Geri Dön

İri agrega konsantrasyonunun donatı çeliği ile düşük ve orta dayanımlı beton arasındaki bağ dayanımı ve sıyrılma davranışına etkisi

Effect of coarse aggregate concentration on bond strength and bond-slip behavior between reinforcing steel and low and mid-strength concrete

PDF İndir

  1. Tez No: 807127
  2. Yazar: OSAMA ABOKAF
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN NURİ ATAHAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 83

Özet

Dünya genelinde beton en çok kullanılan yapı malzemesidir. Yüksek kalitesi, hızlı ve kolay uygulanabilirliği nedeniyle 20. yüzyılda beton kullanımı inşaatta önemli ölçüde artmıştır. Betonarme ise binalarda en sık kullanılan yük taşıyıcı sistemlerden biridir. Ancak, günümüzde yüksek performanslı betonların geliştiriliyor olmasına rağmen, çeşitli faktörler nedeniyle orta veya düşük dayanımlı beton sıradan konut binalarında hala kullanılmaktadır. Ayrıca eski yapı stoğu içerisinde de önemli miktarda orta veya düşük beton dayanımına sahip binalar mevcuttur. Binalarda kullanılan betonun kalitesini etkileyen pek çok faktör bulunmaktadır. Bu faktörler arasında; beton üretiminde kalitesiz malzemelerin kullanımı, yapılan tasarım hesaplamalarının yetersiz olması, net bilimsel temellere dayalı uygulamanın yapılmaması, sahada betonun su/çimento oranına önem vermeden beton dökme işlemi yapılması veya kullanılan agrega gradasyonunun standarda uygun gibi etkenler yer almaktadır. Bu tür uygulamalar, betonarme yapıların çoğunun riskli duruma gelmesinden sorumludur. Bunlarla birlikte, günümüzde betonarme yapıların üretiminde, donatı ve beton arasındaki bağı iyileştirmek için nervürlü donatılar kullanılırken, birçok eski yapıda düz yüzeyli donatıların kullanıldığı bilinmektedir. Mevcut yapıların değerlendirilmesi ihtiyacındaki artış, kullanılan malzeme ve sistemlerin performansı hakkında sürekli bir bilgi ihtiyacı gerektirmektedir. Düz yüzeyli donatıların kullanımı, nervürlü donatıların üretilmeye ve öncelikli olarak kullanılmaya başlaması ile birlikte azalmıştır. Beton ve donatı arasındaki bağ, betonarme yapıların deprem anındaki davranışına etki eden önemli bir faktördür. Betonarme yapıların yaygın kullanımıyla birlikte, beton ve donatı arasındaki bağ yapısı özelliklerinin anlaşılması esas haline gelmiştir. Nitekim, beton ve donatıdan oluşan yapısal bir elemanın betonarme olarak davranabilmesi için donatı ve betonun birlikte çalışabilmesi gerekir. Bu kenetlenme (bağ yapısı); betonun çekme dayanımı, donatı ile betonun aderansı ve beton basınç dayanımı gibi birçok parametreden etkilenmektedir. Diğer yandan, betonarme arayüz özellikleri, donatı geometrik özellikleri, donatı üretim tekniği, donatı çapı, korozyon, aderans boyu, betonun sıkıştırılması, beton pas payı kalınlığı, kullanılan agrega türü ve boyutu gibi parametreler de bu bağ yapısını etkileyen diğer faktörlerdir. Dolayısıyla, betonun karakteristik özellikleri, beton ve donatı arasındaki bağ dayanımının üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Bu çalışmada, aktif deprem kuşağı üzerinde bulunan bölgelerde mevcut binaların davranış ve performanslarını anlayabilmek için, bu yapılarda kullanılmış olan betonlara benzer özelliklerde düşük ve orta dayanımlı beton karışımları tasarlanmıştır. Ayrıca iki farklı tip donatı (nervürlü ve düz yüzeyli) kullanılarak beton ile donatı arasındaki aderans ve sıyrılma özelliklerinin araştırılması hedeflenmiştir. Bu doğrultuda, farklı iri agrega konsantrasyonlarına sahip, düşük ve orta dayanımlı betonların mekanik özellikleri, elastik özellikleri, tek eksenli basınç yüklemesi altındaki gerilme-şekil değiştirme davranışı ve donatı ile beton arasındaki bağ dayanımı ve donatının betondan sıyrılma davranışının incelenmesi gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmada, hedeflenen orta ve düşük dayanımlı betonları elde edebilmek için 0,6, 0,9 ve 1,2 olmak üzere 3 farklı su/çimento (S/Ç) oranına ve her bir S/Ç oranı için de 4 farklı iri agrega konsantrasyonuna (%0, %20, %40 ve %60) sahip beton karışımları üretilmiştir. Beton üretiminde CEM I 42,5R sınıfı çimento kullanılmış olup agrega karışımının maksimum