Katkı malzemeleri, çelik lif ve çelik levha ile güçlendirilmiş iki doğrultulu betonarme döşemelerin düşük hızlı çarpma yüklemesi etkisindeki davranışının deneysel olarak incelenmesi
An experimental investigation of the behavior of two-way reinforced concrete slabs strengthened with additive materials, steel fiber and steel plate under low-velocity impact loading
Yazar: MOHAMMED GAMAL OMAR AL- HAGRI
Danışman: PROF. DR. MAHMUD SAMİ DÖNDÜREN
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Atık lastik = Waste tire ; Ağırlık düşürme yöntemi = Drop-weight test method ; Beton özellikleri = Concrete properties ; Betonarme levhalar = Reinforced concrete plates ; Lifler = Fibers ; Çelik levhalar = Steel plates ; Çelik lif = Steel fiber

Özet:
Bu çalışmanın amacı, farklı katkı maddeleri kullanılarak betonarme elemanların çarpma performansının arttırılmasıdır. Bu amaçla, farklı katkı maddelerinin betonun statik ve çarpma özelliklerine etkisi deneysel olarak incelenmiştir. İncelenen katkı maddeleri, nano katkı maddeleri (nano-SiO2, nano-Al2O3, nano-Fe2O3), lifler (çelik lif, PET lif, polipropilen lif) ve atık lastik kauçuklardır (ince ve iri atık lastik kauçuk). Katkı maddeleri ayrı ayrı ve farklı bileşimler şeklinde kullanılmıştır. Toplam 39 adet beton üretilmiş ve test edilmiştir. Katkı maddelerinin betonun birim ağırlığı, statik özellikleri (basınç dayanımı, yarmada çekme dayanımı, eğilme dayanımı ve eğilme tokluğu özellikleri), mikroyapısal özellikleri ve çarpma performansı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Betonlar ayrıca maliyet ve arzu edilirlik fonksiyonu analizleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar, nano katkı maddeleri grubu, lifler grubu ve atık lastik kauçuklar grubunda en yüksek performansa sahip betonların sırasıyla %0.5 nano-Fe2O3 içeren beton, %1 çelik lif içeren beton ve %10 ince lastik kauçuk içeren beton olduğunu göstermiştir. Bu üç katkı maddesinin farklı kombinasyonlarının betonun performansı üzerindeki etkisi de incelenmiştir. İncelenen tüm betonlar arasında, %1 çelik lif içeren betonun en yüksek genel performansa sahip olduğu görülmüştür. Bu beton, referans betonla birlikte farklı tipte betonarme plaklar üretmek için kullanılmıştır. Bunlar, referans betondan üretilen, çelik lif içeren betondan üretilen, fonksiyonel derecelendirilmiş betondan üretilen ve çelik levhalı betonarme plaklardır. Toplam 9 adet betonarme plak hazırlanmış ve ağırlık düşürme deneyi kullanılarak test edilmiştir. Testte, her numuneye ait çarpma yükünün, ivmenin ve deplasmanın zaman tanım alanında değişimleri ve çatlak dağılımı incelenmiştir. Betonarme plakların maliyet analizi de yapılmıştır. Sonuçlar, çelik lifle birlikte çelik levhanın, özellikle arka yüzeyde, kullanımının betonarme plağın çarpma performansında dikkate değer bir artış sağladığını göstermiştir. En yüksek çarpma performansı, ön yüzeyinde ve arka yüzeyinde birer adet çelik levha içeren betonarme plakta bulunmuştur. Betonarme plakların sonlu eleman modelleri de Abaqus yazılımı kullanılarak oluşturulmuştur. Sonuçta nümerik sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılıp yorumlanmıştır.

Abstract:
The aim of this study is to improve the impact performance of reinforced concrete elements using different additive materials. For this purpose, the effect of different additive materials on the static and impact properties of concrete was experimentally investigated. The studied additive materials are nano additive materials (nano-SiO2, nano-Al2O3, nano-Fe2O3), fibers (steel fiber, PET fiber, polypropylene fiber) and waste tire rubbers (fine and coarse tire rubbers). Additive materials were used separately and in different combinations. A total of 39 concretes were produced and tested. The effect of additive materials on the unit weight, static properties (compressive strength, split tensile strength, flexural strength and flexural toughness properties), microstructural properties and impact performance of concrete was researched. The concretes were also evaluated using cost and desirability function analyses. The results showed that the concretes with highest performance in nano additive materials group, fibers group and waste tire rubbers group are concrete containing 0.5% nano-Fe2O3, concrete containing 1% steel fiber and concrete containing 10% fine tire rubber, respectively. The effect of different combinations of these three additive materials on the performance of concrete was also investigated. Among all the studied concretes, concrete containing %1 steel fiber was observed to have the highest overall performance. This concrete, along with the reference concrete, was used to produce RC plates of different types. These are RC plates manufactured from reference concrete, steel fiber reinforced concrete and functionally graded concrete, and RC plates containing steel plates. A total of 9 RC plates were prepared and tested using drop weight test. In the test, the impact load-time, acceleration-time and displacement-time histories and crack pattern of each specimen were investigated. Cost analysis of the RC plates was also conducted. The results showed that use of steel plates, especially at the back surface, along with steel fibers led to a remarkable increase in the impact performance of RC plates. The highest impact performance was found in RC plate containing one steel plate at the front surface and one at the back surface. Finite element models of the RC plates were also generated using Abaqus software. Finally, numerical results were compared with the experimental ones and evaluated.