English
Język Polski
Analiza krytycznego współczynnika intensywności naprężeń betonu z kruszywem żwirowym i dolomitowym badanego różnymi metodami
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2025.155108Abstrakt
Badania odporności betonu na zarysowanie z punktu widzenia mechaniki pękania polegają na określeniu parametrów pękania, takich jak energia pękania (GF) czy krytyczny współczynnik intensywności naprężeń (KIc). KIc jest jednym z najczęściej stosowanych parametrów do analizy procesów pękania w elementach betonowych, na który mają wpływ między innymi rodzaj kruszywa i maksymalny wymiar ziaren kruszywa. Do wyznaczania KIc używa się standardowej metody badawczej opartej na teście trójpunktowego zginania zgodnie z normą RILEM TC-89. Nową techniką pomiarową, która daje możliwość określenia krytycznego współczynnika intensywności naprężeń w alternatywny sposób jest cyfrowa korelacja obrazu (DIC). Jednak obie metody pomiarowe podlegają pewnym ograniczeniom, które mogą wpływać na uzyskiwane wyniki. Powstaje zatem pytanie, czy na podstawie pomiarów metodą standardową i metodą opartą na DIC uzyskiwane są porównywalne wyniki parametrów pękania betonu. Badania laboratoryjne opisane w artykule dotyczą wyznaczenia krytycznego współczynnika intensywności naprężeń, zmierzonego dwiema metodami badawczymi: standardową w teście trójpunktowego zginania oraz opartą na pomiarze z użyciem cyfrowej korelacji obrazu. Ponadto przeanalizowano czy rodzaj kruszywa ma znaczenie przy ocenie wpływu metody testowej na wyniki KIc. W celu określenia krytycznego współczynnika intensywności naprężeń betonu, jako podstawową metodę badawczą zastosowano standardową metodę opisaną w zaleceniach RILEM TC-89, tj. badanie w teście trójpunktowego zginania pod cyklicznym obciążeniem z rejestracją zmian sygnału siły oraz rozwarcia wylotu szczeliny (CMOD). Jako drugą metodę badawczą zastosowano system pomiarowy ARAMIS 2D oparty na cyfrowej korelacji obrazu. Krytyczny współczynnik intensywności naprężeń betonu badano na belkach o długości 700 mm i przekroju poprzecznym 80 × 150 mm z uformowaną szczeliną początkową 50 mm w teście trójpunktowego zginania.Bibliografia
[1] S. Gavela, N. Nikoloutsopoulos, G. Papadakos, D. Passa, and A. Sotiropoulou, “Multifactorial experimental analysis of concrete compressive strength as a function of time and water-to-cement ratio”, Procedia Structural Integrity, vol. 10, pp. 135-140, 2018, doi: 10.1016/j.prostr.2018.09.020.
[2] A.S. Alemu, J. Yoon, M. Tafesse, Y. Seo, H. Kim, and S. Pyo, “Practical considerations of porosity, strength, and acoustic absorption of structural pervious concrete”, Case Studies in Construction Materials, vol. 15, 2021, doi: 10.1016/j.cscm.2021.e00764.
[3] G. Srikanth, M. Safiuddin, M.M. Haque, and M. Rizwan, “Study on mechanical properties of concrete using different types of coarse aggregates”, Materials Today: Proceedings, vol. 65, part 2, pp. 2029-2033, 2022, doi: 10.1016/j.matpr.2022.06.033.
[4] M. Naderi and A. Kaboudan, “Experimental study of the effect of aggregate type on concrete strength and permeability”, Journal of Building Engineering, vol. 37, 2021, doi: 10.1016/j.jobe.2020.101928.
[5] H. Zhao, L. Zhang, Z.Wu, A. Liu, and M. Imran, “Aggregate effect on the mechanical and fracture behaviours of concrete”, International Journal of Mechanical Sciences, vol. 243, 2023, doi: 10.1016/j.ijmecsci.2022.108067.
[6] A. Akram and M. Słowik, “The influence of aggregate graining and crushing value on properties of hardened concrete”, Materiały Budowlane, no. 11, pp. 41-45, 2023, doi: 10.15199/33.2023.11.09 (in Polish).
[7] X. Yao, H. Wang, J. Guan, M. Lu, L. Li, M. Zhang, S. Chen, and J. Xi, “Statistical determination of fracture parameters of concrete with wide variation of water-cement ratio”, Materials Today Communications, vol. 33, 2022, doi: 10.1016/j.mtcomm.2022.104341.
[8] A. Seitl, A. Benešová, A.P. Pascual, L. Malíková, D. Bujdoš, and V. Bílek, “Fatigue and fracture properties of concrete mixtures with various water to cement ratio and maximum size of aggregates”, Procedia Structural Integrity, vol. 42, pp. 1512-1519, 2022, doi: 10.1016/j.prostr.2022.12.192.
[9] L. Qing, H. Zhang, and Z. Zhang, “Effect of biochar on compressive strength and fracture performance of concrete”, Journal of Building Engineering, vol. 78, 2023, doi: 10.1016/j.jobe.2023.107587.
