PROJE NO: 104M568 YRD. DOÇ. DR. KEMAL T. YÜCEL CENGİZ ÖZEL ECİR UĞUR KÜÇÜKSİLLE KUBİLAY TAŞDELEN KEMAL ERTEN ARİF SOMER MEHMET İZCİ

Transkript

1 PROJE NO: 14M568 KATKILI POMPA BETONLARINDA, BETON BİLEŞENLERİNİN TAZE BETONUN REOLOJİK PERFORMANSINA VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI YRD. DOÇ. DR. KEMAL T. YÜCEL CENGİZ ÖZEL ECİR UĞUR KÜÇÜKSİLLE KUBİLAY TAŞDELEN KEMAL ERTEN ARİF SOMER MEHMET İZCİ AĞUSTOS 27 ISPARTA i

2 İÇİNDEKİLER ÖZET... iv ABSTRACT... v ÖNSÖZ ve TEŞEKKÜR... vi ŞEKİLLER DİZİNİ... vii ÇİZELGELER DİZİNİ... x SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ... xi 1. GİRİŞ KAYNAK ÖZETLERİ ve KURAMSAL TEMELLER Önceki Çalışmalar Çimento pastası ile ilgili çalışmalar Harçlarla ilgili çalışmalar Betonla ilgili çalışmalar Taze Betonun İşlenebilirlik Tanımları Taze Betonun İşlenebilirlik Deneyleri Tek Faktör Deneyleri İki Faktör Deneyleri Taze Betonun Reolojisi Taze Betonun İşlenebilirliğinde Akışkan ve Süspansiyon Reolojisi Bünye Denklemleri Viskozite Akışkan ve Süspansiyon Taze Betonun İşlenebilirliğine Katkıların Etkileri Kimyasal Katkı Maddeleri Mineral Katkı Maddeleri Uçucu Küller Silis Dumanı Fiber Katkı Maddeleri MATERYAL ve METOD Agregaların Seçimi ve Sağlanması Çimento Kimyasal Katkı Kimyasal Katkı-Çimento Uyumunun Belirlenmesi Uçucu Küller Silis Dumanı Fiber Katkı Beton Karıştırma Cihazı ve Metodu Beton Karışım Hesapları Taze Beton Deneyleri Çökme ve çökme yayılması K-Çökme (K-slump) Deneyi J Ring Deneyi İki Nokta İşlenebilirlik Deney Cihazı (CTPT) Cihazın Kullanımı ve Deneyin Yapılışı CTPT Cihazının Kalibrasyonu Sertleşmiş Beton Deneyleri Deneylerde Kullanılan Diğer Araç, Gereç ve Cihazlar Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi ii

3 4. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Agregaların Granülometrik Özellikleri Agregaların Fiziksel Özellikleri Karışım Agregalarının Oranları ve Granülometrileri Kimyasal Katkı Çimento Kimyasal Katkı-Çimento Uyumunun Belirlenmesi Silis Dumanı Uçucu Küller CTPT nin Kalibrasyonu Üretilen Betonların Taze Beton Deney Sonuçları Çökme deneyi sonuçları J Ring deney sonuçları K Çökme deney sonuçları İki nokta işlenebilirlik deney sonuçları Taze Beton Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması Taze Beton Deneylerinin Sonuçları ile CTPT Sonuçlarının İlişkisi Beton Bileşenlerinin Reolojik Parametrelere Etkisi Çimento dozajı ve agrega tipinin etkisi Kimyasal katkı tipinin etkisi Fiber katkının reolojik parametrelere etkisi Mineral katkının reolojik parametrelere etkisi Sertleşmiş Beton Deney Sonuçları Analiz Sonuçları SONUÇ ve ÖNERİLER Üretilen Betonların Taze Beton Deney Sonuçları Taze Beton Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması Beton Bileşenlerinin Reolojik Parametrelere Etkisi Sertleşmiş Beton Deney Sonuçları Analiz Sonuçlarının Değerlendirilmesi KAYNAKLAR iii

