ÉPÍTŐANYAGOK REOLÓGIAI TULAJDONSÁGAINAK VIZSGÁLATA A DE-ATC-MK MÉLY- ÉS SZERKEZETÉPÍTÉSI TANSZÉKÉN Dr. Kovács Imre PhD. tanszékvezető főiskolai docens 1
Vizsgálataink szintjei Numerikus szimuláció lineáris, nem lineáris vizsgálat Anyagjellemzők homogén, inhomogén, izotróp, anizotrop lineárisan rugalmas, nem lineárisan rugalmas, képlékeny, viszkózus, reológiai jellemzők Szerkezeti viselkedés Modell kísérlet valós léptékű nem valós léptékű Környezet terhek, hatások, Mérnöki tartóssági kérdések modell statika, szilárdságtan, rugalmasságtan, dinamika Mérethatás size effect 2
Vizsgálataink szintjei Numerikus szimuláció lineáris, nem lineáris vizsgálat Anyagjellemzők homogén, inhomogén, izotróp, anizotrop lineárisan rugalmas, nem lineárisan rugalmas, képlékeny, viszkózus, reológiai jellemzők Szerkezeti viselkedés Modell kísérlet valós léptékű nem valós léptékű Környezet terhek, hatások, Mérnöki tartóssági kérdések modell statika, szilárdságtan, rugalmasságtan, dinamika Mérethatás size effect 3
Vizsgálataink szintjei Numerikus szimuláció lineáris, nem lineáris vizsgálat Anyagjellemzők homogén, inhomogén, izotróp, anizotrop lineárisan rugalmas, nem lineárisan rugalmas, képlékeny, viszkózus, reológiai jellemzők Szerkezeti viselkedés Modell kísérlet valós léptékű nem valós léptékű Környezet terhek, hatások, Mérnöki tartóssági kérdések modell statika, szilárdságtan, rugalmasságtan, dinamika Mérethatás size effect 4
Vizsgálataink szintjei Numerikus szimuláció lineáris, nem lineáris vizsgálat Anyagjellemzők homogén, inhomogén, izotróp, anizotrop lineárisan rugalmas, nem lineárisan rugalmas, képlékeny, viszkózus, reológiai jellemzők Szerkezeti viselkedés Modell kísérlet valós léptékű nem valós léptékű Környezet terhek, hatások, Mérnöki tartóssági kérdések modell statika, szilárdságtan, rugalmasságtan, dinamika Mérethatás size effect 5
Vizsgálataink szintjei Numerikus szimuláció lineáris, nem lineáris vizsgálat Anyagjellemzők homogén, inhomogén, izotróp, anizotrop lineárisan rugalmas, nem lineárisan rugalmas, képlékeny, viszkózus, reológiai jellemzők Szerkezeti viselkedés Modell kísérlet valós léptékű nem valós léptékű Környezet terhek, hatások, Mérnöki tartóssági kérdések modell statika, szilárdságtan, rugalmasságtan, dinamika Mérethatás size effect 6
Vizsgálataink szintjei Numerikus szimuláció lineáris, nem lineáris vizsgálat Anyagjellemzők homogén, inhomogén, izotróp, anizotrop lineárisan rugalmas, nem lineárisan rugalmas, képlékeny, viszkózus, reológiai jellemzők Szerkezeti viselkedés Modell kísérlet valós léptékű nem valós léptékű Környezet terhek, hatások, Mérnöki tartóssági kérdések modell statika, szilárdságtan, rugalmasságtan, dinamika Mérethatás size effect 7
