OTOYOL A.Ş. - NÖMAYG KALİTE BİRİMİ

Transkript

1 GEBZE-İZMİR-ORHANGAZİ OTOYOLU (İZMİT KÖRFEZ GEÇİŞİ VE BAĞLANTI YOLLARI DAHİL) PROJESİ Gişe Alanları Fiber Katkılı Betonları 1 TARİH: Hakkında Sunum

2 FİBER KATKILI / DESTEKLİ BETON (İng. Fiber Reinforced Concrete Fiber Katkılı / Destekli Beton (Fiber Reincforced Concrete), ACI (American Concrete Institute Amerikan Beton Enstitüsü) 544.1R standardına göre: «... Fiber katkılı beton, çimento, sadece ince agregalar ya da ince ve kaba agregalar ve devamlılığı olmayan münferit fiberler ile yapılan beton olarak tanımlanmaktadır» (Bakınız: A.M. Neville, Concrete Technology, Second Edition [2010], Sayfa 402, Paragraf 2) NEDİR? 2 Örnek Fiber Katkılı Beton Kesidi

3 Bu fiberler, doğal malzemelerden (örneğin: asbest, selüloz, sisal bitkisi lifi) ya da imal edilmiş cam, çelik, karbon ya da polimer (örneğin: polipropilen) ürünlerden elde edilir. Gebze-Orhangazi-İzmir Otoyolu Projesi Gişe Alanlarında, SİKAFİBER PPM-12 marka, 12 mm uzunluğunda mikro fiberler ile yapılan C 40/50 dayanım sınıfına sahip Lifli Beton kullanılmaktadır. Projede, bu lifli betonlar ASTALDİ (Km ) ve MAKYOL-GÖÇAY Kesimlerinde (Km ) Gişe Alanlarında kullanılmakta, NUROL firması ise (Km_ ) Gişe Alanları Fiberli Betonları için dizayn çalışmalarına başlamıştır. Polipropilen, 1951 yılında bulunmuş bir «termoplastik (belirli bir sıcaklıkta şekil verilebilen ve soğuduğunda sertleşen)» polimerdir ve bir çok endüstriyel alanda yaygın kullanımı vardır. Üstte: Polipropilen Fiber Altta: Polipropilen Fiberlerin Büyütülmüş Görüntüsü 3

4 Mikro Polipren Fiberlerin Gişe Alanı Beton İçindeki Mikro Çatlakları ve Yüzeyindeki Rötre Çatlaklarını Önleme Mekanizması Mikro Polipren Fiberler, beton içerisinde ve yüzeyinde oluşmaya başlayan ve büyümeye meyilli çatlakları, çatlakların ayrılma / genişleme yüzeyi boyunca bir köprü görevi görerek dayanım ve sünekliliğin artışına neden olur. (Bakınız: Yandaki Şekil - Concrete Microstructure Properties and Materials P. Kumar Mehta & Paulo J.M. Monteiro (Third Edition- 2006) - Fiber Reinforced Concrete Sayfa 506 Şekil 12-15) Mikro çatlak Mikro Fiberlerin, mikro çatlaklardaki köprü etkisi Mikro Fiber 4

5 Fiber Tipi Özgül Ağırlık Krizotil (Yumuşak, Lifli Mineralin Adı) Asbest 2.55 Alkaliye Dayanıklı Cam Elyaf Boyutunda İnceltilmiş (Fibrillated) Polipropilen Çelik Karbon Polipropilen fiberlerin tipik fiziksel özellikleri aşağıdaki tabloda belirtilmektedir (A.M. Neville, Concrete Technology, Second Edition [2010], Sayfa 404, Tablo 20.3): Çekme Dayanımı Mpa / psi Mpa / psi 0.65 Mpa / 95 psi Mpa / psi Mpa / psi Kevlar (Kurşun Geçirmez Yeleklerde 3.6 Mpa / Kullanılan [OTOYOL Fiber) A.Ş. / NÖMAYG KALİTE BÖLÜMÜ] Psi 5 Elastisite Modülü Kopmada Uzama (%) Poisson Oranı 164 Gpa / 23.8 x 10 6 (Psi) Gpa / 11.6 x 10 6 (Psi) Mpa / 1.2 x 10 6 (Psi) Mpa / 29 x 10 6 (Psi) Gpa / x 10 6 (Psi) /