tane büyüklüğü 16 mm'dir. Üretilen karışımların tamamında, toplam agrega (ince+iri) hacmi ve çimento hamuru hacmi sabit tutulmuştur. Bu sayede her bir S/Ç oranına sahip karışım grubunda çimento hamurunun hacim ve özelliklerini değiştirmeden, karışım içerisinde artan iri agrega konsantrasyonunun beton özellikleri, beton ile donatı arasındaki bağ dayanımı ve donatının betondan sıyrılma davranışı üzerindeki etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Betonların üretimi gerçekleştirildikten sonra, her bir karışımdan 10 adet Φ100x200 mm boyutunda silindir numune ve içerisine donatıların yerleştirildiği 8 adet 150x150x150 mm boyutunda küp numune (4 adet nervürlü, 4 adet düz donatı), alınmış ve bir gün sonra kalıplardan çıkarılan numuneler 28. güne kadar 21±2°C sıcaklığa sahip kür havuzunda bekletilmiştir. Silindir numunelerden 4 tanesi üzerinde basınç dayanımını belirleyebilmek için TS EN 12390-3 standardına uygun bir şekilde yük kontrollü basınç deneyi (yükleme hızı 5 kN/s) yapılmıştır. Diğer 4 adet numune üzerinde elastisite modülü, Poisson oranı değerlerini belirleyebilmek ve tepe yük öncesi ve sonrası gerilme-deformasyon grafiğini elde edebilmek için deplasman kontrollü basınç deneyi gerçekleştirilmiştir (yükleme hızı 0,75 με/dk). Deplasman kontrollü deneyler sırasında numunelerin üzerine ASTM C469 standardına uygun bir şekilde birbirinden bağımsız 2 farklı çerçeve bağlanmıştır. Bu çerçevelere bağlanan lineer değişken diferansiyel transformatörler (LVDT) aracılığıyla boyuna ve yanal deformasyon değerleri cihaz tarafından otomatik olarak kaydedilmiştir. Kalan 2 adet silindir numune ise ortadan 2'ye bölünmüş ve elde edilen 4 adet Φ100x100 mm boyutundaki numuneler üzerinde TS EN 12390-6 standardına uygun bir şekilde yarmada çekme deneyi (yükleme hızı 1 kN/s) gerçekleştirilmiştir. Diğer yandan çekip-çıkarma deneyi için hazırlanan numunelerde kullanılan donatıların çapı 12 mm ve donatıların beton ile temas eden yüzeyinin uzunluğu donatı çapının 5 katı (60 mm) olarak seçilmiştir. Bunu sağlayabilmek için donatının beton içerisinde gömülü kalan 90 mm uzunluğundaki bölümün üzerine hortum yerleştirilmiş ve beton ile teması önlenmiştir. Çekip çıkarma deneyi ise özel olarak hazırlanan çerçeve sistemi üniversal çekme cihazına bağlanarak gerçekleştirilmiştir. Deney sırasında donatının sıyrılma miktarı donatı ucuna yerleştirilen lvdt aracılığı ile yük değerleri ise sisteme bağlanan yük hücresi vasıtasıyla eş zamanlı olarak otomatik bir şekilde kaydedilmiştir. Elde edilen sonuçlardan bahsedilecek olursa, farklı S/Ç oranına sahip karışımların tamamında %40 oranına kadar artan iri agrega konsantrasyonu ile birlikte basınç dayanımlarının arttığı fakat %60'lık iri agrega konsantrasyonunda ise basınç dayanımlarının %40 oranında agrega içeren karışımlara göre azalma eğilimi gösterdiği görülmüştür. Örneğin, 1,2 S/Ç oranında, %0 iri agrega konsantrasyonu içeren karışıma göre %20 ve %40'lık karışımlardan elde edilen sonuçlar sırasıyla %13,2 ve %13,8 oranında daha yüksek iken %60'lık karışım için basınç dayanımı %23,6 oranında daha düşüktür. 0,9 S/Ç oranına sahip karışımlarda %0'lık karışıma göre %20, %40 ve %60'lık karışımlardan elde edilen basınç dayanımı artış oranları sırasıyla %14,1, %28,8 ve %23,6 iken bu artış oranları 0,6 S/Ç oranına sahip karışımlar için sırasıyla %70,0, %70,2 ve %67,7'dir. Bu sonuçlar değerlendirildiğinde, öncelikle 1,2 S/Ç oranına sahip karışımlarda kapiler boşluğun daha fazla olması ve bunun sonucu olarak hamur fazı dayanımının çok düşük olmasına bağlı olarak agrega-hamur ara yüzeyi çok zayıftır. Bu nedenle kullanım oranı artmasına rağmen iri agreganın basınç dayanımına belirgin bir etkisi gözlemlenememiştir. Diğer yandan 1,2 S/Ç oranına sahip karışımların aksine azalan s/ç oranı ile birlikte hamur fazının dayanımı daha da artmış ve ara yüzey özelliklerinin iyileşmesiyle birlikte iri agreganın basınç dayanımı değerlerine etkisi daha belirgin hale gelmiştir. Elastisite modülü sonuçları incelendiğinde ise, basınç dayanımı sonuçlarından farklı olarak, artan iri agrega konsantrasyonu ile birlikte elastisite modülü değerlerinin de sürekli