Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

RAC (recycled aggregate concrete=újrahasznosított adalékanyagot tartalmazó beton) tartószerkezeti alkalmazása a modern, fenntartható betonépítés és előregyártás egyik fő irányvonala.
RAC esetén az anyag szempontjából a szilárdsági jellemzők, a rugalmassági modulus, a kúszási tényező és a zsugorodás változnak (utóbbi kettő jelentősen nőhet). Teherbírás tekintetében megfelelő minőségű RCA (recycled concrete aggregate=zúzottbeton adalékanyag) alkalmazása esetén nincs jelentős hatása egy hagyománys vasbeton gerendához képest, a használhatóság tekintetében viszont a zsugorodás és kúszás növekedése, illetve a húzott betonzóna merevítő hatásának feltételezett csökkenése tartószerkezeti szempontból mértékadó lehet. A többi anyagjellemző mellett, az utóbbi számítására is tartalmaz az Eurocode 2 (2023) szabvány, illetve a fib Model Code 2020 ajánlást, ugyanakkor ennek alapját csak néhány tesztsorozat adja, így további mérési eredmények nagy fontosságúak lehetnek a módszer alkalmazhatóságának és az alkalmazási határok kiterjesztése szempontjából. Szintén jelentős hiány tapasztalható feszített RAC szerkezetek esetén, ahol a szabvány adatok hiányába csak nagyon szűk határok között engedi kiegészítő kísérletek nélkül a RCA alkalmazását. Szintén aktuális téma, hogy az EN 206 szabvány jelenlegi változata csak durva adalékanyag frakció esetében engedélyezi RCA alkalmazását, ugyanakkor a szabvány új változata feltételezhetően kiterjed majd a finom frakció részleges RCA-val való helyettesítésére is.
A tervezett kutatás alapját egy kiterjedt, a jelenlegi szabvány hátteret kiterjesztő kísérletsorozat adja, mely mind anyagi és mind tartószerkezeti szempontból vizsgálja különböző összetételű és helyettesítési arányú RAC gerendák tulajdonságait és szerkezeti viselkedését. A valós kísérletsorozatot ezt követően átfogó numerikus kísérletsorozat bővítené ki, melynek validálásához a valós tesztek biztosítják a hátteret. Végső cél a valós és numerikus kísérletsorozat együttes eredményei alapján a jelenlegi Eurocode 2 (2023) és fib Model Code 2020 szerinti méretezési eljárás pontosítása és kiterjesztése. Ilyen módon a kutatás eredménye a tervezői gyakorlatban közvetlenül hasznosulhat.
A kutatás részeként elvégzendő feladatrészek a következők:
(i) RAC gerendák rövid idejű és időben lejátszódó viselkedését vizsgáló kísérleti terv összeállítása, a kísérletsorozat elvégzése és az eredmények kiértékelése (a kísérletek kiterjednek a szilárdsági és egyéb anyagjellemzők (rugalmassági modulus, törési energia, zsugorodás, kúszás), illetve gerendák használhatósági és teherbírási szempontból történő szerkezeti vizsgálatára);
(ii) nemlineáris végeselemes modell fejlesztése, validálása, majd szisztematikus paraméteres vizsgálat segítségével a kísérleti eredmények kiterjesztése;
(iii) az új kísérleti és numerikus eredmények összevetése a meglevő méretezési eljárással, ennek továbbfejlesztése, kiegészítése az új eredmények tükrében.

***
The application of RAC (recycled aggregate concrete) in structures is one of the main directions of modern, sustainable concrete and precast concrete construction.
Regarding the material properties of RAC, the strength values, modulus of elasticity, creep coefficient and shrinkage can change (the latter two can increase significantly). In terms of load-bearing capacity, there is no significant effect when using RCA (recycled concrete aggregate) of appropriate quality compared to conventional beams, but in terms of serviceability, the increase in shrinkage and creep, as well as the assumed decrease in tension stiffening can be critical from a structural perspective. Beside the material properties, the calculation of the latter is also included in the Eurocode 2 (2023) standard and the fib Model Code 2020 recommendation, but this is based on only a few test series, therefore further measurement results may be of great importance in terms of the applicability of the method and the extension of the limits of applicability. There is also a lack of data in the case of prestressed RAC structures, where, without additional experiments, the standard allows the application of RCA only within very narrow limits. Another current issue is that the current version of the EN 206 standard only allows the application of RCA for coarse aggregate fractions, while the new version of the standard will presumably also cover the partial replacement of fine aggregate fractions with RCA.
The planned research would be based on an extensive series of experiments extending the current standard background, which would examine the properties and structural behaviour of RAC beams with different compositions and replacement ratios from both a material and a structural perspective. The series of experiments would then be extended by a series of numerical experiments, the validation of which would be supported by the real test results. The final aim is to refine and extend the current Eurocode 2 (2023) and fib Model Code 2020 design procedures based on the combined results of the real and numerical series of experiments. In this way, the results of the research can be directly utilized in design practice.
The tasks to be performed as part of the research are as follows:
(i) design of an experimental test series for examining the short-term and time-dependent behaviour of RAC beams, execution of the tests and evaluation of their results (the experiments cover the measurements of strength and other material properties (elastic modulus, shrinkage, creep, fractural energy), as well as structural testing of beams from the perspective of serviceability and load-bearing capacity);
(ii) development and validation of nonlinear finite element models, and by them the extension of the experimental results during a systematic parametric study;
(iii) comparison of the new experimental and numerical test results with the existing design procedure, its further development and supplementation is based on the new results.