İLERİ BETON TEKNOLOJİSİ. Yrd.Doç.Dr.Selim CEMALGİL KONU-1

Transkript

1 İLERİ BETON TEKNOLOJİSİ Yrd.Doç.Dr.Selim CEMALGİL KONU-1

2 GİRİŞ İnsanoğlu, varoluşundan bu yana doğa olaylarından ve tehlikelerden korunmak ve hayatını sürdürebilmek için güvenli bir barınağa gereksinim duymuştur. İlk çağlarda malzemeler doğada bulunduğu şekliyle kullanılmaktaydı. Daha sonraki süreçte, malzeme bilimine paralel olarak insanlardaki düşünce ve becerilerin gelişimi ile doğadaki malzemeler işlenip şekillenerek kullanılmaya başlandı.

3 GİRİŞ Beton, uzun yıllardan beri en önemli yapı malzemesi olma özelliğini korumuştur. Güncelliğini kaybetmeyen beton, bütün inşaatlarda az veya çok kullanılmaktadır. Bu inşaatlar arasında; yollar, sulama kanal kaplamaları, köprüler, barajlar ve konutlar sayılabilir. Betonun kullanılma sebebi; şekil verilebilme kolaylığı, fiziksel ve kimyasal dış etkilere dayanıklılığı, ekonomik oluşu, kullanım ve üretimindeki pratikliğidir.

4 GİRİŞ Betonun teknik özelliklerinin gelişmesi ile birlikte betonda, dayanım özelliği kadar estetik, ekonomiklik, permeabilite, elastiklik, enerji tokluğu gibi nitelikler de aranılır olmuştur. Bu amaçla betonun performansı iyileştirilmekte, döküm ve yerleştirme hızı yükseltilmekte, üretimi endüstrileşmekte ve daha ekonomik hale gelmektedir.

5 GİRİŞ Beton; taze halde iken ayrışmadan ve boşluğu en az olacak şekilde sıkıştırılıp yerleşebilmeli ve sertleştikten sonra, ömrü boyunca karşılaşacağı çeşitli fiziksel ve kimyasal etkilere karşı yeterli dayanıklılığa sahip olmalıdır. Beton değişik dış ve iç etkilere maruz kalır. Gerek maruz kaldığı dış etkiler altında (mekanik, fiziksel ve kimyasal), gerekse kendi iç yapısında zaman içerisinde meydana gelecek değişikliklerden dolayı yapacağı şekil değiştirmelerin belirli değerleri aşmaması istenilen özelliklerdir.

6 GİRİŞ Betonun mukavemet ve dayanıklılığını belirleyen en önemli etkenlerden biri su / çimento (s/ç) oranıdır. Betonda düşük s/ç oranının sağlanması; agrega karışım oranlarının ve granülometrisinin düzenlenmesinin yanı sıra, beton katkı maddelerinin kullanılması yoluyla da sağlanabilir. Üniform ve iyi kalite beton dökmek, sorumlu şahısların gayret ve dikkatiyle gerçekleşebilir.

7 Betonun Tanımı ve Tarihçesi Beton ; çimento, beton agregası, su ve uygun katkı maddelerinin hesaplar neticesinde, belirli oranlarda homojen olarak karıştırılması ile elde edilen, başlangıçta plastik kıvamda olup zamanla çimentonun hidratasyonu sebebiyle katılaşıp, istenilen şekli alarak sertleşen kompozit bir yapı malzemesidir. Betonun tarihçesi; Betonun ilk bulunuş tarihi kesin olarak bilinmemekle beraber beton teknolojisinin tarihi yaklaşık 1845 yılına kadar gitmektedir. İlk betonarme yapının 1852 yılında yapıldığı bilinmektedir. Çimentonun patenti ise, 1824 yılında Joseph Aspdin adında bir duvarcı ustası tarafından alınmıştır.

8 Betonun Tanımı ve Tarihçesi İlk beton şartnamesi ABD de 1904 ve Almanya da 1906 yılında hazırlanmıştır. Türkiye de ilk betonarme yapı 1920 yılında inşa edilmiştir. Yapılan araştırmalara göre, yıları arasında Avrupa nın beton şartnamelerini geliştirdiği görülmüştür. Beton malzeme üzerine en ayrıntılı araştırmalar ve karışım hesapları için esasların geliştirilmesi, yılları arasına rastlamaktadır.

