Estimation of Elastic Modulus of Concrete from Aggregate/Rock Properties

Öz

This study examines the influence of the physico-mechanical properties of the intact rock of aggregate materials on the strength (elasticity) performance of concrete. For this aim, nine different aggregate types were produced using jaw crusher and they used in production of the nine different concretes. During the making of the concretes, water-binder ratios were kept between 0.28 and 0.55 based on the slump and workability. A total of seventeen tests were performed to determine aggregate and rock properties. Simple and multiple linear regression analyses (SPSS) were performed for estimating elastic modulus of concrete (Ec) and the accuracy of equations were tested by F and t-test. According to 28-day curing time, strong correlations were obtained between the physicomechanical properties of the corresponding aggregate rocks and Ec. Since the simple equations with high correlation coefficient varying from 72.2%-98.2% were obtained from the results of this study, it is determined that there is a good and satisfactory relationship between Ec parameter and engineering properties of rocks. Furthermore, the multiple regression models have a better predictive efficiency than simple models and they can be applied for predicting Ec with reasonable confidence. 

Anahtar Kelimeler

• Aggregate type,Elastic modulus,Concrete,Physical and mechanical properties

Betonun Elastisite Modülünün Agrega/Kayaç Özelliklerinden Tahmini

Öz

Bu çalışma, agrega malzemelerinin sağlam kayaçlarının fizikomekanik özelliklerinin betonun mukavemet performansı (elastisite) üzerindeki etkisini incelemektedir. Bu amaçla çeneli kırıcı kullanılarak dokuz farklı agrega üretilmiş ve bu agregalar dokuz farklı betonun üretiminde kullanılmıştır. Betonların yapımı sırasında, su-bağlayıcı oranları, çökme ve işlenebilirlik temelinde, 0,28 ile 0,55 arasında tutulmuştur. Agrega ve kayaç özelliklerini belirlemek için toplam on yedi test yapıldı. Betonların elastisite modüllerini (Ec) tahmin etmek için basit ve çoklu doğrusal regresyon analizleri (SPSS) gerçekleştirilmiş ve denklemlerin doğruluğu F ve t-testi ile test edilmiştir. 28 günlük kür süresine göre, ilgili agrega kayaçlarının fizikomekanik özellikleri ile Ec arasında güçlü korelasyonlar elde edilmiştir. Bu çalışmanın sonuçlarından %72,2-%98,2 aralığında değişen yüksek korelasyon katsayılı basit denklemler elde edildiğinden, Ec parametresi ile kayaçların mühendislik özellikleri arasında iyi ve güvenilir ilişkiler olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, çoklu regresyon modelleri, basit modellerden daha iyi bir tahmin verimliliğine sahiptir ve Ec’yi yeterli bir güvenirlikle tahmin etmek için uygulanabilirler. 

Anahtar Kelimeler

• Agrega tipi,Elastisite modülü,Beton,Fiziksel ve mekanik özellikler

Kaynakça

1. 1. Mehtra, P.K., 1986. Concrete: Structure, Properties and Materials. 2th Ed. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall Inc.
2. 2. Neville, A.M., 1995. Properties of Concrete, 4th Ed. London: Longman Group UK Limited Press.
3. 3. ACI Committee 221, 2001. Guide for Use of Normal Weight Aggregate in Concrete, ACI Manual of Concrete Practice: Part 1. Farmington Hills (MI).
4. 4. Neville, A.M., 1981. Properties of Concrete, 3rd Ed., Longman Scientific, 287, London.
5. 5. Zia, P., 1994. International Workshop on High Performance Concrete, ACI SP-159, 215-223, Detroit.
6. 6. Aitcin, P.C., Mehta, P.K., 1990. Effect of Coarse-Aggregate Characteristics on Mechanical Properties of High-Strength Concrete, ACI Mater J, 87, 103-107.
7. 7. De Larrard, F., Belloc, A., 1992. Are Small Aggregates Really Better for Making HighStrength Concrete? Cem Concr Aggregates 14: 62-66.
8. 8. Kaplan, M.G., 1986. Ultrasonic Pulse Velocity, Dynamic Modulus of Elasticity, Poisson Ratio, and Strength of Concrete Made With Thirteen Different Coarse Aggregates, RILEM Bull., No.1, New Series, 17-28.

9. 9. Davis, D.E., Alexander, M.G., 1989. Properties of Aggregate in Concrete (Part 1), Hippo Quarries Technical Publication Sandton, Hippo Quarrie, South Africa.
10. 10. Özturan, T., Çeçen, C., 1997. Effect of Coarse Aggregate Type on Mechanical Properties of Concretes With Different Strengths, Cement and Concr Res 27, 165-170.
11. 11. Beshr, H., Almusallam, A.A., Maslehuddin, M., 2003. Effect of Coarse Aggregate Quality on the Mechanical Properties of High Strength Concrete. Constuction Building Material, 17, 97-103.
12. 12. Zhou, F.P., Lydon, F.D., Barr, B.I.G., 1995. Effect of Coarse Aggregate on Elastic Modulus and Compressive Strength of High Performance Concrete. Cem. Concr. Res. 25, 177-186.
13. 13. Wu, K.R., Chen, B., Yao, W., Zhang, D., 2001. Effect of Coarse Aggregate Type on Mechanical Properties of High-Performance Concrete. Cem. Concr. Res. 31, 1421-1425.
14. 14. Kılıç, A., Atiş, C.D., Teymen, A., Karahan, O., Özcan, F., Bilim, C., Özdemir, M., 2008. The Influence of Aggregate Type on the Strength and Abrasion Resistance of High Strength Concrete. Cem. Concr. Compos. 30, 290-296.
15. 15. ISRM, 1981. Rock Characterization, Testing and Monitoring. In: Brown Et, Editor. ISRM (International Society for Rock Mechanics) Suggested Methods. Oxford: Pergamon.
16. 16. Güneyli, H., Yapıcı, N., Karahan, S., 2016. Doğal Anhidritin Beton Bileşeni Olarak Kullanımı. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31 (2), 7-15.
17. 17. Kilic, A.M., Kilic, Ö., Keskin, M.O., 2010. The Effect of the Rock Type Forming the Aggregate in Lightweight Polymer Concrete on Compressive and Flexural Tensile Strength. Scientific Research and Essays, 5 (15), 1986-1992.