Διερεύνηση και σύγκριση μηχανικής συμπεριφοράς ινοπλισμένων σκυροδεμάτων μεταξύ συμβατικών και μη συμβατικών αδρανών

Λάκκα, Θεοδώρα

Investigation and comparison of mechanical behavior of fiber reinforced concretes between conventional and non-conventional aggregates

Διπλωματική εργασία

Author

Λάκκα, Θεοδώρα

Date

2023-02-01

Advisor

Αυτουσμής, Αθανάσιος

Διπλωματική εργασία (4.200Mb)

Keywords

Ινοπλισμένο σκυρόδεμα ; Ανακυκλωμένο σκυρόδεμα ; Αδρανή υλικά

Abstract

Το σκυρόδεμα αποτελεί το πιο ευρέως διαδεδομένο δομικό υλικό από την αρχαιότητα έως και σήμερα. Στο πέρασμα των χρόνων έχει υποστεί αρκετές διαφοροποιήσεις στην παρασκευή του, οι οποίες στοχεύουν τόσο στην εύκολη διαχείρισή του ως υλικό, όσο και στη μέγιστη λειτουργικότητα του στις διάφορες κατασκευές που χρησιμοποιείται. Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι να αναλυθεί βάσει των αδρανών υλικών που συμμετέχουν στην δημιουργία του, καθώς και στα λοιπά συστατικά που συντελούν στη βελτίωση της μηχανικής του συμπεριφοράς. Στο πρώτο μέρος παρουσιάζεται το συμβατό σκυρόδεμα, το οποίο και βρίσκει εφαρμογή στο μεγαλύτερο μέρος των κατασκευών. Γίνεται αναφορά στην ιστορική του εξέλιξη, στις κατηγορίες στις οποίες διαχωρίζεται και φυσικά αναπτύσσονται λεπτομερώς τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται στην παρασκευή του. Στη συνέχεια, και με ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τη σύγχρονη εποχή, γίνεται λόγος για το μη συμβατικό σκυρόδεμα. Η αυξημένη ζήτηση του σκυροδέματος αλλά και η ανησυχία για την προστασία του περιβάλλοντος, οδήγησαν τους νεότερους μελετητές στο να αναζητήσουν εναλλακτικούς τρόπους με τους οποίους θα μπορούσε να παρασκευαστεί αυτό το περιζήτητο μίγμα. Στο δεύτερο σκέλος λοιπόν αυτής την εργασίας, παρουσιάζεται το σκυρόδεμα το οποίο προκύπτει από την αξιοποίηση ανακυκλωμένων αδρανών υλικών. Περιγράφονται τα πλεονεκτήματα αλλά και τα μειονεκτήματα σε σχέση με το συμβατικό σκυρόδεμα. Αναφέρονται οι μηχανικές ιδιότητες τις οποίες παρουσιάζει, οι τρόποι που θα μπορούσαν να ενισχύσουν τα αδύναμα στοιχεία του και γίνεται μια μικρή οικονομική προσέγγισης της παραγωγής του. Έπειτα, το τρίτο και εκτενέστερο μέρος της παρούσας διπλωματικής ασχολείται με το ινοπλισμένο σκυρόδεμα. Ένα σκυρόδεμα που τις τελευταίες δεκαετίες γίνεται ολοένα και πιο γνωστό ιδιαίτερα στον κατασκευαστικό κλάδο. Παρασκευάζεται με την προσθήκη διάφορων τύπων ινών στο απλό σκυρόδεμα, οι οποίες αναγράφονται παρακάτω, και γίνεται γνωστή η σημαντική βελτίωση της μηχανικής συμπεριφοράς του μέσα από την συγκεκριμένη διαδικασία. Στο κεφάλαιο που αφορά στο ινοπλισμένο σκυρόδεμα περιγράφεται επίσης η ιστορική του αναδρομή, οι διάφορες ιδιότητες του, καθώς και οι εφαρμογές στις οποίες συναντάται στη σημερινή εποχή. Είναι βέβαιο πως δεν θα μπορούσε να αντικαταστήσει πλήρως τον συμβατικό οπλισμό, όμως σε αρκετές περιπτώσεις θα πρέπει να προτιμάται η χρήση του τόσο για τα οικονομικά οφέλη, όσο και για την ουσιαστική συνεισφορά του σε κάποιες καταπονήσεις. Ένα μικρό αριθμητικό παράδειγμα θα βοηθήσει να κατανοηθεί καλύτερα η βελτίωση της μηχανικής του συμπεριφοράς σε σχέση με το άοπλο σκυρόδεμα και θα παραθέσει κάποια συμπεράσματα από τη χρησιμοποίησή του στις κατασκευές. Στο πέρας της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας εξάγονται κάποια τελικά συμπεράσματα που προκύπτουν μέσα από τη σύγκριση των διαφορετικών τύπων σκυροδεμάτων.

Abstract

Concrete is the most widespread construction material from ancient times to the present day. Over the years, it has undergone several variations in its preparation, which aim both at its easy handling as a material, and at its maximum functionality in the various constructions it is used in. The purpose of this thesis is to analyze based on the inert materials that participate in its creation, as well as the other components that contribute to the improvement of its mechanical behavior. In the first part, compatible concrete is presented, which is used in most constructions. Reference is made to its historical development, the categories into which it is divided and, of course, the elements used in its preparation are developed in detail. Next, and with particular interest for the modern era, there is talk of unconventional concrete. The increased demand for concrete as well as the concern for the protection of the environment, led the younger scholars to look for alternative ways in which this sought-after mixture could be prepared. In the second part of this work, the concrete that results from the utilization of recycled aggregates is presented. The advantages and disadvantages compared to conventional concrete are described. The mechanical properties are mentioned, the ways that could strengthen its weak elements and a small economic approach to its production is made. Then, the third and most extensive part of this dissertation deals with fiber reinforced concrete. A concrete that in recent decades has become increasingly well-known, especially in the construction industry. It is prepared by adding various types of fibers to plain concrete, which are also known below, and the significant improvement of its mechanical behavior through this specific process is known. In the chapter of fiber-reinforced concrete, its historical background is also described, its various properties, as well as the applications in which it is found today. It is certain that it could not completely replace conventional armament, but in several cases its use should be preferred both for the economic benefits and for its substantial contribution to some stresses. A small numerical example will help to better understand the improvement of its mechanical behavior compared to unreinforced concrete and will quote some conclusions from its use in constructions. At the end of this specific thesis, some final conclusions are drawn through the comparison of the different types of concrete.