Πειραματική και θεωρητική διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς ινοπλισμένου σκυροδέματος
Authors: Χουμανίδης Δημήτριος 
Published: September 2021

Στόχος της παρούσας έρευνας είναι η διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς ινοπλισμένου σκυροδέματος με διαφορετικούς τύπους ινών ή συνδυασμού τους. Προς τούτο επιλέχθηκαν 3 διαφορετικοί τύποι ινών, ήτοι: χαλύβδινες ίνες με γαντζωτά άκρα, μακροΐνες πολυπροπυλενίου και μικροΐνες πολυπροπυλενίου. Τα τρία είδη ινών επιλέχθηκαν να είναι διαφορετικού μήκους, ώστε να διερευνηθεί η προσφορά τους σε διαφορετικά στάδια παραμόρφωσης των δοκιμίων ινοπλισμένου σκυροδέματος. Για το σκοπό αυτό παρασκευάστηκαν 6 συνθέσεις ινοπλισμένου σκυροδέματος με συγκεντρώσεις ινών 0.5% και 1.0% κ.ό. σκυροδέματος χρησιμοποιώντας έναν τύπο ίνας κάθε φορά και 3 υβριδικές συνθέσεις με συγκέντρωση ινών 1.0% κ.ό. συνδυάζοντας ανά δύο τους τρεις τύπους ινών. Η προσφορά των ινών βασίστηκε σε σύγκριση των συνθέσεων ινοπλισμένου σκυροδέματος με μια αντίστοιχη άοπλου σκυροδέματος. H σύγκριση πραγματοποιήθηκε τόσο στη θερμοκρασία περιβάλλοντος, όσο και στη θερμοκρασία των 280°C, θερμοκρασία που φθάνει η διεπιφάνεια παθητικά πυροπροστατευμένου ινοπλισμένου σκυροδέματος το οποίο έχει υποστεί θερμική καταπόνηση, σύμφωνα με το δυσμενέστερο σενάριο πυρκαγιάς της καμπύλης Rijkswaterstaat (RWS) και σύμφωνα με διεθνή πειραματικά δεδομένα. Ο ρυθμός θέρμανσης ήταν ίσος με 2°C/min μέχρι την επίτευξη της θερμοκρασίας στόχου, ήτοι 280°C, η οποία διατηρήθηκε για 30 λεπτά και τα δοκίμια παρέμειναν εντός φούρνου για μία μέρα για την σταδιακή αποθέρμανσή τους μέχρι τη στιγμή της δοκιμής τους. Ο προσδιορισμός των μηχανικών χαρακτηριστικών πραγματοποιήθηκε με τρεις μεθόδους, ήτοι (α) δοκιμή μονοαξονικής θλίψης, (β) δοκιμή κάμψης τριών σημείων και (γ) δοκιμή σημειακής μονοαξονικής θλίψης (δοκιμή Barcelona), με τη βοήθεια των οποίων υπολογίστηκαν οι αντίστοιχες αντοχές και ικανότητες ανάπτυξης πλαστιμότητας μετά την επίτευξη του μέγιστου κάθε φορά φορτίου. Συνολικά παρασκευάστηκαν 3 δοκίμια για κάθε δοκιμή, σύνθεση και θερμοκρασία, έτσι ώστε να εξαχθούν μέσες τιμές των μηχανικών χαρακτηριστικών για κάθε περίπτωση. Κατά την εκτέλεση των δοκιμών καταγράφονταν τα σήματα ακουστικής εκπομπής για την περαιτέρω κατανόηση του μηχανισμού θραύσεως του ινοπλισμένου σκυροδέματος. Για το σκοπό αυτό τοποθετήθηκαν 8 πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες ακουστικής εκπομπής σε κάθε δοκίμιο και καταγράφησαν όλα τα σήματα που παρήχθησαν κατά τη διάρκεια των δοκιμών. Πραγματοποιήθηκε σύγκριση μεταξύ των συνθέσεων ως προς τον αριθμό των σημάτων και το είδος τους. Πιο συγκεκριμένα, ελέγχθηκαν τα σήματα ως προς τη μέση συχνότητά τους και το μέγιστο πλάτος τους. Επιπλέον, τα σήματα κατανεμήθηκαν σε 6 διαφορετικά στάδια ανάλογα το φορτίο και το στάδιο παραμόρφωσης των δοκιμίων για μια πιο λεπτομερή ανάλυση. Τέλος, εξήχθησαν εμπειρικές σχέσεις προσδιορισμού της αύξησης περιφέρειας των δοκιμίων Barcelona, συναρτήσει των μηχανικών χαρακτηριστικών των ινών και της αξονικής μετατόπισης. Οι εμπειρικές αυτές σχέσεις έχουν ως σκοπό την απλοποίηση της δοκιμής και την πραγματοποίησή της μόνο με τη μέτρηση της αξονικής μετατόπισης χωρίς την απαίτηση πολύπλοκων και ακριβών εργαστηριακών οργάνων.Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα της παρούσας διατριβής προτάθηκε η βέλτιστη επιλογή ινών για την παρασκευή ινοπλισμένου σκυροδέματος συγκρίνοντας αποκλειστικά μηχανικά χαρακτηριστικά. Η πρόταση αυτή βασίστηκε κυρίως στην ικανότητα πλαστιμότητας πέραν του μέγιστου φορτίου και για τις δύο θερμοκρασιακές συνθήκες.