Çelik lif kanca geometrisinin yüksek dayanımlı lifli betonların statik ve darbe yükleri altında eğilme özelliklerine etkisi

Cengiz Kızılırmak, Serdar Aydın, Mert Yücel Yardımcı
122 30

Öz


Son yıllarda çelik lifli betonların özelliklerini geliştirmek amacıyla lif üreticileri yeni nesil yüksek dayanımlı ve çok kancalı liflerin (4D ve 5D) üretimine yönelmiştir. Literatürde tek kancalı geleneksel 3D tipi çelik lifli betonların statik ve darbe yükleri altında performansları konusunda çok sayıda araştırma bulunmasına karşın, 4D ve 5D liflerin beton özelliklerine etkileri hakkındaki çalışmalar, statik yükleme altında bile, henüz oldukça kısıtlı düzeyde olup, darbe yükleri altındaki performansı konusunda ise literatürde yayınlanmış bir çalışma henüz yoktur. Bu çalışmada, çok kancalı yeni nesil yüksek dayanımlı çelik liflerin (4D, 5D) dozaj ve görünüm oranının (boy/çap oranı) yüksek dayanımlı betonun basınç dayanımı, statik ve darbe eğilme yükleri altında eğilme dayanımı ve kırılma enerjisi gibi özelliklerine etkileri geleneksel 3D lifler ile karşılaştırılmalı olarak incelenmiştir. Deneysel sonuçlar, çelik lifli yüksek dayanımlı betonların eğilme dayanımı ve kırılma enerjisinin, lif hacmi ve yeterince yüksek çekme dayanımına sahip liflerde kanca sayısındaki artışla geliştiğini göstermiştir. Görünüm oranı 65 olan 5D lifler betonun eğilme dayanımı ve kırılma enerjisini 3D liflere göre önemli oranda arttırırken, aynı görünüm oranında 4D lifler, çekme dayanımının yeteri kadar yüksek olmaması sebebiyle, bu özelliklerde kayda değer bir gelişme sağlamamıştır. Uç geometrisi geliştirilmiş 4D liflerin yüksek dayanımlı betonların mekanik özelliklerine etkisinin yüksek görünüm oranlarında daha belirgin olduğu belirlenmiştir. 3D liflerde lif görünüm oranındaki artış kırılma enerjisini olumsuz yünde etkilemiştir. Darbe yükleri altında statik yüklemeye kıyasla 1,4 ile 2,6 kat daha yüksek eğilme dayanımı ve 1,2 ile 3,0 kat daha yüksek kırılma enerjisi değerleri elde edilmiştir. Darbe yükleri altında en iyi performans, görünüm oranı 80 olan 4D ve görünüm oranı 65 olan 5D lifli yüksek dayanımlı betonlardan elde edilmiştir.


Anahtar kelimeler


Çelik lifli beton; darbe dayanımı; çelik lif; kanca geometrisi; kırılma enerjisi.

Tam metin:

PDF


Referanslar


Nataraja M.C., Dhang N., Gupta A.P., Statistical variations in impact resistance of steel fibre-reinforced concrete subjected to drop weight test, Cem. Concr. Res., 29, 989-995, 1999.

Su Y., Li J., Wu C., Wu P., Tao M., Li X., Mesoscale study of steel fibre-reinforced ultra-high performance concrete under static and dynamic loads, Mater. Des., 116, 340–351, 2017.

Banthia N., Mindess S., Bentur A., Pigeon M., Impact testing of concrete using a drop-weight impact machine, Exp. Mech., 29 (1), 63-69, 1989.

Malvar L.J., Ross C.A., Review of strain rate effects for concrete in tension., ACI Mater. J., 95 (6), 735-739, 1998.

Cusatis G., Strain-rate effects on concrete behavior, Int. J. Impact Eng., 38 (4), 162-170, 2011.

Yazıcı Ş., İnan G., Tabak V., Effect of aspect ratio and volume fraction of steel fiber on the mechanical properties of SFRC, Constr. Build. Mater., 21 (6), 1250-1253, 2007.

Aydın S., Effects of fiber strength on fracture characteristics of normal and high strength concrete, Periodica Polytechnica Civil Engineering, 57 (2), 191-200, 2013.

Yardımcı M.Y., Çelik lifli kendiliğinden yerleşen betonların reolojik, mekanik, kırılma parametrelerinin araştırılması ve optimum tasarımı, Doktora Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir, 2007.

Bayramov F., Tasdemir C., Tasdemir M.A., Optimisation of steel fibre reinforced concretes by means of statistical response surface method, Cem. Concr. Compos., 26 (6), 665-675, 2004.

Eren Ö., Çelik T., Effect of silica fume and steel fibers on some properties of high-strength concrete, Constr. Build. Mater., 11, 372-382, 1997.

Pajak M., Ponikiewsky T., Flexural behavior of self-compacting concrete reinforced with different types of steel fibers, Constr. Build. Mater., 47, 397-408, 2013.