[10] M.R.M. Aliha, A. Razmi, and A. Mousavi, “Fracture study of concrete composites with synthetic fibers additive under modes I and III using ENDB specimen”, Construction and Building Materials, vol. 190, pp. 612-622, 2018, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.09.149.
[11] K. Srinivasan, J. Premalatha, and S.A. Srigeethaa, “A performance study on partial replacement of polymer industries waste (PIW) as fine aggregate in concrete”, Archives of Civil Engineering, vol. 64, no. 3, pp. 45-56, 2018, doi: 10.2478/ace-2018-0028.
[12] A. Starczyk-Kołbyk, "Analysis of the life cycle concrete with the addition of polypropylene fibers", Archives of Civil Engineering, vol. 70, no. 2, pp. 23-42, 2024, doi: 10.24425/ace.2024.149849.
[13] T. Zhu, Z. Chen, L. Zhang, G. Nian, Y. Chen, and J. Hao, “Modeling and fracture behavior of mesoscale concrete considering actual aggregate shapes and placement domain shapes”, Construction and Building Materials, vol. 400, 2023, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2023.132821.
[14] X. Wang, H. A. Saifullah, H. Nishikawa, and K. Nakarai, “Effect of water-cement ratio, aggregate type, and curing temperature on the fracture energy of concrete”, Construction and Building Materials, vol. 259, 2020, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119646.
[15] M. Słowik, “The role of aggregate granulation on testing fracture properties of concrete”, Frattura ed Integrità Strutturale, vol. 15, no. 58, pp. 376-385, 2021.
[16] R. Afshar, L. Faramarzi, M. Mirsayar, and B.J. Ebrahimi, “Aggregate size effects on fracture behavior of concrete SCB specimens”, Construction and Building Materials, vol. 389, 2023, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2023.131628.
[17] M. Rezaei and M.A. Issa, “Specimen and aggregate size effect on the dynamic fracture parameters of concrete under high loading rates”, Engineering Fracture Mechanics, vol. 260, 2022, doi: 10.1016/j.engfracmech.2021.108184.
[18] M.-H. Zeng, H.-W. Wang, Y.-J. Wang, J.-J. Zheng, and Z.-M. Wu, “Meso-crack propagation process of concrete based on macro-fracture parameters: Numerical and experimental”, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, vol. 129, 2024, doi: 10.1016/j.tafmec.2023.104216.
[19] D. Salauyou and P. Knyziak, „Evaluation of the influence of linear stress concentrators in reinforced concrete elements using the postulates of fracture mechanics”, Acta Scientiarum Polonorum. Architectura, vol. 22, no. 1, pp. 30-37, 2023, doi: 10.22630/ASPA.2023.22.4.
[20] RILEM TC-89 FMC (Draft Recommendation), “Determination of fracture parameters (KIc and CTODc ) of plain concrete using three – point bend tests”, Materials and Structures, RILEM Publications SARL, vol. 23, pp. 457-460, 1990.
[21] G. Golewski, “Measurement of fracture mechanics parameters of concrete containing fly ash thanks to use of Digital Image Correlation (DIC) method”, Measurement, vol. 135, pp. 96-105, 2019, doi: 10.1016/j.measurement.2018.11.032.
[22] J. Krassowska, M. Kosior-Kazberuk, M. Słowik, and A. Akram, “Sustainable future of construction: the potential of concrete with basalt mini-bars as reinforcement”, Economics and Environment, vol. 88, no. 1, 2024, doi: 10.34659/eis.2024.88.1.776.
[23] J. Kozicki and J. Tejchman, „Experimental Investigations of Strain Localization in Concrete using Digital Image Correlation (DIC) Technique”, Archives of Hydroengineering and Environmental Mechanics, vol. 54 no. 1, pp. 3-24, 2007.
[24] B. Turoń, D. Ziaja, L. Būda, and B. Miller, „DIC in Validation of Boundary Conditions of Numerical Model of Reinforced Concrete Beams Under Torsion”, Archives of Civil Engineering, vol. 64, no. 4, pp. 31-48, 2018, doi: 10.2478/ace-2018-0061.
[25] EN 12390-13:2013 Testing hardened concrete - Part 13: Determination of secant modulus of elasticity in compression. European Committee for Standardization: Brussels, Belgium, 2013.
[26] EN 12390-1:2013-03 Testing Hardened Concrete - Part 1: Shape, Dimensions and Other Requirements for Specimens and Moulds. European Committee for Standardization: Brussels, Belgium, 2013.
[27] EN 12390-2:2019 Testing hardened concrete - Part 2: Making and curing specimens for strength tests. European Committee for Standardization: Brussels, Belgium, 2019.
[28] EN 12390-3:2019-07 Testing Hardened Concrete - Part 3: Compressive Strength of Test Specimen. European Committee for Standardization: Brussels, Belgium, 2019.
[29] EN 12390-6:2011 Testing Hardened Concrete - Part 6: Tensile Splitting Strength of Test Specimen. European Committee for Standardization: Brussels, Belgium, 2011.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
