مصالح و سازه های بتنی

مصالح و سازه های بتنی

تاثیر نسبت آب به سیمان بر مشخصات شکست بتن خودتراکم تقویت شده با الیاف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری سازه، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قائمشهر
2 دانشیار گروه مهندسی عمران، گروه مهندسی عمران، دانشگاه مازندران، بابلسر
3 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قائمشهر
4 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قائمشهر
چکیده
درک صحیح از مکانیزم شکست بتن خودتراکم (SCC)، نقش مهمی در طراحیِ ساختار SCC و شناخت بهتر از رفتارِ سازه‌های ساخته شده از آن دارد. افزودن الیاف فولادی در بتن خودتراکم و نسبت‌های مختلف آب به سیمان می‌تواند رفتار ترک‌خوردگی و پارامترهای شکست آن را تغییر دهد. از این رو در این تحقیق، با استفاده از 120 تیر شیاردار تحت آزمایش خمش سه نقطه‌ای، به بررسی تأثیر نسبت آب به سیمان (w/c) بر خصوصیات شکست و شکل پذیریِ بتن خودتراکم الیافی پرداخته شد. پارامترهای شکست به‌دست‌آمده در این مطالعه انرژی شکست کل ( ) و طول مشخصه ( ) از روش کار شکست (WFM) و انرژی شکست اولیه ( )، طول موثر ناحیه پردازش( )، عدد شکنندگی و چقرمگی شکست از روش اثر اندازه (SEM) بدست آمدند. نتایج نشان داد که و با افزایش نسبت w/c از 35/0 به 7/0 به ترتیب 23 و 24‌% کاهش یافت. همچنین با افزایش نسبت w/c از 35/0 به 7/0، مقدار پارامتر و به ترتیب 22 و 47‌% افزایش یافت، در حالی که عدد شکنندگی ( ) در SEM 5/14‌% کاهش یافت. با کاهش نسبت w/c، مقاومت ناحیه انتقال سطحی و خمیر سیمان افزایش و شکل‌پذیری کاهش یافت. نسبت انرژی شکست به دست آمده از WFM ( ) به انرژی شکست اولیه حاصل از SEM( ) برای نسبت‌های مختلف w/c برابر با 9/9 با یک ضریب تغییرات 4‌% بدست آمد. در نهایت، مقادیر به‌دست‌آمده برای خواص مکانیکی و متغیرهای آزمایش برای توسعه مدل‌های پیش‌بینی چند متغیره برای پارامترهای شکست بتن خودتراکم حاوی الیاف با نسبت‌های w/c مختلف استفاده شد که با مقایسه با نتایج دیگر محققین از دقت قابل قبولی برخوردار است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

The Effect of Water-Cement Ratio on the Brittleness and Fracture Characteristics of Fiber-Reinforced Self-Compacting Concrete

نویسندگان English

hadi Heydarpour 1
Habib Akbarzadeh Bengar 2
Siroos Gholampour 3
Mobin Afzali Rad 4
1 1- PhD Candidate, Department of Civil Engineering, Qaemshahr Branch, Islamic Azad University, Qaemshahr, Iran
2 3- Associate Professor, Department of Civil Engineering, University of Mazandaran, Babolsar, Iran,
3 2- Associate Professor, Department of Civil Engineering, Qaemshahr Branch, Islamic Azad University, Qaemshahr, Iran
4 4- Assistant Professor Professor, Department of Civil Engineering, Qaemshahr Branch, Islamic Azad University, Qaemshahr, Iran
چکیده English

 A correct understanding of the failure mechanism of self-compacting concrete (SCC) plays an important role in the design of SCC structures and a better understanding of the behavior of structures made of it. Adding steel fibers in self-compacting concrete and different ratios of water to cement can change the cracking behavior and its failure parameters. Therefore, in this research, using 120 grooved beams under three-point bending test, the effect of water-cement ratio (w/c) on the fracture properties and ductility of fiber self-compacting concrete was investigated. The fracture parameters obtained in this study are total fracture energy ( ) and characteristic length ( ) from fracture work method (WFM) and initial fracture energy ( ), effective length of processing area ( ), brittleness number and fracture toughness from size effect method (SEM). The results showed that , with increasing w/c ratio from 0.35 to 0.7 decreased by 23% and 24% respectively. Also, with the increase of w/c ratio from 0.35 to 0.7, the value of parameter and  increased by 22 and 47%, respectively, while the brittleness number ( ) in SEM decreased by 14.5%. By decreasing the w/c ratio, the strength of the surface transition zone and cement paste increased and the ductility decreased. The ratio of fracture energy obtained from WFM ( ) to initial fracture energy obtained from SEM ( ) for different w/c ratios was equal to 9.9 with a coefficient of variation of 4%. Finally, the obtained values ​​for mechanical properties and test variables were used to develop multivariate prediction models for failure parameters of self-compacting concrete containing fibers with different w/c ratios, which have acceptable accuracy when compared with the results of other researchers.