Wu Z., Shi C., He W., Wu L., Effects of steel fiber content and shape on mechanical properties of ultra high performance concrete, Constr. Build. Mater., 103, 8-14, 2016.

Zhao G., Prisco M., Vandewalle L., Experimental investigation on uniaxial tensile creep behavior of cracked steel fiber reinforced concrete, Mater. Struct., 48, 3173-3185, 2015.

Banthia N., Trottier J.F., Concrete reinforced with deformed steel fibers, Part I: bond-slip mechanisms, ACI Mater. J., 435-446, 1994.

Abu-Lebdeh T., Hamoush S., Heard W., Effect of matrix strength on pullout behavior of steel fiber reinforced very-high strength concrete composites, Constr. Build. Mater., 25 (1), 39-46, 2011.

Robins P., Austin S., Jones P., Pull-out behavior of hooked steel fibres, Mater. Struct., 35, 434-442, 2002.

Simoes T., Octavio C., Valença J., Costa H., Dias-da-Costa D., Julio E., Influence of concrete strength and steel fibre geometry on the fibre/matrix interface, Composites Part B, 122, 156-164, 2017.

Bentur A, Mindess S., Fibre reinforced cementitious composites, Second Edition, Taylor&Francis, USA and Canada, 2007.

Beglarigale A., Yazıcı H., Pull-out behavior of steel fiber embedded in flowable RPC and ordinary mortar, Constr. Build. Mater., 75, 255-265, 2015.

Kızılırmak C., Statik ve darbe yükleri altında lifli betonların mekanik özelliklerinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir, 2017.

Abdallah S., Fan M., Anchorage mechanisms of novel geometrical hooked-end steel fibres, Mater. Struct., 50 (139), 1-11, 2017.

Shafaei Y., Shaikh F.U.A., Sarker P.K., Effect of the fibre geometry on pull-out behaviour of HVFA mortar containing nanosilica, Procedia Eng., 171, 1535-1541, 2017.

Alparslan U., Çelik lif uç geometrisinin beton özelliklerine etkisi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, 2015.

Naaman A.E., Gopalartnam V.S., Impact properties of steel fibre reinforced concrete in bending, Int. J. Cem. Compos. Lightweight Concrete, 5 (4), 225-233, 1983.

Bindiganavile V., Banthia N., Polymer and steel fiber-reinforced cementitious composites under impact loading-part 2: Flexural toughness, ACI Mater. J., 98 (1), 2001.

RILEM Technical Committee 50-FMC, Draft Recommendation: Determination of the fracture energy of mortar and concrete by means of three-point bend test on notched beams, Mater. Struct., 18 (106), 287-291, 1985.

Aydın S., Yardımcı M.Y., Baradan İ.B., Darbe ve aşınma etkilerine dayanıklı Portland Çimentosu içermeyen bağlayıcı geliştirilmesi, Tübitak projesi, (112M262), Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir, 2015.

Wang N., Mindess S., Ko K., Fibre reinforced concrete beams under impact loading, Cem. Concr. Res., 26 (3), 363-376, 1996.

Dancygier A., Katz A., Yardımcı M.Y., Yankelevsky D., Behavior of high ductility cement composite beams under low impact, International Journal of Protective Structures, 3 (2), 177-192, 2012.

Zhang X.X., Ruiz G., Yu, R.C., A new drop weight impact machine for studying fracture process in structural concrete, Anales de Mecanica de la Fractura, 25 (2), 655-659, 2008.

Wu Z., Shi C., He W., Wu L., Effects of steel fiber content and shape on mechanical properties of ultra high performance concrete, Constr. Build. Mater., 103, 8-14, 2016.

Yu R, Spiesz P., Brouwers H.J.H., Mix design and properties assessment of ultra-high performance fibre reinforced concrete (UHPFRC), Cem. Concr. Res., 56, 29-39, 2014.

Abdallah S., Fan M., Zhou X., Geyt S.L., Anchorage effects of various steel fibre architectures for concrete reinforcement, International Journal of Concrete Structures and Materials, 10 (3), 325-335, 2016.

Neves R., Fernandes de Almeida J., Compressive behaviour of steel fibre reinforced concrete, Structural Concrete, 6 (1), 1-8, 2005.

Song P.S., Hwang S., Mechanical properties of high-strength steel fiber-reinforced concrete, Constr. Build. Mater., 18 (9), 669-673, 2004.

Tokyay M., Ramyar K., Turanlı L., Polipropilen ve çelik lifli yüksek dayanımlı betonların basınç ve çekme yükleri altındaki davranışları, 2. Ulusal Beton Kongresi, İstanbul-Türkiye, 303-311, 1991.

Banyhussan Q.S., Yıldırım G., Bayraktar E., Demirhan S., Şahmaran M., Deflection-hardening hybrid fiber reinforced concrete: The effect of aggregate content, Constr. Build. Mater., 125, 41-52, 2016

Maeder U., Gamboa I., Chaigmon J., Lombard J., Ceracem, a new high performance concrete: characterizations and applications, International symposium on ultra high performance concrete, (Kassel-Germany, 2004-09-13-2004-09-15), In: Schmidt M., Fehling E., Geisenhanslüke C., (eds.), Ultra high performance concrete (UHPC), Structural Materials and Engineering Series, Kassel University Press, 59-68, 2004.