Vizsgálataink szintjei Numerikus szimuláció lineáris, nem lineáris vizsgálat Anyagjellemzők homogén, inhomogén, izotróp, anizotrop lineárisan rugalmas, nem lineárisan rugalmas, képlékeny, viszkózus, reológiai jellemzők Szerkezeti viselkedés Modell kísérlet valós léptékű nem valós léptékű Környezet terhek, hatások, Mérnöki tartóssági kérdések modell statika, szilárdságtan, rugalmasságtan, dinamika Mérethatás size effect 8
Vizsgálataink szintjei Numerikus szimuláció lineáris, nem lineáris vizsgálat Anyagjellemzők homogén, inhomogén, izotróp, anizotrop lineárisan rugalmas, nem lineárisan rugalmas, képlékeny, viszkózus, reológiai jellemzők Szerkezeti viselkedés Modell kísérlet valós léptékű nem valós léptékű Környezet terhek, hatások, Mérnöki tartóssági kérdések modell statika, szilárdságtan, rugalmasságtan, dinamika Mérethatás size effect 9
Vizsgálataink szintjei Numerikus szimuláció lineáris, nem lineáris vizsgálat Anyagjellemzők homogén, inhomogén, izotróp, anizotrop lineárisan rugalmas, nem lineárisan rugalmas, képlékeny, viszkózus, reológiai jellemzők Szerkezeti viselkedés Modell kísérlet valós léptékű nem valós léptékű Környezet terhek, hatások, Mérnöki tartóssági kérdések modell statika, szilárdságtan, rugalmasságtan, dinamika Mérethatás size effect 10
Modell kísérlet STATIKUS TERHELÉS (t = 0) Dl Dl d D d D 11
Modell kísérlet STATIKUS TERHELÉS (t = 0) Dl Dl d D d D 12
Modell kísérlet IDŐBEN LEZAJLÓ KÍSÉRLET A REOLÓGIAI JELLEMZŐK MEGHATÁROZÁSÁRA Dl D d Dl d D Dt Dt Dt 13
Modell kísérlet IDŐBEN LEZAJLÓ KÍSÉRLET A REOLÓGIAI JELLEMZŐK MEGHATÁROZÁSÁRA Dl D d Dl d D Dt Dt Dt 14
Modellalkotás szintjei Numerikus szimuláció lineáris, nem lineáris vizsgálat Anyagjellemzők homogén, inhomogén, izotróp, anizotrop lineárisan rugalmas, nem lineárisan rugalmas, képlékeny, viszkózus, reológiai jellemzők Szerkezeti viselkedés Modell kísérlet valós léptékű nem valós léptékű Környezet terhek, hatások, Mérnöki tartóssági kérdések modell statika, szilárdságtan, rugalmasságtan, dinamika Mérethatás size effect 15
Mérnöki modell STATIKUS TERHELÉS (t = 0) e S m S m f t S f e C m e p m f t Beton (Mátrix) S f f y Lineárisan rugalmas tökéletesen rideg anyag C e f e p f f y e Acélszálak (Szálerősítés) Lineárisan rugalmas tökéletesen képlékeny anyag 16
Mérnöki modell STATIKUS TERHELÉS (t = 0) S e e m p C m S f S m f t f t M C f e p f f y e e f y Anyagra jellemző paraméter 17
Mérnöki modell STATIKUS TERHELÉS (t = 0) S K 0 K 1 K 2 f y C m C f e 18
Mérnöki modell REOLÓGIAI JELENSÉGEK IGYELEMBE VÉTELE MÉRNÖKI MODELLBEN S(t) e(t) e m p(t) C m S f S m f t M f y C f e p(t) f e f t e f y Anyagra jellemző paraméter 19
Vizsgálataink szintjei Numerikus szimuláció lineáris, nem lineáris vizsgálat Anyagjellemzők homogén, inhomogén, izotróp, anizotrop lineárisan rugalmas, nem lineárisan rugalmas, képlékeny, viszkózus, reológiai jellemzők Szerkezeti viselkedés Modell kísérlet valós léptékű nem valós léptékű Környezet terhek, hatások, Mérnöki tartóssági kérdések modell statika, szilárdságtan, rugalmasságtan, dinamika Mérethatás size effect 20
