüşün 54 mm lifler için daha az olduğu gözlemlenmiştir (aynı miktarda çimento içeren lifsiz karışıma kıyasla). Basınç testi sonuçları, 7 ve 28 günlük basınç dayanımı değerlerinin artan çimento miktarı ile arttığını, her iki tip lif kullanımı ile de azaldığını ve azalma miktarının 54 mm lifler için daha az olduğunu göstermiştir (aynı miktarda çimento içeren lifsiz karışıma kıyasla). Ayrıca basınç deneyi sonuçlarının modifiye proktor testi sonucu elde edilen maksimum birim ağırlık sonuçları ile yüksek derecede ilişkili olduğu gözlemlenmiştir. Elastisite modülü testi sonuçları, her iki tip sentetik lifin kullanımı ile de ortalama elastisite modülü değerlerinin düştüğünü ve düşüş miktarının 54 mm lif içeren karışımlar için daha az olduğunu göstermiştir. Ayrıca testler sonrasında bulunan basınç dayanımı elastisite modülü ilişkisi, geleneksel beton için hazırlanmış olan bazı kodların vermis olduğu ilişkiler ile kıyaslandığında, geleneksel beton için verilen ilişkilerin SSB için kullanılmasının uygun olmadığı görülmüştür. Eğilme dayanımı testi sonuçları (3 ve 4 noktalı eğilme deneyi) her iki tip sentetik lif kullanımının da eğilme dayanımında düşüşe sebep olduğunu, buna karşın artık eğilme dayanımı ve eğilme tokluğu değerlerinin her iki tip lifin kullanılması ile de arttığını göstermiştir. Darbe dayanımı test sonuçları, görünür ilk çatlağa sebep olan darbe sayısı değerinin 36 mm liflerin kullanımı ile düştüğünü, 54 mm liflerin kullanımı ile ise arttığını göstermiştir. Benzer sonuçlar nihai göçmeye sebep olan darbe sayısı değerleri için de gözlemlenmiştir. Diğer yandan, nihai göçmeye sebep olan darbe sayısının, görünür ilk çatlağa sebep olan darbe sayısına oranı (malzemenin tokluğu ile ilişkili parametre) değerinin her iki tip lifin kullanımı ile de arttığı gözlemlenmiştir. Örnek yol için lifsiz ve sentetik lifli SSB test sonuçları kullanılarak yapılan kalınlık tasarımı sonuçları, her iki tip sentetik lifin kullanımı ile de kaplama kalınlığı gereksiniminin azaltılabileceğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Rigid and flexible pavements are different from each other in many ways. And, usage of both rigid and flexible pavements have a variety of advantages and disadvantages. Briefly, rigid pavements have higher strength and durability, and flexible pavements are more economic, as it allows fast construction. Therefore, selection of suitable pavement type is a critical issue for pavement applications. Roller Compacted Concrete (RCC) is a type of concrete which is used in pavement applications. RCC has similar ingredients with rigid pavements, but they are constructed by using the vehicles (dump truck, asphalt paver etc.) which are used in flexible pavement applications. Hence, RCC pavements yield advantages of both types of pavements. Thickness design process of RCC pavements is similar to conventional concrete pavements, due to the similar structural behaviour of pavements. Pavement thickness can be decreased with an increased flexural strength and fatigue resistance of concrete material for both RCCs and conventional concrete pavements. Some studies report that the addition of fibers may also result in decreased pavement thickness, since fatigue performance of material increases. Unfortunately, the number of studies that are concentrated on usage of fibers in RCC pavements are limited (especially for synthetic fibers) and further researches are needed to better understand the effects of using fibers for RCC pavements. Primary objective of this study is investigation of the effects of synthetic fibers on mechanical properties of RCC for pavements. First, to achieve desired concrete class (C30 / 37) plain RCC mixtures that have 11 – 12 – 13 wt% cement were designed, and cylindrical compressive strength specimens were prepared by using vibrating hammer method. Then, compressive strengths of the specimens made by using these plain mixtures were measured, and mixture that has 12 wt% cement was found suitable for required strength. After that specified cement ratio was used to design two RCC mixtures that have 0.5 vol% fiber (2 different synthetic fibers were used). Then, compressive strength, modulus of elasticity, flexural strength (by using three and four point bending tests) and impact resistance values of plain and synthetic fiber reinforced RCC mixtures (that have same amount of cement) were determined. Finally, by using test results, thickness design were made for a sample RCC pavement, and all results were compared. Results of the applied tests showed that maximum dry density (determined from modified proctor tests), compressive strength and flexural strength values decreases with usage of synthetic fibers, and this values are correlated with each other. On the other hand, residual flexural strength and flexural thoughness values were increased with usage of both types of fibers (54 mm and 36 mm synthetic fibers). Additionally, it was found that, thickness requirement of RCC pavements can be reduced by using synthetic fibers.
Benzer Tezler
- Sentetik hibrit liflerle güçlendirilen silindirle sıkıştırılan beton yol kaplamanın performans özellikleri
Performance characteristics of synthetic hybrid fiber-reinforced roller-compacted concrete pavements
ABDULBASIT ALMOAMAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiBartın Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALTAN ÇETİN
- Metal infiltre edilmiş mikro poroz karbon kompozitlerin aşınma ve sürtünme davranışının karakterizasyonu
Başlık çevirisi yok
GÜLTEKİN GÖLLER
Doktora
Türkçe
1997
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN TEKİN
- Kenevir lif takviyeli pomza agregalı inorganik matrislerin mekanik karakteristikleri ve akustik özelliklerinin belirlenmesi
Mechanical characteristics and acoustic properties of hemp fiber reinforced inorganic matrices with pumice aggregates
HAVVA MERVE TUNCER
Doktora
Türkçe
2023
MimarlıkYıldız Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEHRA CANAN GİRGİN
- A comparative study on the different rigid pavement design methodologies used for plain and fiber reinforced cement-based materials
Lifli ve lifsiz çimento bazlı malzemeler için kullanılan farklı rijit kaplama tasarım metodolojileri üzerine karşılaştırmalı bir çalışma
FİLİZ MENEKŞE
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
İnşaat MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLÜFER ÖZYURT ZİHNİOĞLU
- Properties of hybrid fiber reinforced concrete for impact loading
Darbe yüklemesi için hibrit fiber donatılı betonun özellikleri
MOHAMMAD MUSA ALAMI
Doktora
İngilizce
2021
İnşaat Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsüİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK SAATCI
DOÇ. DR. TAHİR KEMAL ERDEM