$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Betonarme, donatısız betondan daha fazla mukavemete sahiptir, çünkü takviyeli bölümdeki çelik, bu laboratuvar testinde gösterileceği gibi büyük çekme kuvvetlerini taşımak için kullanılabilir.
Beton, tek eksenli basınç kuvvetleri altında çok büyük gerilmelere dayanabilir. Bununla birlikte, gözlemlenen arızalar doğası gereği sıkıştırıcı değildir, ancak maksimum çekme kuvvetlerinin meydana geldiği kesme düzlemleri boyunca meydana gelen arızalardır. Bu ani arıza türü yapısal uygulamalarda kabul edilemez ve çoğu beton, mukavemetini ve sünekliğini artırmak için çelikle güçlendirilir.
Pratik uygulamalarda, çekme arızasının potansiyel düzlemlerini geçmek için çelik bir kafes düzeninde çubuklar eklenir. Çelik takviye, çatlak oluşumunu ve çatlak genişliklerini sınırlamaya hizmet ederek yapının ömrünü uzatır. Buz çözücü tuzların ve diğer kimyasalların takviye çeliğine nüfuz etmesi ve aşınması engellenir. Yapısal elemanların sertliği korunur ve uzun süreli sapmalar azaltılır ve beton yapıların estetik görünümü iyileştirilir.
Bu videoda, beton çekme dayanımını belirlemek için testler yapacağız ve donatılı ile donatısız betonu karşılaştıracağız.
Betonda, harç ile agrega arasında arayüzey geçiş bölgesi adı verilen çok ince, zayıf bir tabaka, çok düşük çekme dayanımlarına neden olur. Yaygın betonların tasarımı, agrega içeriğini en üst düzeye çıkarma ve harç hacmini en aza indirme ihtiyacından kaynaklandığından, parçacık aralığı çok küçüktür ve harç hacminin %40'a kadarı daha zayıf ITZ malzemesinden oluşur. İnterfaz alanında karıştırma ve sertleştirme sırasında yerel, daha büyük su-çimento oranı, ITZ'de daha zayıf kristal yapıya neden olur. Bu durum, düzensiz agrega parçacıkları etrafındaki gerilme konsantrasyonları ile birleştiğinde, bu alanda tercihli çatlak büyümesine yol açar.
Betonun çekme özelliklerini test etmek için genellikle ayrık silindir testi olarak bilinen bir yöntem kullanılır. Uygulanan yükten uzak yerlerde düzgün, yatay bir çekme gerilimi ile sonuçlanan bir sıkıştırma kuvveti uygulanır.
Çekme ve basınç dayanımları arasında tipik olarak bir korelasyon görülür, ancak bu ilişkiler için tipik varyasyon katsayıları yüksektir. Kullanılan başka bir yöntem, dört noktalı eğilme testi konfigürasyonudur. Bu testte, üst elyaf sıkıştırma halindedir ve alttaki elyaf gergin durumdadır. Altta çekme mukavemetine ulaşıldığında, ani arızaya neden olan bir çatlak oluşur.
Bu test için çekme ve basınç dayanımlarının benzer bir korelasyonu görülmektedir. Kiriş testi, genellikle ayrık gerilim testinden %30 ila %50 daha büyük olan çekme kapasitesi tahminleriyle sonuçlanır. Ancak birçok beton elemandaki çatlama eğilmeden kaynaklandığından, kiriş testlerinden elde edilen değerler tipik olarak tasarımda kullanılır. Takviyesiz betonu betonarme ile karşılaştırmak için, çelik çubuklar bir kirişin alt çekme tarafına yerleştirilir ve ardından test edilir.
Bir sonraki bölümde, ayrık gerilim testini kullanarak donatısız betonun çekme dayanımını ölçeceğiz ve kiriş gerilimi testini kullanarak donatısız ve donatılı betonun çekme dayanımını karşılaştıracağız.
Bu testler için, taze betonu tartıştığımız videomuzda hazırlanan numune silindirlerini kullanın. Sıkıştırma test makinesindeki silindirik yükleme kafalarından gelen yükleri eşit şekilde dağıtmaya yardımcı olmak için ince bir balsa ağacı şeridi ve sert bir çelik çubuk kullanın. Silindiri ikiye bölerek numunenin her iki ucuna çap boyunca bir çizgi çizin. Ardından, bir ahşap şeridi ve sert çelik çubuğu test makinesinin alt yatak bloğunun merkezi boyunca ortalayın.
Şimdi, silindiri şeridin üzerine yerleştirin ve numunenin uçlarında işaretlenen çizgiler dikey olacak ve şerit üzerinde ortalanacak şekilde hizalayın. Ardından, ikinci ahşap şeridi ve çelik çubuğu silindirin üzerine uzunlamasına yerleştirin. Ardından, montaj makineye sabitlenene kadar test makinesinin üst yükleme kafasını indirin.