6 Fiber Tipi Çekme Dayanımı Elastisite (Young) Modülü, 10 3 Ksi / 10 6 Psi (1 ksi = 1000 psi) Nihai Uzama (%) Özgül Ağırlık Akrilik Asbest ~ Pamuk Cam Naylon (Yüksek Çekmeli) Polyester (Yüksek Çekmeli) Polietilen ~ ~ Propilen Polipropilen fiberlerin tipik fiziksel özellikleri (Concrete Microstructure Properties and Materials P. Kumar Mehta & Paulo J.M. Monteiro (Third Edition- 2006) - Fiber Reinforced Concrete Sayfa 507 Tablo 12-15) Rayon (Suni İpek Lifi - Yüksek Çekmeli) ~ Kaya [Mineral] Yünü ~ (İskandinav) 6 Çelik

7 Polipropilen fiberleri, diğer fiberlerden (çelik, asbest v.b.) ayıran önemli bir özelliği de, normal oranlı yükler altında düşük Elastisite Modülüne sahip olduğu halde, ani darbe (impact) yükleri altında Elastisite Modülünün önemli ölçüde artmasıdır. Bu nedenle, bu tip betonlar darbeye maruz kalan beton yüzeylerde (zemin kazıklarının dış başlıkları) ve beton yapı elemanlarının yüzeylerinin korunması ve güçlendirilmesi amacıyla beton karışımlarında kullanılmaktadır. (A.M. Neville, Concrete Technology, Second Edition [2010], Sayfa 407 Paragraf 2): 7

8 Sikafiber PPM-12 Darbe Testi Videosu (Firma Tarafından Yapılmıştır ve Herhangi Bir Standart Belirtilmemiştir) Not: Videonun İzlenebilmesi İçin İnternet Bağlantısı Gereklidir 8

9 MAKRO VE MİKRO FİBERLER Fiberler temel olarak, uzunluklarına göre ikiye ayrılmaktadır 1-) Makro Fiberler: Bazen «yapısal fiberler / structural fibers» olarak da adlandırılabilen bu fiberler yaklaşık 1.5 inch den (3.81 cm) uzun boya sahiptir. Makro Fiberler kullanım yerlerine göre donatı görevini de görebilmekte ve buna ek olarak erken ve geç beton yaşlarında çatlamaları (yüzeysel ve yapısal) azaltmak amacıyla kullanılabilir. 2-) Mikro Fiberler ise, 1.5 inch den (3.81 cm) kısa olup donatı görevini görmezler (endüstriyel ürün kataloglarında bu durum belirtilmektedir) ve genel olarak betonun erken yaş dönemindeki yüzeysel deformasyonları (rötre çatlakları) engellemek için kullanılırlar. Mikro Fiberler genellikle boylarına ve üretildikleri malzeme türüne göre sınıflandırılırlar. (Texas Department of Transportation - Texas Ulaştırma / Karayolları Departmanı, Construction Tips and Materials Makalesi, Sayfa 1, Paragraf 2 Ryan Barborak P.E. Ocak 2011) Not: Projemizdeki gişe alanlarındaki Fiberli Betonlarda (C 40/50) SİKAFİBER PPM-12 (Polipropilen Mikro Fiber, 12 mm fiber uzunluğu) kullanılmaktadır. 9

10 Gebze-Orhangazi Kesimindeki Gişe Alanlarında Kullanılan Fiberin Tanımı ve Sınıflaması Gebze-Orhangazi kesimindeki Gişe Alanlarında cm kalınlığındaki fibersiz C 40/50 Donatılı beton priz almadan aynı anda üzerine dökülen 10 cm kalınlığındaki C 40 / 50 Fiberli Beton kullanılmaktadır. Bu 10 cm lik fiberli ve donatısız betonda rötre çatlaklarını ve yüzey aşınmasını önlemek amacıyla katılan fiberin markası SİKA Fiber PPM-12 dir. Katılan fiber miktarı, üreticinin bu tür uygulamalar için kullanım kılavuzunda belirttiği şekilde «1 m 3 beton için 600 gram»dır. PPM-12 Kısaltmasının açılımı PP M 12 Polypropilen Micro 12 mm fiber uzunluğu Not: Bu ürün, eskiden «Sikafiber» adıyla satılmaktaydı 10

11 Örnek Alın Gişesi Alanı Üst Yapı ve Gişe Sahası Beton Kalınlıklarını Beraber Gösteren Projeden Alıntı 11

12 FİBERLİ BETON KARIŞIMLARININ SINIFLANDIRILMASI Fiberlerin, katıldıkları beton karışımlarına etkileri karışımdaki hacimsel yüzdeleri oranına göre değişmektedir. (Concrete Microstructure Properties and Materials P. Kumar Mehta & Paulo J.M. Monteiro [Third Edition- 2006] - Fiber Reinforced Concrete Sayfa 503): 12

