Influence of Matrix Quality and Environmental Conditions on Volume Change and Microcracking Behavior of Concrete

Abstract

Concrete is a highly complex and heterogeneous engineering material. In its complex composite structure, it is not easy to understand its behavior either during hydration process or loading the material. Particularly the volume change during hydration results in initial defects and at the end these defects may influence its mechanical behavior under load. Individual properties of different phases like aggregate, matrix and the interfacial transition zone (ITZ) between the two, plays an important role on the microcracking behavior of the concrete. In this study, various techniques were used in determining the effect of hydration shrinkage crack on the microcracking behavior of the concrete including w/c ratio, silica fume and environmental conditions. Direct measurement by means of optical processing through Scanning Electron Microscope (SEM) is a way. On the other hand, the indirect measurements dealt with an overall study of the material by means of the tensile and the compressive strength measurements, the length and the volume change measurements and the prediction of the critical crack load from stress-strain diagrams. Conclusions were drawn from the direct and the indirect methods. The ultimate purposes of all the performed tests were used to measure the initial defects either in the ITZ or the matrix and their effect on the whole microcracking behavior of concrete. Keywords: SEM, ITZ, Cracks density, Compressive strength, Tensile strength, Volume change, Shrinkage.

ÖZ : Beton, oldukça karmaşık yapıya sahip heterojen bir yapı malzemesidir. Bu karmaşık yapısından dolayı; betonun hem hidratasyon sırasındaki hem de yük altındaki davranışının anlaşılması kolay değildir. Özellikle, hidratasyon sırasında oluşan hacim değişimi; ilk çatlakların oluşmasına yol açmakta bu çatlaklar da betonun yük altındaki davranışını etkilemektedir. Agrega, matriks ve de agrega ile matriks arasındaki arayüz bölgesi gibi betonu oluşturan fazların bireysel özellikleri betonun yük altındaki mikro-çatlak oluşumunu önemli derecede etkilemektedir. Bu çalışmada, hidratasyon rötre çatlaklarının betonun yük altındaki mikro-çatlak davranışı üzerindeki etkisi farklı teknikler kullanılarak; s/ç oranı, silis dumanı ve çevre koşulları da dikkate alınarak incelenmiştir. Bu tekniklerden bir tanesi direct ölçüm yapılabilen electron mikroskop analizidir. Diğeri ise indirect yoldan çatlak oluşumunun incelenmesidir. Bunlar; çekme ve basınç dayanımlarının bulunması, boy ve hacim değişimlerinin ölçülmesi ve de gerilme-şekil değiştirme eğrilerinden kritik gerilmenin saptanması gibi ölçümleri içermektedir. Sonuçlar her iki metot çıktılarının incelenmesl neticesinde bulunmuştur. Yapılmış olan tüm deneylerden; yükleme öncesi var olan hasarın tespit edilmesi ve de bunların betonun yük altındaki mikro-çatlak davranışına etkilerinin bulunması amaçlanmıştır. Anahtar kelimeler: Çatlak yoğunluğu, Arayüz, Mikroskop, Basınç dayanımı, Çekme dayanımı, Hacim değişimi, Rötre.