arttığı bir eğilimin olduğu görülmektedir. Yukarıda bahsedildiği üzere, %60 iri agrega konsantrasyonuna sahip karışımlardan %40'lık karışımlara göre daha düşük seviyelerde basınç dayanımı değerleri elde edilmişti fakat elastisite modülü değerlerinde en yüksek sonuçların iri agrega konsantrasyonu %60 olan karışımlardan elde edildiği görülmüştür. Örneğin, 0,6 S/Ç oranına sahip karışım grubunda %0 iri agrega içeren karışımın elastisite modülü değeri 21,3 GPa iken bu değer %60 iri agrega içeren karışımdan 27,0 GPa olarak elde edilmiştir. Yani elastisite modülü %27 oranında artmıştır. Bunun nedeni olarak karışım içerisindeki en rijit taneler olan iri agregaların varlığı ve miktarının, betonun elastisite modülünü pozitif yönde etkilemesi gösterilebilir. Ayrıca S/Ç oranının azalmasıyla hamur fazının dayanımının artması ve böylece agrega-hamur arayüzeyi özellikleri iyileşmesi de elastisite modülünün belirgin bir şekilde artmasını sağlamıştır. Poisson oranı değerleri incelendiğinde karışıma iri agrega eklenmesi ile birlikte belirgin bir değişiklik meydana gelmediği ve Poisson oranının 1,2 S/Ç oranına sahip karışımların tamamında 0,20'ye eşit olduğu, 0,9 S/Ç oranına sahip karışımlarda 0,19-0,21 aralığında olduğu ve 0,6 S/Ç oranına sahip karışımlarda ise 0,22'ye eşit olduğu görülmüştür. Yarmada çekme dayanımlarına bakıldığında ise tüm beton gruplarında karışıma iri agrega eklenmesi ile birlikte yarmada çekme dayanımlarında bir artış meydana geldiği görülmüştür. Bununla birlikte, basınç dayanımı sonuçlarına benzer şekilde yarmada çekme dayanımındaki artış miktarı S/Ç oranı azaldıkça daha belirginleşmiştir. Çalışma kapsamında üretilen betonların basınç yüklemesi altındaki davranışları incelendiğinde; 1,2 S/Ç oranına sahip betonlarda karışıma iri agrega eklenmesi ile tepe yük sonrası düşen kol eğrilerinde belirgin bir değişiklik olmadığı fakat 0,6 ve 0,9 S/Ç oranına sahip karışımlarda düşen kol eğiminin belirgin bir şekilde dikleşerek davranışın gevrekleştiği görülmüştür. Ancak, artan iri agrega konsantrasyonunun düşük basınç dayanımına sahip betonların davranışında belirgin bir farklılık oluşturmadığı gözlemlenmiştir. Beton ile donatı arasındaki bağ dayanımı özelliklerinin ve farklı yüzey özelliklerine sahip donatıların sıyrılma davranışının incelenmesi amacıyla özel olarak hazırlanan numuneler üzerinde çekip-çıkarma deneyi gerçekleştirilmiştir. Deneylerden elde edilen sonuçlara bakıldığında, bağ dayanımı değerleri; düz donatılı numunelerde 3,4 ile 5,8 MPa aralığında iken nervürlü donatı içeren numunelerde 6,3 ile 21,1 MPa aralığındadır. Karışımların S/Ç oranı azaldıkça her iki donatı tipinde de bağ dayanımı değerlerinin arttığı gözlemlenmiştir. Düz donatı içeren karışımlarda iri agrega konsantrasyonunun etkisine bakıldığında, 1,2 ve 0,9 s/ç oranına sahip karışımlarda artan iri agrega konsantrasyonu ile birlikte bağ dayanımının arttığı fakat 0,6 S/Ç oranına sahip karışım grubunda bağ dayanımı değerlerinin birbirine oldukça yakın olduğu belirlenmiştir. Diğer yandan nervürlü donatı içeren karışımlara bakıldığında 1,2 S/Ç oranına sahip karışımda en yüksek bağ dayanımının 7,4 MPa ile %20 iri agrega konsantrasyonundan, 0,9 S/Ç oranına sahip karışımda 13,0 MPa ile %40 iri agrega konsantrasyonundan ve 0,6 S/Ç oranına sahip karışımda ise 21,1 MPa ile %60 iri agrega konsantrasyonundan elde edildiği görülmüştür. Diğer yandan karışımların bağ dayanımı- sıyrılma davranışı incelendiğinde düz donatılı karışımlarda çok küçük sıyrılma değerlerinde bağ dayanımı değerine ulaşıldığı ve hemen sonrasında bağ gerilmesi-sıyrılma eğrisinin düşüşe geçtiği görülmüştür. Nervürlü donatı içeren numunelerde ise bağ dayanımına ulaşmadan önce sıyrılmanın başladığı, bağ dayanımına ulaştıktan sonra da bir plato bölgesi oluştuktadan sonra bağ gerilmesi- sıyrılma eğrisinin düşüşe geçtiği belirlenmiştir. Bu durum açık bir şekilde düz donatılı numunelerde sadece donatı ile beton arasında kimyasal bağdan kaynaklı bir mekanizmanın çalıştığını fakat nervürlü donatı içeren numunelerde ise kimyasal bağın yanında nervür ile beton arasında mekanik kenetlenme mekanizmasının da devreye girdiğini göstermiştir.

