FARKLI ÇİMENTO TİPİ KULLANIMININ BETONUN DURABİLİTE ÖZELLİKLERİ ÜZERİNE ETKİLERİ. Erhan Güneyisi, Turan Özturan, Mehmet Gesoğlu

Transkript

1 FARKLI ÇİMENTO TİPİ KULLANIMININ BETONUN DURABİLİTE ÖZELLİKLERİ ÜZERİNE ETKİLERİ Erhan Güneyisi, Turan Özturan, Mehmet Gesoğlu Boğaziçi Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 34342, Bebek, İstanbul Tel. (212) Fax. (212) E_mail: 1. Giriş Betonun durabilitesi 20. yüzyılın sonlarından itibaren dünya genelini ilgilendiren önemli bir konu olmuştur. Betonun özellikleri ise bileşenlerinin miktarına ve kalitesine bağlıdır. Çimento betonun en aktif bileşeni ve genellikle en fazla birim maliyetine sahip olmasından dolayı, herhangi bir beton karışımı için çimentonun seçimi ve uygun kullanımı en ekonomik çözümü elde etmede önemli bir faktör olacaktır. Çimento hamurunun mikroyapısı ise betonun dayanım ve durabilite özelliklerini etkileyen en önemli parametrelerden birisidir. Su bağlayıcı oranı ile birlikte bağlayıcı malzemenin içeriği hidratasyon reaksiyonu ile hamurun mikroyapısını belirlemektedir. Bu nedenle, portland çimentosu ve puzolanik malzemelerin farklı kombinasyonları ve onların birbirleriyle olan uyuşumu bu hususta çok önemli rol oynamaktadır [1-4]. Betonda klorür taşınımı, betonarme yapılarda klorürün donatının korozyonuna neden olmasından dolayı çok önemlidir [5]. Klorür konsantrasyonu belirli bir düzeye ulaştığında, betonun donatıyı koruyucu ortamı tahrip olur ve korozyon süreci başlar. Bu nedenle betonun klorür geçirimliliği gömülü donatı çubuğunun korozyonunda kritik rol oynar. Bu problem özellikle deniz yapılarında, buz çözücü tuzların sık kullanıldığı köprü ve yollarda ve ayrıca tuzlanmış yollardan taşıtlarca taşınan tuzlara maruz kalan otopark binalarında göze çarpmaktadır ve yapısal tahribat nedeniyle çok büyük onarım maliyetlerine yol açmaktadır [6]. Bu çalışmada, iki farklı su-çimento oranında normal ve yüksek dayanımlı olarak tasarlanan yalın portland çimentosu ve dört farklı tip katkılı çimentolarla üretilen betonlarda klorür penetrasyon derinliği, hızlandırılmış klorür geçirimliliği ve elektriksel direnç gibi durabilite 1

