Determination of Maturity Relations for Steel-Fiber Reinforced Concrete

Abstract

The evaluation of steel-fiber reinforced concrete using the maturity method was investigated in this study. There were five different volume fractions of fibers (0, 0.5, 1, 1.5 and 2% by volume of concrete) and three different curing temperatures (8°C, 22°C and 32°C) considered. Maturity method has been widely used to predict compressive strength of concrete, although less research have been used to investigate other properties of concrete by maturity method. In this study, compressive strength, flexural strength, flexural toughness and splitting tensile of steel fiber reinforced concrete were also evaluated by maturity method. The compressive strength, flexural strength and splitting tensile strength were tested at 1, 3, 7, 10, 14, 28 and 56 days for all of the volume fractions of fibers and at different curing temperatures. However, flexural toughness were tested at ages of 3, 7, 14, 28 and 56 days for all volume fractions of fibers at different curing temperatures. The apparent activation energy was determined for all volume fractions of fibers by three methods (linear hyperbolic, parabolic hyperbolic and exponential). The results show that activation energy decrease by increasing volume fractions of fibers in all methods. In order, to determine apparent activation energy, the compressive strength of mortar were tested at ages of 1, 2, 4, 8, 16, 32 and 64 days and at curing temperatures of 8°C, 22°C and 32°C for all the five-volume fractions of fibers. In this study, two maturity methods were used to calculate equivalent age and maturity index, these were the Arrhenius and Nurse-Saul methods. However, according to different apparent activation energies, three equivalent ages were calculated as namely LHeq, PHeq and EXPeq. The predicted models obtain by LHeq have a very good correlation with experimental results. Four different strength-maturity equations (linear hyperbolic, parabolic hyperbolic, logarithmic and exponential) were used to predict the compressive strength, flexural strength, flexural toughness and splitting tensile strength for three equivalent ages and maturity index. All of these four equations have good correlations with the experimental results. However, the accuracy linear hyperbolic and exponential is slightly higher parabolic and logarithmic equations. In this study totally 320 new maturity models were established and for each test, the predicted models were compared with each other. In addition, the validation of each model was evaluated. Moreover, some necessary factors for using maturity method such as temperature histories and datum temperature were evaluated for all mixes. The temperature histories at first 24 hours are slightly increased by increasing volume fractions of fibers.

ÖZ: Bu çalışmada çelik elyaflı betonun bazı özellikleri betonun olgunluğu kullanılarak elde edilmeye çalışılmıştır. Beş değişik hacimsel oranda (%0, 0.5, 1.0, 1.5 ve 2.0) çelik elyaf karışımı ile üretilen betonlar üç farklı sıcaktaki (8°C, 22°C ve 32°C) su küründe bekletilmiştir. Bilindiği üzere betonun olgunluk (sıcaklık-zaman ilişkisi) özelliği kullanılarak beton basınç dayanımı kolaylıkla tahribatsız bir deney seçeneği olarak yaygın bir biçimde kullanılmaktadır. Bu çalışmada ise betonun olgunluk özelliği kullanılmak sureti ile çelik elyaflı betonların basınç dayanımı, eğilme dayanımı, eğilmede tokluk ve basmada yarma dayanımı ölçülecektir. Basınç dayanımı, eğilme dayanımı ve basmada yarma dayanımı 1, 3, 7, 10, 14, 28 ve 56 günlerde, eğilmede tokluğu ise 3, 7, 14, 28 ve 56 günlerde ölçülmüştür. Açık aktivasyon enerjiler ise tüm beton çeşitleri için üç model ile belirlenmiştir. Bunlar lineer hiperbolik, parabolik hiperbolik ve eksponansiyel olarak belirlenmiştir. Sonuçlara bakıldığı zaman tüm metodlarda çelik elyaf oranı arttıkça açık aktivasyon enerjisinin azaldığı görülmüştür. Açık aktivasyon enerjisini bulmak için ise beş değişik elyaf oranı olan harçların 1, 2, 4, 8, 16, 32 ve 64 günde (8 °C, 22 °C ve 32 °C’de su küründe) elde edilen basınç mukavemetleri kullanılmıştır. Bu çalışmada eşdeğer yaş ve olgunluk endeksi iki çeşit beton olgunluk ilişkisi modeli kullanılarak (Arrhenius ve Nurse-Saul) hesaplanmıştır. Bunun yanında farklı açık aktivasyon enerjilerinden dolayı üç farklı eşdeğer yaş hesaplanmıştır (LHeq, PHeq ve EXPeq). Sonuçlara bakıldığı zaman eqLHile elde edilen modeller en iyi korelasyonu vermiştir. Basınç dayanımı, eğilme dayanımı, eğilmede tokluk ve basmada yarma dayanımı özelliklerini tarhribatsız yoldan betonun olgunluk ilişkisi kullanılarak elde etmek için ise dört değişik mukavemet-olgunluk denklemi (lineer hiperbolik, parabolik hiperbolik, logaritmik ve eksponansiyel) kullanılmıştır. Tüm denklemlerin de korelasyon değerleri kabul edilebilir seviyede çıkmıştır. Bu çalışmada toplam olarak 320 yeni olgunluk ilişkisi elde edilmiştir. Tüm modellerin (denklemlerin) geçerlilikleri de ayrıca çalışılmıştır. Bunlara ek olarak modelleme çalışmalarında kullanılması için tüm betonların sıcaklık seyri ve sıfır noktası sıcaklık değerleri de bulunmuştur. Sıcaklık seyirlerine bakıldığı zaman çelik elyaf oranı arttıkça ilk 24 saatte sıcaklığın arttığı da gözlemlenmiştir.