Yazıcı H., Yardımcı M.Y., Yiğiter H., Aydın S., Türkel S., Mechanical properties of reactive powder concrete containing high volumes of ground granulated blast furnace slag, Cem. Concr. Compos., 32 (8), 639-648, 2010.

Gao J., Sun W., Morino K., Mechanical properties of steel fiber-reinforced, high-strength, lightweight concrete, Cem. Concr. Compos., 19 (4), 307-313, 1997.

Sahmaran M, Yaman O.I., Hybrid fiber reinforced self-compacting concrete with a high-volume coarse fly ash, Constr. Build. Mater., 21 (1), 150-156, 2007.

Uygunoğlu T., Investigation of microstructure and flexural behavior of steel-fiber reinforced concrete, Mater. Struct., 41, 1441-1449, 2008.

Yardımcı M.Y., Taşdemir M.A., Baradan B., Effect of fine to coarse aggregate ratio on the rheology and fracture energy of steel fibre reinforced self compacting concretes, Sadhana, 39 (6), 1447-1469, 2014.

Isla F., Ruano G., Luccioni B., Analysis of steel fibers pull-out. Experimental study, Constr. Build. Mater., 100, 183-193, 2015.

Şahin Y., Köksal F., The influences of matrix and steel fiber tensile strengths on the fracture energy of high-strength concrete, Constr. Build. Mater., 25 (4), 1801-1806, 2011.

Tai Y., Tawil S., High loading-rate pullout behavior of inclined deformed steel fibers embedded in ultra-high performance concrete, Constr. Build. Mater., 148, 204-218, 2017.

Kazemi M.T., Golsorkhtabar H., Beygi M.H.A., Gholamitabar M., Fracture properties of steel fiber reinforced high strength concrete using work of fracture and size effect methods, Constr. Build. Mater., 142, 482-489, 2017.

Wang Z.L., Wu J., Wang J.G., Experimental and numerical analysis on effect of fibre aspect ratio on mechanical properties of SRFC, Constr. Build. Mater., 24, 559-565, 2010.

Soufeiani L., Raman S.N., Jumaat M.Z.B., Alengaram U.J., Ghadyani G., Mendis P., Influences of the volume fraction and shape of steel fibers on fiberreinforced concrete subjected to dynamic loading-A review, Eng. Struct., 124, 405-417, 2016.

Zhang X.X., Ruiz G., Yu R.C., Tarifa M., Fracture behavior of high-strength concrete at a wide range of loading rates, Int. J. Impact. Eng., 36 (10-11), 1204-1209, 2009.

Cadoni E., Fracture Behaviour of Concrete at High Strain Rate, VIII International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures, Toledo-Spain, 1-11, March 10-14, 2013.

Zhang X., Ruiz G., Tarifa M., Cendon D.A., Loading Rate Effect on the Fracture Behaviourof Three Different Steel Fibre-Reinforced Concretes, 9th International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures, Berkeley-California USA, 1-10, 29 May-1 June 2016.

Gopalaratnam V.S., Shah S.P., Properties of steel fiber reinforced concrete subjected to impact loading, Journal of the American Concrete Institute, 83 (1), 117-126, 1986.

Zhang X.X., Abd-Elazim A.M., Ruiz G., Yu R.C., Fracture behaviour of steel fibre-reinforced concrete at a wide range of loading rates, Int. J. Impact Eng., 71, 89-96, 2014.

Suaris W., Shah S.P., Strain rate effects in fiber reinforced concrete subjected to impact and impulsive loading, Composites, 13 (2), 153-159, 1982.

Banthia N., Impact resistance of concrete. Doktora Tezi, British Columbia Üniversitesi, Vancouver, 1987.

Ulzurrun G., Zanuy C., Flexural response of SFRC under impact loading, Constr. Build. Mater., 134, 397-411, 2017.

Yazıcı Ş., Arel H.S., Tabak V., The effects of impact loading on the mechanical properties of the SFRCs, Constr. Build. Mater., 41, 68-72, 2013.

Mindess S., Banthia N., Yan C., Fracture toughness of concrete under impact loading. Cem. Concr. Res., 17, 231-241, 1987.

Yardımcı M.Y., Aydın S., Tuyan M., Flexural Performance of Alkali-Activated Slag Cements under Quasi-Static and Impact Loading. J. Mater. Civ. Eng., 29(1), 1-9, 2017.

Ozbolt J., Weerheijm J., Sharma A., Dynamic tensile resistance of concrete-Split Hopkinson Bar Test, VIII International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures FraMCoS-8, Toledo-Spain, 1-12, 2013.

Zhang X.X., Yu R.C., Ruiz G., Tarifa M., Camara M.A., Effect of loading rate on crack velocities in HSC, Int. J. Impact. Eng., 37, 359-370, 2010.




Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.