9 Betonun Tanımı ve Tarihçesi Son yıllarda kimyasal katkı maddesindeki gelişmeler, puzolanik katkı maddelerinin önemi anlaşılarak beton üretiminde kullanılması, lif ve taze betona vakum uygulayarak betonun mekanik ve fiziksel özelliklerin oldukça geliştirilmiştir. Bazı katkı maddeleri kullanılarak basınç dayanımı 200 MPa olan beton üretilmektedir. Günümüzde beton teknolojisi ne kadar gelişmiş olsa da, betondaki bazı sorunlar hala çözüm beklemektedir. Bu sorunlar;

10 Betonun Tanımı ve Tarihçesi Kendi ağırlığının fazla olmasından dolayı geniş açıklıkları geçmekte karşılaşılan sorunlar, Betonun döküleceği yerdeki kalıp ve kalıp işçiliği, Beton malzemesinin hazırlanmasından beton üretimine kadar her kademesinin denetimindeki yetersizlikler Beton döküldükten sonraki bakımının yeterince saglanamaması Betona sonradan yamanın güç olması,

11 Betonla İlgili Terimler Betonarme, beton ve TS 708 e uygun çeliğin betondan sıyrılmayacak bir biçimde birleşmesiyle oluşan ve beraber çalışan kompozit yapı malzemesidir. Betonda ıslak eleme, belirli boydan küçük agregayı taze betondan ayırmak için uygulanan işlemdir. Buhar öncesi süresi (ilk priz süresi-bekleme süresi), beton elemanın kalıba dökümünün tamamlanması ile buhar kürü uygulaması arasında geçen süredir

12 Betonla İlgili Terimler Büzülme derzi, yapılarda boy değişimi nedeni ile meydana gelebilecek çatlakları önlemek üzere düzenlenen derzdir. Çalışma derzi, farklı zamanlarda yerleştirilmesi gereken beton kısımlar arasında sürekliliği sağlayabilecek tarzda düzenlenmiş derzdir. Değişmez ağırlık, belirli sıcaklıkta bekletilen agrega veya betonun 2 saat ara ile yapılan müteakip tartımında % 0,5 den fazla ağırlık değişmesi tespit edilmeyen ağırlığıdır.

13 Betonla İlgili Terimler Deney numunesi yaşı, beton karışımına su konulması başlangıç kabul edilmek üzere gün olarak geçen süredir. Erken mukavemet, betonun kür veya hava şartlarında belirli bir sürede kazanacağı mukavemetin çabuklaştırılması ile daha kısa sürede elde edilen mukavemettir. Etkin ön gerilme, ön germe işleminden sonra bütün kayıplar düşüldükten sonra ve elemanın kendi ağırlığından gelen gerilme hariç olmak üzere kalan gerilmedir.

14 Betonla İlgili Terimler Değişmez ısılı kür (adiabatik kür), betonda veya harçta kür boyunca değişmez ısı durumunun korunmasıdır. Genleşme derzi, sıcaklık değişmeleri nedeni ile meydana gelebilecek küçük rölatif hareketlere imkân vermek üzere düzenlenen ayırım yerleridir. Harç, harç kumu, su, bağlayıcı (çimento, kireç ve alçı) ve gerektiğinde ilave edilen katkı maddelerinin uygun oranlardaki karışımı ile oluşturulan (kagir duvarlar ile iç ve dış sıvaların yapımında kullanılan ve mineral esaslı bağlayıcı) yapı malzemesidir.

15 Betonla İlgili Terimler Kapiler boşluk, iç yüzeylerinde toplanan suyun beton içinde moleküler çekim ile hareketine olanak tanıyacak büyüklükteki mikroskobik kanallardır. Kapiler hacim, betonda boşlukların dizilmesinden ortaya çıkan ve iç yüzeylerinde suyun moleküler cazibe ile emilmesine sebep olan mikroskobik kanallardan oluşan boşluk hacmidir. Kum püskürtme, beton ve benzeri yüzeylerin bir hortum başlığından basınçlı havayla kum püskürtmesi yoluyla aşındırılması, temizlenmesi veya betonun kesilmesidir.