Numerikus szimuláció oka Optimális, azaz gazdaságos megoldás keresése Szerkezet összetettsége Megoldhatóság Megoldási idő Variálhatóság Megbízói igények Numerikus módszerek alkalmazása 21
Numerikus szimuláció célja Numerikus módszerek alkalmazása Reális szerkezeti viselkedés megközelítése 22
Numerikus szimuláció eszköze Az általánosított (3-D) anyagmodell energetikai alapja C m f t Beton (Mátrix) e e m p M Helmholtz féle energiafüggvény: 1 Kapcsolati modulus e C f e p f f y Acélszálak (Szálerősítés) Y = C m ( e e m p ) 2 + M ( e m p e f p ) 2 + C f ( e e f p ) 2 2 Clausius-Duhem egyenlőtlenség: 1 2 j dt = S de dy 0 j dt = s m de m p + s f de f p 1 2 23
Numerikus szimuláció eszköze Az általánosított (3-D) anyagmodell energetikai alapja S 2 Y C m + C f = = e e 2 S s m C m = = = e p m e S s f C f = = = e p f e s m s f M = = = e p f e p m 2 Y e e m p 2 Y e e p f 2 Y e m p e f p 24
Reológiai jelenségek vizsgálatát célzó eddigi kutatásaink 1. Öntömörödő adalékszerek hatása frissbeton kötési és szilárdulási folyamataira valamint mechanikai tulajdonságaira. 2. Szálerősítésű betonok lassú alakváltozásainak figyelembe vétele mechanikai anyagmodell segítségével. 3. Acélszál erősítésű feszített betonok lassú alakváltozásainak hatása a feszítőerő időbeli változására. 25
Reológiai jelenségek vizsgálatát célzó eddigi kutatásaink 1. Öntömörödő adalékszerek hatása frissbeton kötési és szilárdulási folyamataira valamint mechanikai tulajdonságaira. 2. Szálerősítésű betonok lassú alakváltozásainak figyelembe vétele mechanikai anyagmodell segítségével. 3. Acélszál erősítésű feszített betonok lassú alakváltozásainak hatása a feszítőerő időbeli változására. 26
Öntömörödő betonok TÖMÖRÍTÉÉS NÉLKÜL, SPECIÁLIS ADALÉKSZERREL KÉSZÜLŐ LÉGTARTALOM NÉLKÜLI BETON!!! Kultúrközpont, Meudoni ranciaország Szabadtéri feszített betontartály Osaka Gas, Japán 27
Kísérletek öntömörödő betonokkal KÖTÉS SZILÁRDULÁS MAGAS KEZDETI SZILÁRDSÁG ÉPÍTÉS IDŐ Szilárdság Öntömörödő Hagyományos Korai szilárdság (2 napos kor) Végszilárdság (28 napos kor) Idő, t 28
Kísérleti paraméterek BETON ÖSSZETÉTEL CEMENTTARTALOM CEMENTAJTA VÍZ-CEMENT TÉNYEZŐ KIEGÉSZÍTŐ ADALÉKANYAG BETON KORA cement kieg. adalékanyag szorsz. típus mennyiség kg/m 3 típus mennyiség kg/m 3 napos 28 1 CEM II 32,5 400 kohósalak 200 600 3 3 3 3 2 CEM II 42,5 400 kohósalak 200 600 3 3 3 3 3 CEM II 32,5 440 kohósalak 190 630 3 3 3 3 4 CEM II 42,5 440 kohósalak 190 630 3 3 3 3 5 CEM II 32,5 400 mészkőliszt 200 600 3 3 3 3 6 CEM II 42,5 400 mészkőliszt 200 600 3 3 3 3 7 CEM II 32,5 440 mészkőliszt 190 630 3 3 3 3 8 CEM II 42,5 440 mészkőliszt 190 630 3 3 3 3 9 CEM II 32,5 400 10 CEM II 42,5 400 mészkőliszt 160 szilikapor 40 mészkőliszt 160 szilikapor 40 600 3 3 3 3 600 3 3 3 3 mészkőliszt 146 11 CEM II 32,5 440 630 3 3 3 3 TUDOMÁNY NAPJA szilikapor 44 2006. NOVEMBER 10. mészkőliszt 146 12 CEM II 42,5 440 630 3 3 3 3 szilikapor 44 29
Kísérleti eredmények ÖNTÖMÖRÖDŐ ADALKSZER HASZNÁLATA NAGYOBB KORAI ÉS VÉGSZILÁRDSÁG 30
