Çelik lifli kendiliğinden yerleşen betonların reolojik, mekanik, kırılma parametrelerinin araştırılması ve optimum tasarımı
Investigation of rheological, mechanical, fracture parameters and optimum design of steel fiber reinforced self compacting concretes
Yazar: MERT YÜCEL YARDIMCI
Danışman: PROF. DR. BÜLENT BARADAN ; PROF. DR. MEHMET ALİ TAŞDEMİR
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Bölümü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Görüntü analizi = Image analysis ; Kırılma parametreleri = Fracture parameters ; Optimum tasarım = Optimum design

Özet:
Bu çalışmada, çelik lifli kendiliğinden yerleşen betonların (ÇLKYB) reolojik, mekanik ve kırılma özelliklerine çelik lif narinliği, miktarı ve karışımın ince agrega / kaba agrega oranının (İA/KA oranı) etkisi incelenmiş, optimizasyon tekniklerinden tepki yüzeyi yöntemi (TYY) ile ÇLKYB'nin optimizasyonu ve performansa dayalı tasarımı yapılmıştır.Lifsiz ve lifli kendiliğinden yerleşen karışımların reolojik özellikleri J-halkalı çökme yayılma deneyi, V-kutusu deneyi ve L-kutusu deneyi ile değerlendirilmiştir. Çelik lif narinliği, miktarı ve karışımın İA/KA oranının ÇLKYB'nin basınç dayanımı, elastisite modülü, yarmada çekme dayanımı ve eğilme dayanımı gibi mekanik özellikleri yanında kırılma davranışı ve kırılma enerjisi üzerine etkileri araştırılmıştır. Lifsiz ve lifli karışımların kırılma enerjileri, çentikli eğilme örnekleri üzerinde kapalı çevrimli deplasman kontrollü eğilme cihazı ile gerçekleştirilen üç noktalı eğilme deneyi ile belirlenmiştir. Ayrıca, eğilme örnekleri üzerinde bilgisayar destekli görüntü analizi çalışmaları yapılarak lif yönelimi de tespit edilmiştir.Öte yandan, kimya sektöründe üretim süreçlerinin optimum tasarımında kullanılan ancak çimentolu kompozitlerin tasarımında henüz yeterince kullanım alanı bulamamış olan optimizasyon tekniklerinden tepki yüzeyi yöntemi (TYY), çelik lifli kendiliğinden yerleşen betonların optimum tasarımında kullanılmış ve uygulanabilirliği kanıtlanmıştır. TYY ile optimum tasarımda mekanik özellikler ve maliyetin yanında ÇLKYB'nin işlenebilirliği de dikkate alınarak çok amaçlı optimizasyonu yapılmış ve böylece en iyi reolojik özelliklere, en iyi mekanik özelliklere, maksimum sünekliğe sahip ve ekonomik ÇLKYB karışımda olması gereken optimum lif miktarı ve karışımın İA/KA oranı, farklı narinliklerde çelik lifler için belirlenmiştir. Bununla birlikte, ÇLKYB'nin optimum tasarımında belirli bir kırılma enerjisi hedef tasarım parametresine ulaşmak için gerekli olan optimum lif miktarı ve agrega özellikleri de lif narinliğine göre belirlenmiştir.Çalışmadan elde edilen sonuçlar, ÇLKYB karışımın İA/KA oranının önemli bir tasarım parametresi olduğunu göstermiştir. Ayrıca, ÇLKYB'de en iyi reolojik özelliklere, en yüksek mekanik özellikler ile en yüksek sünekliğe sahip ve ekonomik karışımların oluşturulması için seçilmesi gereken optimum İA/KA oranının, kullanılan lif narinliğine göre değiştiği ortaya konmuştur.

Abstract:
The effects of steel fiber content, fiber aspect ratio and fine to coarse aggregate ratio on the rheological, mechanical and fracture properties of steel fiber reinforced self compacting concrete (SFRSCC) has been the topic of this experimental study. Also, optimization and performance based design of SFRSCC mixtures were investigated within the scope of this research.The rheological characteristics of plain and steel fiber reinforced self compacting concrete mixtures were investigated by slump-flow, J-ring, V-box and L-box test methods. The mechanical properties such as compressive strength, modulus of elasticity, splitting tensile and flexural strength and some of the fracture parameters such as fracture energy have been determined for all plain and SFRSCC mixtures.Fracture energy of all mixtures was measured by a closed-loop bending test device on notched samples under three-point loading system. Also the effect of fiber orientation on fracture parameters was investigated by a computer-aided image analysis technique.An optimization technique, ?Response Surface Methodology, RSM? which is widely used in optimum design of chemical products, has been adopted for use in the optimization of SFRSCC mixtures. Mechanical properties, cost and workability of SFRSCC mixtures were the main parameters in the optimization process. Furthermore, optimum fiber content and fine to coarse aggregate ratio for various SFRSCC mixtures corresponding to a certain amount of fracture energy has been determined by a performance based design considering rheological properties besides mechanical and fracture parameters.Experimental studies showed that, fine to coarse aggregate ratio is a significant property in the design of SFRSCC mixtures. Test results also indicated that in order to obtain the best rheological, mechanical and fracture properties, optimum fine to coarse aggregate ratio depends on the fiber aspect ratio.