16 Betonla İlgili Terimler Kurutma işlemi, kür sırasında beton elemanlarının nemlilik oranının dış çevre nemiyle dengeli duruma getirilmesidir. Kür odası, beton deney numunelerinin depolanarak kür edildiği, sıcaklığı 23 ± 2 oc ve bağıl nem oranı en az % 90 olan odadır. Kütle betonu, hidratasyondan doğacak ısı ve buna bağlı hacim değişikliklerinin oluşturacağı çatlakların önemli olabileceği büyük hacim betondur.

17 Betonla İlgili Terimler Mutlak hacim, beton veya harç bileşenlerinden her birinin yapısındaki geçirimli boşluklar dahil, parçacıkları arasındaki boşluk hariç olmak üzere kendi hacimleri (sıvılarda kapladıkları hacim) dir. Oyulma, beton yüzeyinde agreganın ortaya çıkmasına sebep olan bozukluktur. Ortalama hava sıcaklığı, beton döküm yerinde saat; 7, 10, 13, 16 ve 19 da ölçülen hava sıcaklıklarının aritmetik ortalamasıdır.

18 Betonla İlgili Terimler Önceden yerleştirilmiş agregalı beton, yerleştirilen iri agreganın boşlukları kum, portland çimentosu ve gereğinde katkı maddesi karışımı ile elde hazırlanmış şerbet enjeksiyonuyla doldurularak elde edilen betondur. Ön dinlendirme yeri, ön yapımlı betonların kalıba yerleştirildikten sonra buhar kürü odasına girmeden önce dinlendirildikleri alandır. Petek şeklinde boşluk, harcın iri agregalar arasındaki boşluğu doldurmaya elverişli olmaması nedeniyle betonda ortaya çıkan boşluktur.

19 Betonla İlgili Terimler Reoloji, sertleşmiş betonun deformasyonu, taze betonun taşınma ve yerleştirilmesini ve çimento şerbet macunu ve benzerleri de dahil olmak üzere malzemelerin akışını inceleyen bilim dalıdır. Sertleşmiş betonda boşluk (görünür boşluk) oranı, beton içindeki geçirgen boşluk hacminin beton görünür hacmine oranıdır. Sertleşmiş betonda su emme oranı, etüv kurusu betonun suya doygun kuru yüzeyli duruma getirilmesiyle ortaya çıkan ağırlık artışının etüv kurusu betonun ağırlığına yüzde olarak oranıdır

20 BETON ÇEŞİTLERİ Betonlar, genellikle yoğunluklarına, basınç dayanımlarına ve üretim yerlerine göre gruplara ayrılırlar. Yoğunluklarına Göre Betonlar Sertleşmiş betonun yoğunluğu, betonun etüv kuru kütlesi havada tartılarak bulunmuş ağırlığının görünür hacmine oranıdır. Genellikle betonların yoğunluklar kg/dm³ veya kg/m³ olarak belirtilir. Betonlar, yoğunlularına göre

21 BETON ÇEŞİTLERİ Hafif beton, Normal beton, Ağır beton, olmak üzere üç çeşittir. Taze betonda yoğunluk ise, belirli bir hacim içerisine sıkıştırılarak yerleştirilmiş taze betonun birim hacme karşılık gelen kütlesinin kg/dm³ olarak ifadesidir. Taze betonun yoğunluğu sınıflamada esas alınmaz.

22 Hafif betonlar Hafif beton, etüv kurusu yoğunluğu 0,8 2,0 kg/dm3 arasında olan betondur. Hafif betonlar, geçmişten bugüne kadar çok çeşitli metotlarla üretilmektedir. Hafif betonlar; hafif agregalarla, kimyasal köpüklerle, kum kullanılmadan yalnız iri agrega ile ve kimyasal metotlarla gaz oluşturmak suretiyle üretilirler. Üretildikleri hafif agrega cinsine göre isim alırlar; bims betonu, uçucu kül betonu, genleştirilmiş kil betonu ve odun talaşı betonu gibi. Beton içine genleştirici kimyasal maddeler katılarak gaz hücreli vb. hafif beton üretilmektedir

23 Hafif betonlar Gaz beton, ince ve silisli bir agrega ve inorganik bir bağlayıcı madde (kireç veya çimento) ile hazırlanan karışımın, gözenek oluşturucu bir madde katılarak hafifletilmesi yolu ile elde edilen hafif betondur. Hafif betonlar, atık maddeleri değerlendirmek veya yapı elemanında ses, ısı ve hafiflik gibi özelliklerin arandığı durumlarda yapılan betonlardır.