13 1-) Düşük Hacimli Fraksiyon ( < % 1 Fiber İçeriği): Bu hacim içeriğinde, fiberler rötre çatlaklarını azaltmak için kullanılamaktadır. Büyük miktarda açıkta yüzeyi bulunan döşeme ve kaplamalarda (örneğin park ve gişe alanları) rötre çatlaklarının engellenmesi için kullanılır. Beton içerisinde dağılmış olan fiberler, rötre çatlaklarını azaltmada standart donatı ve hasır çelik donatılara göre aşağıda belirtilen avantajları sağlamaktadır: a-) Fiberlerin üç boyutta uniform dağılması sebebiyle yük dağılımının daha etkin gerçekleşmesi. b-) Fiberlerin, korozyona donatı çeliklerinden daha az hassas olması (Polipropilen lifler korozyona maruz kalmaz ve bu yüzden çelik fiberlerden de avantajlıdır). 13

14 2-) Orta Hacimli Fraksiyon ( % 1 - %2): Bu hacimde fiber, betonda kopma modülünü (rupture modulus), çatlama direncini (fracture toughness) ve darbe dayanımını (impact toughness) arttırır. Bu karışımlar, shotcrete ve enerji absorpsiyon kapasitesi gerekliliği olan yapı uygulamalarında kullanılır ve yorulma, sökülme ve yapraklanmaya karşı kapasiteyi arttırır. 14

15 3-) Yüksek Hacimli Fraksiyon (% 2 den yüksek): Bu hacimdeki fiber katkısı betonun pekleşmesi (strainhardening) için kullanılmaktadır. Betonun bu davranışının iyileşmesi nedeniyle, bu tip karışımlar sıklıkla Yüksek Performanslı Fiber Güçlendirilmiş Kompozitler (HPFRC [High-Performance Fiber Reinforced Composites]) olarak adlandırılır. Buna ek olarak, son yıllarda daha iyi karışımlar elde edilmiş ve bunlara Ultra Yüksek Performanslı Fiber Güçlendirilmiş Kompozitler (Ultra High Performance Fiber Reinforced Concretes) adı verilmiştir. 15

16 Şartnameler, Standartlar ve Literatürde Fiber Katkılı Beton Gebze-Orhangazi-İzmir Projesinin eki olan Karayolları Teknik Şartnamesi 2006, fiber katkılı betonlar (fiber reinforced concrete) hakkında bir bilgi, test standardı ya da kabul kriteri içermemektedir. TS EN 206 Beton - Özellik, performans, imalat ve uygunluk (2014) standardı Ek A, Başlangıç Deneyleri Sayfa 62 de: «(6) Lifli beton imal edilmesi durumunda, başlangıç deneyleri ile, imalatçının yazılı prosedürlerine göre hazırlanan betonda, liflerin tüm harman içinde homojen dağılımının sağlandığı doğrulanmalıdır. Bu şart, deney sonuçlarının Madde B.5 de verilen kriterlere uygun olması ve harmanda bulunan lif miktarının kullanım için belirtilen lif miktarı ile aynı olması ile sağlanır.» İfadesi 16 bulunmaktadır.

17 Yukarıdaki maddenin refere ettiği Madde B 5 (Sayfa 65) «Taze betonun lif içeriği ve homojenliği için tanımlama kriterleri» başlığı altında EN testine atıfta bulunmaktadır. Fakat, bu test Betondaki Çelik Fiberlerin tayini için yapılmaktadır (Metal lifli beton - Deney metodu - Taze ve sertleşmiş betonda lif içeriğinin ölçümü) ve atıf yapılan diğer standartta (EN ) Püskürtme Betondaki Fiber İçeriğinin tayini içindir. 17

18 «TS EN Lifler - Betonda kullanım için - Bölüm 2: Polimer lifler Tarifler, özellikler ve uygunluk» Standardı ise fiberlerin üretim kontrollerine yöneklik olup, betonun özelliklerine etkisine dair iki başlık mevcuttur : 1-) Beton kıvamına etkisi, Sayfa 9. «EN e göre beton kıvamı, lifsiz şahit numuneye göre ve sonrasında birebir aynı karışımlı lifler ile belirlenmeli ve kıvama etkisi belirtilmelidir.» 2-) Beton dayanımına etkisi, Sayfa 9. «Dayanıma etkisi, EN e uygun olan şahit bir numuneyi kullanarak EN ye göre belirlenmelidir. 0,5 mm de CMOD (0,47 mm merkez sehime eşdeğer) arta kalan eğilme dayanımı 1,5 MPa ve 3,5 mm de CMOD (3,02 mm merkez sehime eşdeğer) arta kalan eğilme dayanımı 1 MPa olan liflerin birim hacmi (kg/m3) imalatçı tarafından belirtilmelidir» Bu madde, arta kalan dayanım (residüel dayanım) kriteri belirlediğinden tünellerde kullanılan lifli püskürtme betonları kapsamaktadır. 18

