دراسة تأثير درجات الحرارة المرتفعة على سلوك الاعتاب الخرسانية ذات الخرسانة المستدامة

رسالة ماجستير

اسم الباحث : الحسين باسم جعفر

اسم المشرف : أ.م. د زينب محمد رضا عبد رسول ; أ.م. د ايمن جميل كاظم

الكلمات المفتاحية : GGBS. S.F. Sustainable concrete . Elevated temperature .SCMs .CFRP

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : الهندسة المدنية

سنة نشر البحث : 2025

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

قد تتعرض العديد من الهياكل الخرسانية لظروف قاسية أثناء فترة خدمتها، ومن بينها الحرائق. وتفرض درجات الحرارة المرتفعة الناجمة عن الحرائق ضغوطًا وإجهادات إضافية على الهياكل التي لم تؤخذ في الاعتبار أثناء عملية التصميم. ومع ذلك، توجد معلوما ت قليلة متاحة بشأن كيفية تأثير درجات الحرارة المرتفعة على سلوك وأنماط فشل عوارض الخرسانة المسلحة المستدامة. يتم فحص سلوك وأنماط فشل عوارض الخرسانة المسلحة المستدامة عند درجات حرارة مرتفعة تجريبيا في هذه الدراسة. أجريت اختبارات تجريبية على خمسة عشر عوارض خرسانية مسلحة مستدامة بأبعاد 150 مم × 200 ارتفاع (؛ وطول إجمالي × مم) عرض 1400 مم. تعرضت اثني عشر عوارض خرسانية مسلحة مستدامة لدرجات حرارة مرتفعة مختلفة ثم تعرضت جميع العوارض لحملين مركزين رأسيين، كل حمل عند

ثلث العارضة حتى فشلت. تم تصميم كل عينة من عوارض الخرسانة المسلحة وفقًا للجنة ACI 318-2019. تم رسم العلاقات بين الحمل والانحراف، وكذلك درجة الحرارة مع الوقت. تمت ملاحظة أنماط الشقوق وأنماط الفشل وتسجيلها. ركز العمل التجريبي على عاملين أساسيين. الأول هو نسبة استبدال الوزن للأسمنت؛ حيث تم استخدام 30 ٪ من خبث الافران) GGBS ( و 5٪ و 10 ٪ و 15 ٪ من ابخرة السيليكا ) SF ( لاستبدال الأسمنت. والثاني هو دراسة تأثير درجات الحرارة المرتفعة 300 و400 درجة مئوية على عوارض الخرسانة المسلحة المستدامة وتقويتها باستخدام صفائح البوليمر المقوى بألياف الكربون) CFRP تحت الحمل الانثنائي. تم استخدام مخطط تقوية على شكل حرف U على طول العارضة لتقويتها. أظهرت النتائج أن النسبة المثالية لأبخرة السيليكا المستخدمة في خليط الخرسانة المستدامة هي 10 ٪. وأظهرت النتائج أيضا أن استبدال الأسمنت بمزيج مثالي يتكون من 30 % من خبث الأفران العالية) GGBS (و10 % من أبخرة السيليكا) SF (يزيد من الخواص الميكانيكية) مقاومة الضغط والشد والانحناء (بنسبة 10.91 % و15 % و16.67 % وينخفض عند تعرضه لدرجات حرارة 400 درجة مئوية بنسبة 12.52 % و22.56 % و33.46 % على التوالي مقارنة بنسب الاستبدال 30 % من خبث الأفران العالية و5% من أبخرة السيليكا. كما لوحظ أن المزيج المثالي يزيد من الحمل الأقصى للعارضة المستقرة بنسبة 12.28%. وأظهرت النتائج أيضا أن تعرض العوارض المستدامة لدرجات حرارة عالية يؤدي إلى انخفاض في الحمل الاقصى، حيث انخفضت العوارض المكونة من 30 % خبث الفرن و10 % ابخر ة السيليكا بنسبة 5.93 % و7.47 % عند تعرضها لدرجة حرارة 300 و400 درجة مئوية على التوالي، مقارنة بالعوارض غير المعرضة للحرارة. وقد لوحظ تأثير ألياف الكربون على العوارض المقواة في النتائج التجريبية، حيث أدت ألياف الكربون على شكل حرف U للعوارض المكونة من 30 % خبث الفرن العالي و 10 % ابخرة السيليكا والمعرضة لدرجات حرارة 300 و 400 درجة مئوية إلى زيادة في سعة التحميل بنسبة 46.29 % و 46.87 % وانخفاض في الإزاحة بنسبة 26.3 % و 0.5 % على التوالي مقارنة بالعوارض المعرضة للحرارة وغير المقواة . ولكن استنتج أنه عند تعرضها لدرجات حرارة عالية تبدأ الخرسانة بالتقشير مما يؤدي إلى انفصال قطع الخرسانة أثناء عملية التسخين.

Study of the Elevated Temperature Effect of Sustainable Reinforced Concrete Beams

Abstract

Many concrete structures may be exposed to extreme conditions during their service life, one of which is fire. The elevated temperatures caused by the fire put additional strains and stresses on the structures that weren’t considered during the designing process. However, there is little information available regarding how high temperatures affect the behavior and modes of failure of sustainable reinforced concrete beams.
The behavior and failure modes of sustainable reinforced concrete beams at elevated temperatures are examined experimentally in this study. Experimental tests were conducted on fifteen sustainable RC beams in dimensions of 150mm × 200 mm (width ×height); and 1400 mm total length. Three samples were not exposed to temperatures and were not tempered and twelve sustainable RC beams were exposed to different elevated temperatures and all beams were then subjected to two vertically concentrated loads, each load at one-third of the beam until it failed. Every RC beam specimen was designed in compliance with ACI Committee 318-2019. Connections among temperature and time, as well as load and deflection, were illustrated. The failure types and crack patterns were noted and observed. Two main aspects were the focus of the experimental investigation. The first is the weight replacement ratio of cement; 30 % of ground granulated blast furnace slag (GGBS) and 5%, 10% and 15% of silica fume (SF) were used to replace cement. The second is to study the effect of elevated temperatures of 300 and 400 °C on the sustainable concrete with reinforcement beams and their strengthening using carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets under flexural load. A U-shaped strengthening scheme was used along the beam to strengthen them.
The results showed that the ideal percentage of silica fumes used in the sustainable concrete mix is 10%. The results also showed that replacing cement with a perfect combination consist 30% blast furnace slag (GGBS) and 10% silica fume (SF) increases the mechanical characteristics (compressive, tensile and flexural strength) by 10.91%, 15% and 16.67% and decreases when exposed to temperatures of 400°C by 12.52%, 22.56 and 33.46% respectively compared to the replacement ratios of 30% to blast furnace slag and 5% to silica fumes. It was also noted that the ideal combination increased the final load of the sustained beam by 12.28%.
The results also showed that exposure of the sustainable beams to high temperatures leads to a decrease in the load capacity, as the beams consisting of 30% furnace slag and 10% silica fume decreased by 5.93% and 7.47% when exposed to a temperature of 300 and 400 °C, respectively, compared to the beams not exposed to heat.
The effects of carbon fibers reinforced polymer (CFRP) sheets on reinforced beams were shown by the experimental results. In comparison to beams exposed to heat and not strengthened, U-shaped carbon fibers for beams made of 30% blast furnace slag and 10% silica fume and exposed to temperatures of 300 and 400 °C increased load capacity by 46.29% and 46.87% and decreased displacement by 26.3% and 0.5%, respectively.
Nonetheless, it was determined that high temperatures cause the concrete to peel, which causes the chunks of concrete to separate as the heating process progresses.