24 Doğal ve yapay hafif agrega ile üretilen betonlar Bu betonlar, ısı ve ses yalıtım amaçlı olmakla beraber yarı taşıyıcı hafif beton üretiminde kullanılır. Perlit betonu, tüf, uçucu kül ve sünger taşı (ponza veya bims taşı) betonu, yüksek fırın cürufu ile üretilen betonlar genellikle ısı ve ses yalıtım amaçlıdır.

25 Doğal ve yapay hafif agrega ile üretilen betonlar Odun talaşı ve ahşap yonga ile üretilen betonlar, genellikle ısı ve ses yalıtım amaçlıdır. Organik kökenli agregalar selüloz, çözülebilir şeker, asit, yağ, reçine ve pek çok organik bileşim içerdiklerinden, çimentonun sertleşmesi ve döküm işlemi üzerinde kalıcı ve olumsuz etkilere sahiptirler. Bundan dolayı organik kökenli malzemeler, aşağıda verilen işlemlerden geçirildikten sonra kullanılmaktadır: Odun parçacıklarının kısmen oksitlenmesi sağlanır. Oksitlenme sırasında oluşan kimyasal çözeltinin zararlı etkileri, ek kimyasal işlemlerle

26 Kimyasal katkı maddesiyle üretilen hafif betonlar Taze beton içine hava sürükleyici kimyasal katkı maddesi katılarak betonun birim hacim ağırlığının 2,0 kg/dm3 ün altında bir yapıya sahip olmasıdır. Bu yönteme köpürtme yöntemi de denilir. Taze beton içine çimento ile birlikte alüminyum tozu ilavesiyle beton bünyesinde boşluklar oluşturularak elde edilmektedir. Taze beton içine hidrojen peroksil ve beyazlatma tozu ilavesiyle yine beton içinde boşluklar oluşturarak elde edilir. Hafif betonlar, normal betonların sakıncalı

27 Kimyasal katkı maddesiyle üretilen hafif betonlar Hafif betonları yoğunluk ve mukavemetlerine göre üç grup altında toplamak mümkündür. Yalıtım betonları; etüv kurusu yoğunluğu 0,8 1,4 kg/dm³, basınç dayanımları 100 kgf/cm² den küçüktür. Yalıtım betonu, ısı geçirgenlik katsayısı düşük olan betondur. Yarı taşıyıcı hafif betonlar; etüv kurusu yoğunluğu 1,4 1,6 kg/dm³, basınç dayanımları 150 kgf/cm² civarındadır. Taşıyıcı hafif betonlar; etüv kurusu yoğunluğu 1,9 kg/dm³ den az olan ve en az C 14 mukavemet sınıfındaki betondur.

28 Normal betonlar Normal beton; genellikle yoğun beton agregası ile üretilen, etüv kurusu yoğunluğu 2,0-2,6 kg/dm³ arasında değişen betondur. Betonun yoğunlukları, genellikle betonda kullanılan agreganın çeşidine, orijinine, granülometrik yapısına bağlı olarak değişebilmektedir. Maliyetinin ucuzluğu, yüksek dayanımı, kolay işlenebilme özelliklerinden dolayı diğer yapı malzemelerine göre daha fazla kullanılmaktadır. Ancak bu betonla inşa edilen

29 Ağır betonlar Ağır beton; barit, magnetit, limonit ve demir gibi yoğunlukları 3,2 kg/dm³ ün üstündeki agrega kullanımıyla elde edilen betondur. Ağır betonlar, özellikle zararlı(α, β ve γ) ışınlara karşı bir perde oluşturmak amacıyla kullanılan, etüv kurusu yoğunluğu 2,6 kg/dm³ büyük olan betonlar olarak bilinmektedir. Genellikle kullanım yerleri arasında nükleer reaktörler yani atom santralleri, hastanelerin ışın tedavisi yapılan bölümleri, askeri mühimmat depoları gibi yerler gösterilebilir. Nükleer çalışma gereği betonların içine bor tuzları katılır. Bunlar geciktirici etki yapar.

30 Ağır beton üretiminde : Ağır betonlar Betonun homojen olmasına dikkat edilmelidir. Çatlak meydana gelmemesi için dozaj 350 kg/dm³ den büyük ve s/ç oranı 0,50'den küçük olmalıdır. Beton tabaka kalınlığı en fazla 25 cm olmalı ve sıkıştırmada yüksek frekanslı vibratörler kullanılmalıdır. Sıkıştırmada vibratör uygulamasına önemle dikkat edilmelidir.