19 Makyol-Göçay Firmasının Gürer Beton Santralinden Temin Etmek İstediği C 40/50 Fiberli Beton ve aynı malzeme ve karışım oranları ile hazırlanmış C 40/50 Beton Arasındaki Karşılaştırma Tablosu (NÖMAYG Otoyol Merkez Laboratuvarında Yapılan Dizaynlardan Alınan Değerlerdir Rapor Hazırlanma Tarihi: ): Beton Sınıfı Slamp (Ani) cm MAKYOL-GÖÇAY GÜRER BETON SANTRALİ C40/50 LİFLİ VE LİFSİZ BETON Slamp (45 Dakika Sonra), cm C40/50 (LİFLİ) C40/ (LİFSİZ) BASINÇ DAYANIM SONUÇLARI (Mpa) (15cmX15cmX15cm) (Küp) Beton Yaşı NUM. 1 (Mpa) NUM.2 (Mpa) NUM.3 (Mpa) Ortalama (Mpa) 19 Şartname (Mpa) (Fem = Fck + Δ f) KTŞ 2006, Kısım Tablo * 7 GÜN 49,9 48,7 48,6 49,1-28 GÜN 59,6 59,7 60,4 59,9 58 (50+8 = 58) 7 GÜN 47,6 49,8 51,2 49,5-28 GÜN 60,6 61,5 60, (50+8 = 58)

20 Yukarıdaki tablodan görülebileceği üzere, aynı karışım oranlarına sahip Fibersiz C 40/50 Beton ile Fiberli C 40/50 Beton arasında slamp farkı bulunmamaktadır. Fiberli Betonun 28 günlük basınç dayanımı (59,9 Mpa), Fibersiz Betondan (61 Mpa) 1.1 Mpa düşüktür fakat Laboratuvar Dizayn Hedefini (Fck+8. Bu betondan sahada istenen dayanım Fck+1= 51 Mpa dır) 20

21 Betonun diğer özelliklerinin (Rötre Çatlağı direnci) değerlendirilmesi hakkında ise: ACI 544 Fiber Güçlendirilmiş Beton standardı kısım Polipropren Fiber Güçlendirilmiş Beton (Polypropylene FRC [Fiber Reinforced Concrete), Sayfa 47 den 51 e kadar aşağıdaki ifadeler bulunmaktadır: 21

22 1-) Madde (Sayfa 47) Compressive Strength / Basınç Dayanımı: «Genel olarak poliproplen fiberlerin farklı miktarlarda katılmasının betonun basınç dayanımına etkisi olmadığı ifade edilebilir.» «... Yalnız poliproplen fiberlerin basınç testinde kırılma modu ve mekanizması önemli ölçüde değişmektedir. Fiber katkılı beton daha sünek (düktil) kırılma göstermektedir. «Bu durum özellikle yüksek dayanımlı betonlar için söz konusu olup, fibersiz betonların testin kırılma anındaki enerjiyi absorbe edememesinden dolayı numunelerin tipik olarak dağılarak kırılması söz konusudur. Fiberli betonlar parçalara dağılmadan yükü taşımaya ve daha yüksek deformasyonlara dayanmaya devam etmektedir.» 22

23 2-) Madde , Sayfa 49 Yorulma Direnci ve Dayanım Limitleri / Fatique Strength and Endurance Limit: «Propilen Fiber Katkılı betonun önemli özelliklerinden birisi de normal betona göre maksimum Yorulma Direncini arttırmasıdır. Maksimum yorulma direnci ise bir kirişin iki milyon döngülü, geri dönüşssüz yük altında dayanabileceği en yüksek dayanımdır.» (Birinci Paragraf) «... Ufak miktarlarda bile olsa polipropilen fiber katılması Yorulma Direncini arttırmaktadır» 23

24 Madde Büzüşme (Rötre) ve çatlama / Shrinkage and Cracking (Sayfa 544): «Yapılan deneysel çalışmalarda, polipropilen liflerin eklenmesi mikroskobik inceleme sonrası ortalama çatlak genişliklerini, fibersiz beton ile karşıkaştırıldığında önemli ölçüde azaltmaktadır.» (2. Paragraf) Şu anda poliproplen, ya da diğer sentetik fiberlerin, hacim azalmasından kaynaklanan rötre (plastik) çatlakları ve kuruma büzüşmesi çatlaklarının üzerindeki etkisini ölçmek için standart bir prosedür mevcut değildir» (3. Paragraf) 24

25 TEŞEKKÜRLER 25