اثر درجه حرارت و تعداد سيكلهاي گرم شدن- خنك شدن بر روي چقرمگي شكست مود I، مود II و مود تركيبي (Ӏ-II) بتن

Effect of Temperature and Number of Heating–Cooling Cycles on the Mode I, Mode II and the Mixed-Mode I-II Fracture Toughness of concrete

بتن همواره در برابر تغييرات محيطي همچون تغييرات دمايي فصل‌ها، تغييرات دمايي شب و روز و آتش سوزي قرار دارد. اين شرايط بر روي خصوصيات فيزيكي و مكانيكي و گسترش ترك‌ها و چقرمگي شكست بتن اثر مي‌گذارد. در اين پژوهش اثر درجه حرارت و تعداد سيكل‌هاي گرم شدن – خنك شدن روي چقرمگي مود تركيبي (I-II) بتن مورد بررسي قرار گرفته شده و آزمايش­ها در دو سري انجام گرفته است. در سري اول آزمايش­ها، اثر درجه حرارت در يك سيكل گرم شدن- خنك شدن روي چقرمگي شكست تحليل شد. در مرحله گرمايش، نمونه‌ها تا دماي 60، 150، 200، 300، 500، و 700 درجه سانتي‌گراد گرم و سپس در محيط خنك مي‌شوند. يك سري آزمايش هم روي نمونه‌هايي كه سيكل گرم شدن- خنك شدن را تحمل نكرده‌اند در دماي 25 درجه سانتي‌گراد انجام شد. نتايج اين سري آزمايش‌ها نشان داد كه بيشترين و كمترين ميزان چقرمگي شكست مود تركيبي به ترتيب در دماي 150 و 700 درجه سانتي‌گراد مي‌باشد. در سري دوم آزمايش‌ها اثر تعداد سيكل‌هاي گرم شدن – خنك شدن بر روي چقرمگي شكست مود تركيبي بتن در دماي 150 درجه و تحت زاويه انحراف 45 درجه بررسي شد نتايج سري دوم آزمايش‌ها نشان داد كه در سيكل اول، چقرمگي شكست افزايش و با افزايش تعداد سيكل‌هاي گرم شدن – خنك شدن ميزان چقرمگي شكست مود تركيبي كاهش مي‌يابد. همچنين اثر زاويه بارگذاري نسبت به امتداد ترك در زواياي صفر، 15، 28/8، 45، 60، 75 و 90 درجه بر روي چقرمگي شكست بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه در بتن با افزايش زاويه انحراف ترك، مقدار موثر چقرمگي شكست مود تركيبي (I-II) افزايش مي‌يابد و با افزايش زاويه انحراف ترك، چقرمگي شكست مود II تا زاويه 45 افزايش و بعد از آن كاهش مي‌يابد در ضمن با افزايش زاويه انحراف ترك تغيير مود شكستگي از مود I در زاويه انحراف صفر درجه به مود تركيبي (كشش - برش) براي زاويه انحراف كمتر از28/8 درجه اتفاق مي‌افتد. براي زاويه انحراف ترك بيش از 28/8 درجه مود شكست از مود تركيبي كشش- برش به مود تركيبي فشار-برش تغيير مي‌كند.

In this research, the effects of temperature and number of heating-cooling cycles on mode I, mode II and the effective value of the mixed-mode I-II fracture toughness of concrete were investigated through two series of tests. In the first series of tests, the effect of temperature was studied in a heating-cooling cycle at ambient temperature (25 °C) and 60, 150, 200, 300, 500, and 700 °C. The highest and lowest mode I, mode II and the effective value of the mixed-mode I-II fracture toughness were, respectively, observed at 150 and 700°C. In the second series of tests, the effect of the number of heating-cooling cycles was investigated on mode I, mode II and the effective value of the mixed-mode I-II fracture toughness of concrete specimens at 150°C and a crack inclination angle of 45°. According to the results, mode I, mode II and the effective value of the mixed-mode I-II fracture toughness increased in the first cycle and decreased with increasing the number of heating-cooling cycles. As the crack inclination increased, the effective value of the mixed-mode I-II fracture toughness of the concrete specimens increased. The mode II fracture toughness increased up to a crack inclination angle of 45° and then decreased. Moreover, with increasing the crack inclination angle, the mode I fracture at the inclination angle of 0° was changed into the mixed-mode (tension–shear) fracture at inclination angles smaller than 28.8°. The mixed-mode tension–shear fracture was changed into the mixed-mode compressive–shear fracture at crack inclination angles larger than 28.8°.