Özet (Çeviri)

Concrete is currently the most consumed building material in the world. The 20 th century saw a significant increase in the use of concrete in construction due to its high quality, speed, and ease of implementation. Reinforced concrete is one of the most commonly used load-bearing systems in buildings. However, despite the development of high-performance concrete, medium, and low-strength concrete is still widely used in ordinary residential buildings due to various factors. These factors include the use of substandard materials, insufficient details, lack of implementation based on clear scientific bases, and bad construction practices, such as pouring concrete on site without giving importance to increasing the water/cement (W/C) ratio or using aggregates with an inappropriate gradation. Such practices are responsible for most failures in reinforced concrete structures. While most modern buildings use deformed rods to improve the bonding between the rod and concrete, many older structures still rely on smooth rods.The increasing need to evaluate existing construction means that there is a constant need for information about its performance. The research on plain rebars was discontinued because they were not used in the first place when producing ribbed rebars, and ordinary bars have been surpassed in progress in understanding and behavior since the 1960s with the advent of ribbed rebars. The bond between concrete and reinforcement is an important factor in the evaluation of reinforced concrete structures. With the widespread use of reinforced concrete structures, it has become essential to understand the bonding properties between concrete and steel. For a structural element consisting of concrete and reinforcement to act as reinforced concrete, the bars must be clamped to the concrete.This interlocking is affected by many variables, such as the tensile strength of the concrete, the bond strength between reinforcement and concrete, and the concrete compressive strength. Other factors include the concrete reinforcement interface properties, geometric properties of the reinforcement, reinforcement production technique, reinforcement diameter, corrosion, embedment length, concrete confinement, concrete cover thickness, and the type and size of aggregate used. Therefore, the characteristic properties of concrete have a great effect on the bond between concrete and reinforcement. In areas that are located on the active seismic belt, in order to understand the behavior and performance of existing buildings, The worst implementation scenarios in addition to using two types of rebars that resemble the existing case were simulated. In the presented work, investigating the stress-strain properties and bond behavior of reinforced concrete with low and medium strength at different coarse aggregate concentrations was aimed. To achieve this, concrete mixtures with 3 different W/C ratios (0.6, 0.9, and 1.2) and 4 different coarse aggregate concentrations (0%, 20%, 40%, and 60%) were produced. The volume of aggregate and cement paste was kept constant in all mixtures. Pull-out tests were carried out to examine the bond properties between concrete and reinforcement. For this purpose, 12mm nominal diameter ribbed and plain steel rebar were used. The results showed that the compressive strength increased up to a certain coarse aggregate concentration and then decreased, particularly in low-strength classes, with this trend decreasing as the W/C ratio decreased. The contribution of coarse aggregate concentration to compressive strength became more evident with a decrease in the W/C ratio. For instance, in concrete groups with W/C ratios of 1.2, 0.9, and 0.6, the strength increases percentages of concrete with a 40% coarse aggregate ratio compared to a 0% coarse aggregate ratio were 13.8%, 28.8%, and 70.2%, respectively. The study also found that the modulus of elasticity values increased with the increasing coarse aggregate ratio, and the slope of the post-peak region of the stress-strain curves became steeper. The bond strength of the concrete-reinforcement interface is affected by the W/C ratio. A decrease in the W/C ratio results in a denser concrete structure with reduced porosity, which positively affects the adherence between concrete and reinforcement. The bond strength values of mixtures with a W/C ratio of 0.60 were found to be higher than those with other dosages for both types of rebars. In summary, the type of rebar, water-cement ratio, and concentration of coarse aggregate affected the bond strength and bond-slip behavior between the concrete and reinforcement. Understanding these factors is crucial in designing and constructing safe and durable concrete structures.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    152549