کلیدواژه‌ها English

Fracture Parameters
Brittleness Number
Fracture Toughness
Self-Compacting Concrete
[1]Ouchi, M. (2000). Self-compacting concrete-development, applications and investigations. NORDIC CONCRETE RESEARCH-PUBLICATIONS-23, 29-34.‏
[2] Khalooee, S., Ahmadi, B., Askarinejad, A. & Nekooei, M. (2019). The effect of cementitious materials paste volume and use of zeolite on the properties of self-compacting concrete. Journal of Concrete Structures and Materials, 4(1), 100-109.
 [3] Nematzadeh, M., & Fallah-Valukolaee, S. (2021). Experimental and analytical investigation on structural behavior of two-layer fiber-reinforced concrete beams reinforced with steel and GFRP rebars. Construction and Building Materials273, 121933.
[4] Ghorbani, A. (2021) Experimental and analytical investigation on the effect of steel fibers on the mechanical properties and performance of fibrous self-compacting concretes. Journal of Concrete Structures and Materials, 6(2), 115-131.
 [5] Turk, K., Bassurucu, M., & Bitkin, R. E. (2021). Workability, strength and flexural toughness properties of hybrid steel fiber reinforced SCC with high-volume fiber. Construction and Building Materials266, 120944.
[6] Zolfagharzadeh, M.H. & Farokhzad, R. (2020). Influence of various fibers on rheology behavior of self-compacting concrete. Journal of Concrete Structures and Materials, 5(1), 70-91.
 [7] Yazıcı, Ş., İnan, G., & Tabak, V. (2007). Effect of aspect ratio and volume fraction of steel fiber on the mechanical properties of SFRC. Construction and Building Materials, 21(6), 1250-1253.
[8] Majain, N., Rahman, A. B. A., Mohamed, R. N., & Adnan, A. (2019, April). Effect of steel fibers on self-compacting concrete slump flow and compressive strength. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 513, No. 1, p. 012007). IOP Publishing.
[9] Alberti, M. G., Enfedaque, A., & Gálvez, J. C. (2015). Comparison between polyolefin fibre reinforced vibrated conventional concrete and self-compacting concrete. Construction and building materials85, 182-194.
[10] Beygi, M. H., Kazemi, M. T., Nikbin, I. M., & Amiri, J. V. (2014). The effect of aging on the fracture characteristics and ductility of self-compacting concrete. Materials & Design55, 937-948.‏
[11] Hasan-Ghasemi, A., Nematzadeh, M., & Fallahnejad, H. (2022). Post-fire residual fracture characteristics and brittleness of self-compacting concrete containing waste PET flakes: Experimental and theoretical investigation. Engineering Fracture Mechanics, 261, 108263.
[12] Bazant, Z. P., & Planas, J. Fracture and Size Effect in Concrete and Other Quasi-Brittle Materials, 1998.‏
[13] Dabbaghi, F., Fallahnejad, H., Nasrollahpour, S., Dehestani, M., & Yousefpour, H. (2021). Evaluation of fracture energy, toughness, brittleness, and fracture process zone properties for lightweight concrete exposed to high temperatures. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 116, 103088.
[14] Raja Rajeshwari, B., & Sivakumar, M. V. N. (2020). Influence of coarse aggregate properties on specific fracture energy of steel fiber reinforced self compacting concrete. Advances in concrete construction9(2), 173-181.‏
[15] Çelik, Z., & Bingöl, A. F. (2020). Fracture properties and impact resistance of self-compacting fiber reinforced concrete (SCFRC). Materials and Structures53, 1-16.‏
[16] Nallathambi, P., Karihaloo, B. L., & Heaton, B. S. (1984). Effect of specimen and crack sizes, water/cement ratio and coarse aggregate texture upon fracture toughness of concrete. Magazine of concrete research, 36(129), 227-236.
[17] Beygi, M. H., Kazemi, M. T., Nikbin, I. M., & Amiri, J. V. (2013). The effect of water to cement ratio on fracture parameters and brittleness of self-compacting concrete. Materials & Design, 50, 267-276

  • تاریخ دریافت 17 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 26 آذر 1403
  • تاریخ پذیرش 26 آذر 1403