Reológiai jelenségek vizsgálatát célzó eddigi kutatásaink 1. Öntömörödő adalékszerek hatása frissbeton kötési és szilárdulási folyamataira valamint mechanikai tulajdonságaira. 2. Szálerősítésű betonok lassú alakváltozásainak figyelembe vétele mechanikai anyagmodell segítségével. 3. Acélszál erősítésű feszített betonok lassú alakváltozásainak hatása a feszítőerő időbeli változására. 31
Reológiai jelenségek vizsgálatát célzó eddigi kutatásaink 1. Öntömörödő adalékszerek hatása frissbeton kötési és szilárdulási folyamataira valamint mechanikai tulajdonságaira. 2. Szálerősítésű betonok lassú alakváltozásainak figyelembe vétele mechanikai anyagmodell segítségével. 3. Acélszál erősítésű feszített betonok lassú alakváltozásainak hatása a feszítőerő időbeli változására. 32
Betonok lassú alakváltozásai KÚSZÁS - állandó teher alatt az időben növekvő alakváltozások jönnek létre- KONZOL ALAKVÁLTOZÁSOK t = 0 Idő, t Lehajlás, e 33
Betonok lassú alakváltozásai KÚSZÁS ESZÍTŐERŐ HATÁSÁRA - állandó teher alatt az időben növekvő alakváltozások jönnek létre- ESZÍTETT TARTÓ Lehajlás, e ELHAJLÁS t = 0 Idő, t 34
eszített tartó időbeli alakváltozásai KÍSÉRLETI ELRENDEZÉS BETONOZÁS ELŐTT 35
eszített tartó időbeli alakváltozásai KÍSÉRLETI ELRENDEZÉS BETONOZÁS ELŐTT BETONOZÁST KÖVETŐEN 36
eszített tartó időbeli alakváltozásai KÍSÉRLETI ELRENDEZÉS BETONOZÁS ELŐTT BETONOZÁST KÖVETŐEN MÉRÉSEK ALATT 37
40 80 120 40 40 40 50 60 70 100 150 150 150 150 SZILIKÁT ALAPÚ ÉPÍTŐANYAGOK REOLÓGIAI TULAJDONSÁGAINAK VIZSGÁLATA A MÉLY- ÉS SZERKEZEÉPÍTÉSI TANSZÉKEN. eszített tartó időbeli alakváltozásai KÍSÉRLETI ELRENDEZÉS 2000 mid-section strain gauges measurement of camber measurement of camber measurement of draw-in 80 seven-wire strand strain gauges measurement of draw-in 38
Concrete strain [0/00] SZILIKÁT ALAPÚ ÉPÍTŐANYAGOK REOLÓGIAI TULAJDONSÁGAINAK VIZSGÁLATA A MÉLY- ÉS SZERKEZEÉPÍTÉSI TANSZÉKEN. eszített tartó időbeli alakváltozásai BETON ALAKVÁLTOZÁSOK ESZÍTŐERŐ HATÁSÁRA - állandó teher alatt az időben növekvő ALAKVÁLTOZÁSOK jönnek létre- 0,0-0,2-0,4-0,6-0,8-1,0-1,2-1,4-1,6-1,8-2,0-2,2 PC-G2 0.5 V% Dramix ZC 30/.5 active side passive side 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 15 kn 35 kn 55 kn 75 kn 95 kn 105 kn 115 kn 125 kn 136 kn Position of strain gauges [mm] 39
eszített tartó időbeli alakváltozásai BETON ALAKVÁLTOZÁSOK ESZÍTŐERŐ HATÁSÁRA - állandó teher alatt az időben növekvő ALAKVÁLTOZÁSOK jönnek létre- 40
PC-S sorozat növekményei PC-G sorozatra vonatkoztatva SZILIKÁT ALAPÚ ÉPÍTŐANYAGOK REOLÓGIAI TULAJDONSÁGAINAK VIZSGÁLATA A MÉLY- ÉS SZERKEZEÉPÍTÉSI TANSZÉKEN. eszített tartó időbeli alakváltozásai BETON ALAKVÁLTOZÁSI MODULUSÁNAK VÁLTOZÁSA - alakváltozási modulus meghatározása az idő függvényében- 80 Acélszáltartalom PC-G és PC-S esetén [V%] 0,0 0,5 1,0 60 40 Törőteher 20 0-20 -40 Szilárdság Kúszási tényező (200 h) Alakváltozási modulus (200 h) -60 41