Geçirgen betonun yapısal ve hidrolik tasarımı

Abstract

Geçirgen beton; yüksek gözenekliliğe sahip özel bir beton türüdür. Bu çalışmada geçirgen betonun yapısal ve hidrolik özellikleri incelenmiştir. Çalışma kapsamında üretilen geçirgen betonlarda Portland çimentosu ve üç farklı boyutta (0-3 mm, 5-15 mm, 15-25 mm) kırma kireçtaşı agrega kullanılmıştır. Betonlarda katkı maddesi kullanılmamıştır. Tüm karışımlar için hava oranı %22 ve çimento miktarı 305 kg/m3 olarak alınmıştır. Üç farklı su/çimento oranı (0,28; 0,31; 0,34) belirlenmiştir. Agregalar kendi içlerinde hacimce belirli oranlarda karıştırılarak sekiz farklı gradasyon elde edilmiştir. Üç farklı su/çimento oranı ve sekiz farklı gradasyon ile yirmi dört farklı karışım tasarlanmıştır. Yapılan deneylerde 28 günlük en yüksek basınç dayanımı 21,85 MPa olarak bulunmuştur. İnfiltrasyon testlerine göre en yüksek sızma oranı ise 70736 mm/sa olarak bulunmuştur. Verilere göre optimum olarak görülen geçirgen beton, 19,15 MPa basınç dayanımı ve 44502 mm/sa sızma oranına sahiptir. İnfiltrasyon testlerinden yola çıkılarak Darcy-Forchheimer parametreleri belirlenmiştir. Testler, belirlenen parametreler kullanılarak bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yazılımı olan OpenFOAM tabanlı SimFlow programında modellenmiştir. SimFlow analizleri ile infiltrasyon test sonuçları birbirleriyle uyumlu çıkmıştır. Hassasiyet analizi kapsamında Darcy-Forchheimer parametrelerinin infiltrasyona olan etkisi incelenmiştir. Boyut analizi yapılarak sızma oranını etkileyen parametreler ile Reynolds sayısı arasında grafiksel ilişki kurulmuştur.

Permeable concrete is a special type of concrete with high porosity. In this study, the structural and hydraulic properties of permeable concrete were investigated. Portland cement and crushed limestone aggregate in three different sizes (0-3 mm, 5-15 mm, 15- 25 mm) were used in the permeable concretes produced within the scope of this study. The concretes do not contain any additives. For all mixtures, the void ratio is 22% and the cement amount is 305 kg/m3 . Three different water/cement ratios (0.28; 0.31; 0.34) were determined. Eight different gradations were obtained by mixing the aggregates in specific proportions by volume. Twenty-four different mixes were designed with three different water/cement ratios and eight different gradations. In the experiments, the highest compressive strength for 28 days was found to be 21,85 MPa. According to the infiltration tests, the highest infiltration rate was found to be 70736 mm/hr. According to the data, permeable concrete which is determined as optimum has a compressive strengh of 19,15 MPa and infitration rate of 44502 mm/sa. Darcy-Forchheimer parameters were determined based on the infiltration tests. The tests were modeled using the determined parameters in the OpenFOAM based computational fluid dynamics (CFD) software SimFlow. SimFlow analysis and infiltration test results are found to be in agreement. A sensitivity analysis was conducted and the effect of DarcyForchheimer parameters on infiltration was investigated. By applying a dimensional analysis, a relationship was obtained between parameters affecting infiltration and the Reynolds number.