2 özellikleri araştırılmıştır. Ayrıca üretilen betonların basınç dayanımları ölçülmüştür. Bu amaçla, ülkemizde EN [7] standardına göre üretilen bazı çimentoların performanslarının karşılaştırılması planlanmıştır. 2. Çalışma Yöntemi Bu çalışmada iki grup beton üretimi yapılmıştır. Birinci gruptaki betonlar 0.65 su-çimento oranında ve 300 kg/m 3 çimento dozajında, ikinci gruptaki betonlar ise 0.45 su-çimento oranında ve 400 kg/m 3 çimento dozajında üretilmiştir. Birinci gruptaki betonlar normal dayanımlı [N] olarak ve ikinci gruptaki betonlar ise yüksek dayanımlı [H] betonlar olarak tasarlanmıştır. Her iki grupta da portland çimentosu (PÇ 42.5), portland kompoze çimentoları (PKÇ/A 42.5 R ve PKÇ/B 42.5), kompoze çimento (KZÇ/A 42.5) ve yüksek fırın cüruf çimentosu (CÇ 42.5) kullanılarak beş farklı tip bağlayıcıya sahip betonlar üretilmiştir. Taze betonda 17 ± 2 cm çökme elde etmek için gereklen miktarda süperakışkanlaştırıcı katkı maddesi kullanılmıştır. Böylece araştırmada toplam 10 farklı beton karışımı üretimiştir. Her karışımdan 6 adet 150x150x150-mm küp, 7 adet 100x200-mm silindir ve 1 adet 100x100x500-mm prizma numunesi üretilmiştir. Üretilen numuneler 24 saat sonra kalıplarından çıkarılmış ve deney zamanına kadar 20 ± 2 o C sıcaklığa sahip su havuzlarında bekletilmiştir. Numuneler üzerinde renk ayrımı yöntemi ile klorür penetrasyon derinliğinin belirlenmesi, hızlandırılmış klorür geçirimliliği ve elektriksel direncin ölçümü gibi betonun dayanıklılığını belirlemeye yönelik deneylerin yanısıra basınç dayanımları da tespit edilmiştir. Basınç deneyi, 0.1 kn duyarlıklı, 2000 kn kapasiteli üniversal basınç aleti kullanılarak yapılmıştır. Basınç deneyinde 150x150x150-mm küp numunesi kullanılmıştır. Deneyler 28 ve 90 günlük kür süresi sonunda yapılmıştır. Betonların klorür penatrasyon derinliklerinin belirlenmesinde renk ayrımı yönteminden yararlanılmıştır. Beton prizma numuneler 28 günlük kür sonrasında %4 konsantrasyonlu NaCl solüsyonu havuzlarına konulmuş ve belirli zaman aralıklarında (7, 14, 28, 56, ve 90 gün) havuzlardan çıkartılmış ve yarma testine tabii tutulmuştur. Hemen arkasından, 0.1N AgNO 3 solüsyonu kırılan yüzeye püskürtülerek yüzeyden içeri doğru giren klorür derinliği tespit edilmiştir. Betonda klorürün bulunduğu bölgeler beyaz, klorürün bulunmadığı bölgeler ise kahverengi olarak görülmüştür. Oluşan renk sınırlarından klorür penetrasyon derinliği, duyarlı kumpas yardımı ile ölçülmüştur. Ayrıca, elde edilen klorür penetrasyon derinliğiyle zaman değişim profillerinden herbir beton 2

3 tipi için klorür penetrasyon katsayısı belirlenmiştir. Hızlandırılmış klorür geçirimlilik testlerinde AASHTO T277 [8] / ASTM C1202 [9] yöntemlerinden yararlanılmıştır. Bu deney metodu elektriksel bir alan etkisiyle harekete geçen iyonların taşıdığı elektrik miktarını belirleme amacını taşımaktadır. Hızlandırılmış klorür geçirimliliği deneyinde her bir beton tipi için iki adet 100 mm çapında 50 mm yüksekliğinde beton disk numunesi aynı anda test edilmiştir. Beton disk numuneleri deney gününden 1 gün önce iki adet 100x200-mm silindir beton numunesinin orta kısımlarından kesilerek çıkartılmıştır. Disk numuneler kesilme işleminden sonra 1 saat kadar laboratuar ortamında bekletilerek yüzeylerinin kuruması sağlanmıştır. Silindirlerin yanal yüzeyleri hızlı sertleşen bir dolgu maddesi ile sıvandıktan sonra vakum aygıtı yardımı ile numunelerin suya tam doygun hale gelmesi sağlanmış ve sonra 18 ± 2 saat su içinde bekletilmişlerdir. Numuneler %3 konsantrasyonlu NaCl ve 0.3N NaOH çözeltileri arasında 60 Volt doğru akıma maruz bırakılmış ve 6 saat boyunca geçen elektrik miktarı coulomb cinsinden belirlenmiştir. Araştırmamızda bir veri toplama sistemi yardımı ile 6 saat boyunca geçen akım miktarı her 60 saniyede bir kaydedilmiştir. AASHTO T277 (veya ASTM C1202) yönteminde belirtildiği üzere, betonlar sahip oldukları coulomb değerlerine göre yüksek ten ihmal edilebilir e kadar değişen beş farklı klorür geçirimlilik sınıfına ayrılmıştır. Üretilen betonların hızlandırılmış klorür geçirimlilikleri 28 ve 90 günlük kür süresi sonunda yapılmıştır. Betonların elektriksel direnclerinin ölçümünde, 100x200-mm silindir numunenin orta bölgesinde aralarında 50 mm açıklık olacak şekilde 8 mm derinliğinde iki delik matkap yardımı ile açılmıştır. Açılan delikler iletken jelle doldurulmuş ve direnç ölçerin elektrodları bu deliklere yerleştirilerek elektriksel direnç okumaları kohmcm cinsinden kaydedilmiştir. Araştırmamızda, herbir silindirin yanal yüzeylerinden karşılıklı iki okuma alınmış ve toplam üç numuneden alınan altı okumanın ortalaması betonun elektriksel direnci olarak tespit edilmiştir. Deneyler 28 ve 90 günlük kür süresi sonunda yapılmıştır. 3. Bulgular Bu araştırma kapsamında aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir: 1. Kullanılan çimento tipi, su-çimento oranı ve uygulanan kür süresi betonların basınç dayanımını ve özellikle klorür geçirimliliği ve elektriksel direnci gibi durabilite özelliklerini önemli ölçüde etkilediği görülmüştür. 3

