Reaktif pudra betonundan üretilen öngerilmeli kirişlerin eğilme altındaki davranışının incelenmesi

Abstract

Reaktif Pudra Betonu (RPB), Ultra Yüksek Performanslı Betonlar (UYPB) sınıfında bir özel beton türü olarak, geleneksel betonlara kıyasla çok daha üstün özelliklere sahiptir. Üretim yöntemi ve kullanılan malzemeler geleneksel betonlara göre farklılık göstermekle birlikte, UYPB'den istenilen performansın elde edilebilmesi için tüm bu süreçlerin çok daha hassas şekilde yerine getirilmesi kritik öneme sahiptir. Bunlardan birisi uzun süreli (en az 48 saat) sıcaklık kürüdür. Öngerilme ise, geniş açıklıkların geçilmesi için geliştirilmiş ideal bir teknik olmakla birlikte, öngerilmeli beton tasarımına yeni bir yaklaşım getiren yeni nesil bir malzeme olarak görülen UYPB'nin günümüzdeki uygulamaları genellikle öngerilmeli yapılar üzerine olmuştur. Dünya üzerinde UYPB kullanılarak yapımı tamamlanmış çeşitli yapılar bulunmasına ve çok sayıda avantajına rağmen, ilgili tasarım kodlarının sınırlı olması ve sıcaklık kürünün uygulamada gerçekleştirilmesinin zorluğu sebebiyle UYPB'nin mühendislik uygulamalarında kullanımı kısıtlı kalmıştır. Bu çalışmada, sıcaklık kürü uygulanmaksızın işlenebilirlik ve dayanım kriterlerini sağlayan ve yapısal uygulamalarda kullanılabilir bir UYPB karışımının geliştirilmesi ve bu karışımın bir yapı elemanında kullanılarak geleneksel betondan üretilen aynı elemanlar ile karşılaştırılması amaçlanmıştır. Öncelikle, UYPB karışım optimizasyonu kapsamında, agrega tipi, lif içeriği, kür yöntemi, sıkıştırma yöntemi, çimento tipi, su/çimento oranı ve agrega granülometrisinin mekanik özelliklere etkisi araştırılmıştır. Sonrasında, geleneksel beton (C45) ve UYPB olmak üzere iki farklı türde beton kullanılarak ve etriye aralıkları kademeli olarak artırılarak öngermeli kiriş serileri üretilmiştir. Üretilen deney kirişlerinin eğilme yüklemesi altındaki performansları hem deneysel hem de analitik çalışma yardımıyla incelenmiştir. Çalışma sonucunda, sıcaklık kürü yerine su kürü uygulanarak istenilen niteliklerde UYPB karışımı elde edilebilmiştir. İncelenen UYPB karışımlarının elastisite modülü değerleri, literatürde mevcut bazı eşitliklerin revize edilmesi ve bu çalışmada önerilen yeni katsayıların kullanılması ile daha doğru şekilde tahmin edilebilmiştir. Öngermeli bir kirişin üretiminde geleneksel beton yerine UYPB kullanılması durumunda taşıma kapasitesinde %137 artış elde edilebildiği görülmüştür. Toron-beton arası aderans dayanımı ise 2 katına ulaşmıştır. Bununla birlikte, UYPB'deki çelik liflerin kirişte etriye görevi yaparak kesme göçmesini engelleyebildiği tespit edilmiştir. Ayrıca, analitik ve deneysel çalışma sonuçları arasında büyük ölçüde tutarlılık sağlanabilmiştir.

Reactive powder concrete (RPC), as a type of concrete in Ultra-high performance concrete (UHPC) class has much superior properties compared to conventional concretes. The manufacturing process and the materials used are different from conventional concrete. In addition to this, it is critical to fulfill all these processes sensitively in order to achieve the desired performance from the UHPC. One of them is long-term (at least 48 hours) heat treatment. Prestressing, on the other hand, is an ideal technique developed for crossing large spans, the current applications of UHPC, which is a new generation material that brings a new approach to prestressed concrete design, are mostly in prestressed structures. Although there are various structures built using UHPC around the world and have many advantages, the use of UHPC in engineering applications has remained limited due to the limited design codes and the difficulty of performing heat treatment in practice. This study aimed to develop a UHPC mixture that meets the criteria of workability and strength without applying heat treatment and can be used in structural applications. Then, it was aimed to use this mixture in a structural element and compare it with the element manufactured from traditional concrete. First of all, within the scope of UHPC mixture optimization, the effect of aggregate type, fiber content, curing method, compacting method, cement type, water/cement ratio and aggregate granulometry on mechanical properties was investigated. Afterward, prestressed beam series were generated by using two different types of concrete, traditional concrete (C45) and UHPC, and gradually increasing the stirrup spacings. Performance of the beams under the bending loading was examined with both experimental and analytical studies. As a result of the study, a UHPC mixture with the desired properties was obtained by applying the standard water curing instead of heat treatment. The modulus of elasticity values of the investigated UHPC mixtures were estimated more accurately by revising some of the equations available in the literature and using the new coefficients proposed in this study. It was observed that a 137% increase in load carrying capacity can be achieved if UHPC is used instead of conventional concrete in the production of a prestressed beam. The bond strength between strand and concrete has reached 2 times. In addition, it was determined that the steel fibers in the UHPC can prevent shear failure by acting as stirrups in the beam. Moreover, experimental study results were verified successfully by analytical study.