31 Beton sınıfları tablosu TS e göre beton sınıfları ve dayanımları Beton Sınıfı f ck karakteristik sil. bas.day. MPa Eşdeğer Küp ( ) bas.day. MPa f ctk karakteristik eksenel çek.day. MPa E c (28 gün) Elas.Mod. MPa C C C C C C C C C

32 Özel Betonlar Püskürtme beton Püskürtme beton, basınçlı hava yoluyla işlenmeye uygun olarak hazırlanmış yüzeyler üzerine püskürtülen ve püskürtme basıncıyla istenilen yüzeyler üzerine yapışan beton veya harçtır. Püskürtme beton karışımların çimento miktarı normal betona göre daha fazladır. Püskürtme betonda kum içeriği toplam agreganın ağırlıkça % 55- % 65 arasındadır. Püskürtme betonunu yüzeye ileten hortum çapı mm arasında değişir. Genel olarak ifade edilirse, hortum çapı, kullanılan agreganın tane çapının 3 katı olmalıdır.

33 Özel Betonlar Püskürtme beton, kuru ve ıslak (yaş) sistem olarak iki değişik şekilde uygulanır. Kuru ve yaş sistemlerinden birinin seçiminde şu üç ana unsur göz önünde bulundurulmalıdır: 1. İşe uygunluk ve pratik uygulanabilirlik 2. Yatırım, işletme, personel ve malzeme finansmanı 3. Bakım ve tamir koşulları

34 Kuru sistem Kuru püskürtme beton, karışım suyu hortum başlığında ilave edilen püskürtme betondur. Karışım, kuru (susuz) olarak hazırlanır. Kuru karışım püskürtme makinesine doldurulur ve kontrollü olarak makine içindeki değirmenden geçtikten sonra 3-6 atmosfer (Atü) basınçla hortuma itilir. Hortum çıkışındaki püskürtme başlığında hız yaklaşık m/s dir. Püskürtme başlığında kuru karışıma, su ve gereğinde beton kimyasal sıvı katkı maddesi ilave edilir. Püskürtme

35 Yaş sistem Yaş veya ıslak püskürtme betonu, karışım suyu ilave edildikten sonra uygulanan püskürtme betondur. Karışım yaş olarak hazırlanır. Püskürtme beton yapımında kullanılan ekipman, belirlenen en büyük tane çaplı agregayı karıştırmaya ve püskürtmeye uygun olmalıdır. Bütün aletler; mikserler dahil, hortumlar, püskürtme ucu ve borusu hava ve su basınç göstergeleri ve contalar temiz olmalıdır. Yaş sistemin iki uygulama yöntemi vardır. Bunlardan birinde yoğun olmayan malzeme, diğerinde yoğun malzeme iletimi yapılır. Bu tekniklerin uygulanmasında farklı özellikteki

36 Yaş ve kuru sistemin karşılaştırılması Yaş ve kuru sistemlerinin birbirlerine üstünlüklerini şu şekilde karşılaştırmak olasıdır. Burada bir sistemin olumlu özelliği diğer sistemin olumsuzluğunu ifade eder. Yaş sistemde su/çimento oranı kısmen düşüktür. Ayarlama makine ile olduğu için gerçek değerden sapma azdır. Bu önemli nokta, betonda homojenlik ve yüksek basınç mukavemeti sağlar. Yaş sistemde geri sıçrama daha azdır. Yaş sistemde geri sıçrama azlığı nedeniyle yüzeydeki betonda fazla malzeme kalmasının büyük bir mahsuru yoktur. Kuru sistemde püskürtme beton, yaş sisteme göre daha erken dayanım sağladığı için

37 Yaş ve kuru sistemin karşılaştırılması Yaş sistemde boru çapına bağlı olan randıman daha fazla olabilir. Yaş betonun makine ve boruda yaptığı tahribat en az kuru sistem kadardır. Kuru sistemde çimento ve çok ince agregadan dolayı görüş mesafesi az olduğundan çalışma zorluğu vardır. Kuru sistemde kullanılan alet kirlenmediğinden dolayı, temizlik için harcanacak zaman azalır, iş verimi artar. Kuru sistem betonunda olduğu gibi, su / çimento oranının dar sınırlar içinde sabit