بررسي آزمايشگاهي پارامترهاي شكست، خواص مكانيكي و جمع شدگي بتن سبك دانه

An Experimental Study on Fracture Parameters, Mechanical Properties and Shrinkage of Lightweight Aggregate Concrete

استفاده از سبك دانه‌ها بدليل كاهش وزن بتن روز به روز افزايش يافته است. از طرفي سبك دانه‌ها منجر به تغيير در رفتار شكست بتن در مقايسه با سنگدانه معمولي مي‌شوند. با توجه به ضعف روش‌هاي مقاومتي در طراحي اعضاي بتني، پژوهشگران و آيين‌نامه‌هاي طراحي، تحليل سازه‌هاي بتني و تعيين خواص و مشخصه‌هاي بتن به روش مكانيك شكست را ضروري مي‌دانند. در اين پژوهش آزمايشگاهي و تحليلي، رفتار شكست اعضاي بتني ساخته شده از بتن سبك با استفاده از روش كار شكست و روش اثر اندازه بر روي تيرهاي شكاف‌دار بررسي مي شوند. همچنين، خواص مكانيكي و جمعشدگي بتن سبك مورد مطالعه قرار مي‌گيرند. در مجموع 30 عدد نمونه منشوري خمشي و 42 عدد نمونه جهت تعيين پارامترهاي شكست، خواص مكانيكي و جمع شدگي از بتن سبك ساخته و آزمايش شدند. نتايج آزمايش‌ها و تحليل‌ها نشان مي‌دهند كه نظريه اثر اندازه بازانت رفتار شكست اعضاي بتني سبك را بخوبي ارزيابي مي‌كند. در نمونه‌هاي آزمايش شده، انرژي شكست كل G_F در بتن سبك نسبت به بتن معمولي بدليل كمتر بودن ظرفيت نهايي آن، به ميزان 1/68% كمتر شده است. اين در حالي است كه انرژي شكست اوليه G_f حاصل از روش اثر اندازه در بتن سبك در مقايسه با بتن معمولي قدري بيشتر است. مطابق نمودارهاي روش اثر اندازه، بتن سبك در مقايسه با بتن معمولي شكل‌پذيري بيشتري داشته است. همچنين، روش اثر اندازه داراي دقت مناسب‌تري نسبت به روش كار شكست جهت مطالعه رفتار شكست بتن سبك است. استفاده از سبكدانه بجاي سنگ دانه معمولي در بتن باعث كاهش جمع‌شدگي بتن ميشود.

The use of lightweight aggregates in concrete has been widely increased to reduce the weight of concrete members. On the other hand, the fracture behavior of lightweight concrete is different with that in normal concrete. Due to the limitations of conventional designing methods for concrete members, researchers and design codes have led to consider the analysis of fracture mechanics in predicting the behavior of concrete structures. In this experimental and analytical study, the fracture behavior of lightweight aggregate concrete (LWAC) is investigated on notched beams using the work of fracture method (WFM) and size effect method (SEM). Also, the mechanical properties and shrinkage of LWAC are studied. A total of 30 bending prismatic specimens and 42 compressive samples were constructed and tested to determine the fracture parameters, mechanical properties and shrinkage of LWAC. The results of experiments and analyses show that the Bazant’s size effect theory can evaluate the fracture behavior of lightweight concrete members, appropriately. The total fracture energy G_F of LWAC is by 68.1% less than that of normal concrete due to its lower load-bearing capacity. However, the initial fracture energy G_f obtained from the SEM in LWAC is approximately higher than that in normal concrete. According to the diagrams obtained from the SEM, the LWAC has more ductility and less brittleness than normal concrete. Additionally, the SEM is more accurate than the WFM to study the fracture behavior of LWAC. The use of lightweight aggregates instead of normal aggregates reduced the concrete shrinkage.