    Effects of lightweight aggregate properties on mechanical, fracture, and physical behavior of lightweight concretes

    Hafif agrega özelliklerinin hafif betonların mekanik, kırılma ve fiziksel davranışlarına etkileri

    MEHMET GESOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2004

    İnşaat MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. TURAN ÖZTURAN

  2. Tez No

    286986

    Kendiliğinden yerleşen taze betonda değiştirilmiş L- kutusu yöntemiyle segregasyon kontrolü

    Segregation controlling of fresh self compacting concrete by modified L- box

    HASAN BAKIRCI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    İnşaat MühendisliğiHarran Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. KAZIM TÜRK

    YRD. DOÇ. DR. PAKİ TURĞUT

  3. Tez No

    514192

    İri agrega yerine ikame edilmiş kazınmış asfalt kaplamalı betonlarda dayanım değerlendirmesi

    Assesment of strength in concretes substituted with scraped asphalt pavement for coarse aggregate

    AYSUN DİLAN GERGERLİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    İnşaat MühendisliğiAdıyaman Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET FATİH ŞAHAN

  4. Tez No

    727851

    İri agrega olarak inşaat yıkıntı atığı, ince agrega olarak doğal ve kırma kum kullanılan betonun bazı mühendislik özelliklerinin incelenmesi ve basınç dayanımlarının yapay sinir ağı ile tahmin edilmesi

    Investigation of some engineering properties of concrete produced by natural sand and crushed sand as fine aggregate, coarse aggregate obtained from construction wreck waste and estimating the compressive strength by using artificial neural network

    MUSTAFA KÜRŞAD KORKUT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. OSMAN ŞİMŞEK

  5. Tez No

    318369

    Farklı iri agrega içeriğinin kendiliğinden yerleşen betonların yüzey aşınma direncine etkisi

    The effect of various coarse aggregates on the abrasion resistance properties of self compacting concrete

    İBRAHİM ATLI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    İnşaat MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MÜCTEBA UYSAL

Geri Dön