Yüksek sıcaklık etkisinde kalan betonun basınç dayanımı renk değişimi ilişkisinin araştırılması
Investigation of the relationship between compressive strength and color change of concrete subjected to high temperatures
Yazar: AHMET BEŞER KIZILKANAT
Danışman: DOÇ. DR. NABİ YÜZER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Beton = Concrete

Özet:
Herhangi bir nedenle yüksek sıcaklık etkisine maruz kalan betonarme elemanlarda betonun ve çeliğin mekanik ve fiziksel özeliklerinde değişiklikler meydana gelir. Bu değişikliklerin sonucu olarak betonda çatlama ve parça atma gözlenirken aderansta önemli kayıplar oluşmaktadır. Bu nedenle yangın gibi yüksek sıcaklık etkisine maruz kalmış yapıların onarım veya yıkımına karar vermeden önce yapının son durumunun doğru değerlendirilmesi gerekir.Bu çalışmada yüksek sıcaklığın ve söndürme türünün betonun fiziksel, termofiziksel ve mekanik özeliklerine etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Bu amaçla CEM I 42.5 R çimentosu, silis ve kalker esaslı agregalar ve silis dumanı, uçucu kül, cüruf gibi farklı puzolanlar kullanılarak üretilen oniki seri beton 200, 300, 600 ve 900°C gibi farklı sıcaklıklara maruz bırakılmış, soğutma işlemi havada ve suda olmak üzere iki grupta gerçekleştirilmiştir. Oda sıcaklığına kadar soğutulan numunelerde mekanik, termofiziksel ve fiziksel kontrol deneyleri yapılmıştır. Fiziksel bir özelik olan renk ölçümünde, rengin tür, değer ve doymuşluk bileşenleri, Munsell Renk Dizgesi'nden yararlanılarak tayfsal ışıkölçer ile sayısal olarak belirlenmiştir. Ayrıca tek bir yüzeyden yüksek sıcaklık etkisine maruz kalan betonda sıcaklığın ve rengin derinliğe bağlı değişimi ölçülmüştür.Deney sonuçlarından betonun termofiziksel özellikleri olan ısı iletim katsayısı ve buhar difüzyon direnç faktörünün TS 825'te verilen hesap değerlerinden farklı olduğu, betonda agrega türünün ve mineral katkıların dikkate alınması gerektiği tespit edilmiştir. Yüksek sıcaklık etkisinde kalan betonun basınç dayanımında meydana gelen değişim ile rengin tür bileşeninde ve ultrases geçiş hızında meydana gelen değişim paralellik göstermiştir. Basınç dayanımı ile renk değişimi ve ultrases geçiş hızı arasında çok katmanlı ileri beslemeli Yapay Sinir Ağları Yöntemi kullanılarak ilişki kurulmuştur. Bu ilişkiden yararlanılarak yüksek sıcaklık etkisine maruz kalan yapılarda renk ölçümü yapılarak ve ultrases geçiş hızı belirlenerek yapı elemanının basınç dayanımında meydana gelen kayıplar hakkında fikir edinilebileceği sonucuna varılmıştır. Ayrıca sıcaklık ile rengin tür bileşeni arasında derinliğe bağlı ilişki kurulmuştur. Bu ilişkiden yararlanılarak donatının maruz kaldığı sıcaklığın tespit edilebileceği kanaatine varılmıştır.

Abstract:
The physical and mechanical properties of reinforced concrete structures change when they are exposed to high temperatures. The changes in the properties of the reinforced concrete cause cracks, spalling and also cause weakening of the bond between the bar and the concrete. Therefore, the final state structural safety should be carefully assessed for the adequacy of the decision whether a structure exposed to high temperatures should be repaired or demolished.In this study, the effects of temperature and cooling regimes on the physical, thermophysical and mechanical properties of the concrete were observed. Total of twelve series of concrete were made with CEM I 42,5 R cement, siliceous and calcareous aggregates, silica fume, fly ash and slag. These concrete samples were exposed to 200, 300, 600 and 900ºC and cooled to room temperature in water and in air and subjected to mechanical, thermophysical and physical control test. Within the color measurement, which is physical test, the Munsell Color System components of hue, value and chroma were measured using a spectrophotometer. Additionally, the color and temperature variation of concrete with depth was determined.Test results indicated that the measured thermal conductivity and vapor diffusion resistance factor are different from those recommendation in TS 825 and that the aggregate type and mineral admixtures in concrete should be taken into consideration. Furthermore a correlation in the variation of compressive strength, ultrasonic pulse velocity and color of concrete exposed to high temperatures was found. A relationship is established between the compressive strength, ultrasonic pulse velocity and the color change of concrete by developing and testing a multi-layered feed-forward Artificial Neural Network trained with the back-propagation algorithm. This relationship is expected to show residual strength of the concrete and the temperature to which it was exposed, based on the color and ultrasonic pulse velocity measurement taken from the concrete structure. Moreover, a relationship was established between the temperature and hue component of the color. Thus, the variation of temperature in concrete with depth and the temperature to which the rebar was exposed could be estimated.