4 2. Katkılı çimentolu betonlar yalın portland çimentolu betona kıyasla 28. günde aynı veya daha az basınç dayanımına sahip olurken yaşın ilerlemesiyle (özellikle düşük suçimento oranında) bu durum tersine dönmüştür. 3. Katkılı çimentolu betonların klorür penetrasyon derinlikleri (PKÇ/A 42.5 R kodlu pordland kompoze çimentosu hariç) heriki su çimento oranı ve bütün bekleme süreleri için yalın portland çimentolu betondan daha az olmuştur. 4. Hızlandırılmış klorür geçirimliliği deneyi sonucunda, çimento tipine, su-çimento oranına ve beton yaşına bağlı olarak, beton disk numunelerden geçen toplam elektrik yükü (coulomb) miktarları ve karşılık gelen klorür geçirimlilik düzeyleri açısından yalın portland çimentolu betonun klorür geçirimliliği orta dan yüksek düzeye (3152 ila 6828 coulomb arasında) kadar klorür iyonu geçirimliliğine sahip olduğu görülürken, bu durum katkılı çimentolu betonlarda çok düşük ten yüksek düzeyleri (566 ila 6425 coulomb arasında) arasında değiştiği tespit edilmiştir. 5. Katkılı çimentolu betonların elektriksel dirençleri (6.9 ila 26.7 kohm-cm arasında) bütün su-çimento oranlarında ve yaşlarda yalın portland çimentolu betonunkine (5.8 ila 14.4 kohm-cm arasında) kıyasla daha fazla olduğu gözlenmiştir. 4. Kaynaklar 1. WEE, T.H.; SURYAVANSHI, A.K.; and TIN, S.S.; Evaluation of Rapid Chloride Permeability Test (RCPT) Results for Concrete Containing Mineral Admixtures, ACI Materials Journal, Vol. 97, No. 2, pp , ÖZYILIDIRIM, C.; and HALSTEAD, W.J.; Improved Concrete Quality with Combinations of Fly Ash and Silica Fume, ACI Materials Journal, Vol. 91, No. 6, pp , ÖZTURAN, T.; and GÜNEYİSİ, E.; Effect of Binder Type on Strength and Chloride Ion Permeability of High Strength Concrete, 5 th CANMET/ACI Int. Conference on Durability of Concrete, Suppl. Papers, Barcelona, Spain, pp , GÜNEYİSİ, E.; ÖZTURAN, T.; and GESOĞLU, M.; Laboratory Investigation of Chloride Permeability for High Performance Concrete Containing Fly Ash and Silica Fume, Proceedings of the International Conference, Challenges of Concrete Construction, Editors: R.K. Dhir, P.C. Hewlett, L.J. Csetenyi, Dundee, Scotland, pp ,

5 5. MEHTA, P.K.; and MONTERIRO, P.J.M., Concrete: Structure, Properties and Materials, 2nd Edition, Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J., BERKE, N.S.; PFEIFER, D.W.; and WEIL, T.G.; Protection Against Chloride Induced Corrosion, Concrete International: Design & Construction, Vol. 10, No. 11, pp , EN 197-1, Cement-Part1: Composition, Specifications and Conformity Criteria for Common Cements, AASHTO T ; Rapid Determination of the Chloride Permeability of Concrete, American Association of States Highway and Transportation Officials, Standard Specifications Part II, Washington, D.C., ASTM C ; Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete s Ability to Resist Chloride Ion Penetration, Annual Book of ASTM Standards, Vol ,