Basınç yükünü, numune ayrık gerilimde başarısız olana kadar yavaş ve sürekli olarak uygulayın. Son olarak, uygulanan maksimum yükü kaydedin. Kırılma yüzeyini inceleyin ve kırılan agrega yüzdesini tahmin edin. Varyasyon hakkında bir fikir edinmek için ikinci silindir için bu işlemi tekrarlayın.
Biri takviyesiz, diğeri ise alttan yaklaşık 0,5 inç uzaklıkta bulunan 2 numara üç çubukla güçlendirilmiş iki beton kiriş inşa edin. Çubuk çekme arızasını önlemek için çubukların uçlarında kancalar bulunur. Her iki kiriş de enine kesitte 4 inç x 4 inçtir ve desteklenmeyen uzunlukta 16 inçtir.
Beton kirişi dikkatlice kaldırın ve kuruluma monte edin. Ardından, test makinesine gösterildiği gibi dört noktalı bir bükme test cihazı takın. Test, dört noktalı eğilme testi olarak adlandırılır çünkü uçlarda iki desteğimiz ve üçüncü noktada iki yük noktamız vardır.
Test makinesini açın ve yük ve deformasyonları okumak için yazılımı etkinleştirin. Ardından, numune arızalanana kadar basınç yükünü yavaş ve sürekli olarak uygulayın. Uygulanan maksimum yükü kaydedin. Son olarak, kırılma yüzeyini inceleyin ve kırılan agrega yüzdesini tahmin edin.
Betonarme kiriş için aynı protokolü tekrarlayın. Bu durumda, kirişin alt veya çekme tarafındaki çelik donatı, ani kırılgan arızaları önler. Beton çatlamaya başladığında, çelik çekme kuvvetlerini almaya başlayacaktır. Bu teknik, betondan kuvvetleri aktarmalarına yardımcı olmak için yüzey deformasyonlarına sahip olan çelik çubuklar düzgün bir şekilde ankrajlandığı sürece işe yarar.
Ayrık çekme testi sırasında ulaşılan maksimum basınç yükü için çekme mukavemetini hesaplayın. Bu testler için ortalama 388 psi ve standart sapma 22.2 psi idi.
Kiriş çekme testi sırasında ulaşılan maksimum basınç yükü için çekme mukavemetini hesaplayın. Bu testler için ortalama 522.9 psi idi. Donatısız ve betonarme kirişleri yük sehim eğrilerine bakarak karşılaştırabiliriz.
Başlangıçta, her iki kiriş de, muhtemelen destek koşullarındaki değişiklikler nedeniyle, başlangıç sertliğinde küçük farklılıklarla benzer bir yol izledi. Takviyesiz kiriş, tahmin edilen çekme mukavemetine yakın bir yük olan yaklaşık 450 pound'luk bir yükte ilk çatlama meydana gelir gelmez başarısız oldu. Takviyeli kiriş daha yüksek bir yükte çatladı, ancak daha düşük bir toplam sertlikte de olsa gücünü hızla geri kazandı. Çelik akmaya başlayana kadar yük artmaya devam eder, ardından eğri düzleşmeye başlar. Çelik çok sünek olduğundan ve gerinim sertleştiğinden, büyük deformasyonlarda arıza meydana gelir.
İki eğrinin karşılaştırılması, performanstaki dramatik farkı gösterir. Mukavemet farkı çok büyüktür ancak bunun kullanılan çelik alanı ile ilgili olduğu unutulmamalıdır.
Artık betonda çelik takviye ihtiyacını anladığınıza göre, birkaç yaygın uygulamaya bakalım. Beton kesit alanı üzerinde sadece bir ila %1 ila %1,5 çelik kullanılması, ekonomik, güvenli ve iyi hizmet kolaylığı sağlayan beton yapılar yapabilir. Chicago'daki Soldier Field gibi birçok futbol stadyumu, benzersiz formlarını betonarme hale getiriyor.
Frank Lloyd Wright, betonarmeyi günümüz mimarisi dünyasına getirdi. Desteklenmeyen konsollarda bütünlüğünü koruma yeteneğinden yararlanan Wright, malzemeyi Pennsylvania'daki Fallingwater da dahil olmak üzere en büyük eserlerinden bazılarında kullandı.
JoVE'nin gerilimde sertleşmiş beton üzerinde sıkıştırma testlerine girişini az önce izlediniz. Artık betondaki çekme hatalarının kırılgan doğasını anlamalı ve donatısız ve güçlendirilmiş betonun gerilim altındaki mukavemetini belirlemek için standart laboratuvar testlerini bilmelisiniz.
İzlediğiniz için teşekkürler!