4 ÖZET KATKILI POMPA BETONLARINDA, BETON BİLEŞENLERİNİN TAZE BETONUN REOLOJİK PERFORMANSINA VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI Betonun taze haldeki özellikleri sertleşme sürecini ve sonrasında kazanacağı nitelikleri doğrudan etkilemektedir. Betonun sertleştikten sonra geri dönülmez oluşu kalite kontrol mekanizmasının sertleşme sürecinden önce kurulmasını zorunlu kılmaktadır. Beton bileşenlerinin çok farklı tip ve miktarda olmasından dolayı, betonun bileşenleri yolu ile kontrol edilmesini zorlaştırmaktadır. Betonun taze haldeki özellikleri bileşenlerine ve karıştırma sürecine bağlı olduğu için elde edilen verilerle, istenilen sertleşmiş beton özellikleri kontrol edilebilir. Bu çalışmada, çakıl ve kırma taş olmak üzere iki farklı agrega tipi kullanılarak, her seri için üç farklı çimento dozajı (3, 35 ve 4 kg/m 3 ) seçilerek benzer işlenebilir özelliklere sahip katkılı betonlar üretilmeye çalışılmıştır. Çalışmada, kimyasal, mineral ve fiber katkılar beton üretimlerinde kullanılmıştır. Kullanılan kimyasal katkılar, süperakışkanlaştırıcı ve hiperakışkanlaştırıcı olarak iki farklı tiptir. Mineral katkılar, C ve F tipi uçucu küllerdir. Fiber katkı ise polipropilen fiberdir. Üretilen betonların; çökme, j ring ve k-çökme deneyleri yapılarak taze beton özellikleri belirlenmeye çalışılmıştır. Ayrıca, iki nokta işlenebilirlik deney cihazı kullanılarak taze betonların reolojik özellikleri de incelenmeye çalışılmıştır. Üretilen beton karışımlar üzerinde yapılan taze beton deneyleri ile, karışımların zaman ile taze beton özelliklerinin değişimi incelenmiş ve sertleşmiş beton özellikleri de değerlendirilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda, beton karışım oranları ve kullanılan katkılara göre reolojik özelliklerin değiştiği, taze beton deneylerinin reolojik parametrelerle ilişkili olduğu ancak, bu ilişkinin tek başına reolojik özellikleri belirlemede yetersiz olduğu, reolojik parametrelerin hesaplanmasında karışım hacim oranlarının da etkili olduğu sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Taze beton, kimyasal katkı, mineral katkı, fiber katkı, çökme, j ring, k- çökme, işlenebilirlik, reoloji 27, 245 sayfa iv

5 ABSTRACT RESEARCH OF THE EFFECT OF CONCRETE INGREDIENTS ON MECHANICAL PROPERTIES AND RHEOLOGICAL PERFORMANCE OF FRESH PUMPING CONCRETE WITH ADDITIVES Properties of fresh concrete effect directly hardening process of concrete and properties of hardened concrete. After concrete hardens there is no getting back and hence it is obligatory that quality control mechanism must constitute before concrete hardening process. Because components of concrete are very different type and amount to control concrete quality by concrete components gives difficulties. Because properties of fresh concrete depend on concrete components and mix time data obtained hardened concrete properties which are needed may be kept under control. In this study, slump, j-ring, K-slump and fresh properties of concretes like rheological properties using two-point workability tester of concrete consisted of two different aggregate types, three cement dosage, two different chemical admixture of plasticizer, two type fly ash as C and F and polypropylene fiber were investigated. Besides at all mixes produced, relation between time and fresh concrete properties was studied and hardened concrete properties were evaluated. As a result of experimental study, it was observed that rheological properties of concretes change depending on mix ratios and chemical admixtures used and there is relation between test methods of fresh concrete and rheological parameters. However, it was concluded that this relation is not enough to determine rheological properties and volume ratios of mixes have affect to estimate rheological parameters. Keywords: fresh concrete, chemical additive, mineral additive, fiber, slump, j-ring, k-slump, workability, rheology 27, 245pages v

6 ÖNSÖZ ve TEŞEKKÜR Bu çalışmada pompa betonlarında mineral, kimyasal ve fiber katkıların reolojik özelliklere etkisi, betonun reolojik ve işlenebilme özelliğinin zamanla değişimi, reolojik özellikleri ile sertleşmiş beton deney sonuçları arasındaki bağıntılar araştırılmıştır. Günümüzde beton katkı sektöründeki gelişmeler sonucunda yüksek performanslı beton üretimi laboratuar ve şantiye ortamında yapılabilmektedir. Ancak beton üretiminin geri dönülmez oluşu önemli bir handikaptır. Beton imalatı bir çok parametreden oluşmaktadır. Üretim sırasında, kullanılan malzemeler ve yapılan işçilik betonun mekanik özellikleri üzerinde önemli bir yer tutar. Nihai aşamada betondan beklenen özellikler, beton karışım parametreleri ve taze haldeki üretim yöntemleri ile doğrudan ilgili olmakla beraber bu etkinin derecesi net olarak bilinmemektedir. Bu nedenle, beton bileşenleri, taze beton deneyleri ve betonun akış özelliklerinin birlikte incelenmesine ihtiyaç bulunmaktadır. Yapılan bu çalışmada, beton karışım parametrelerinden agrega tipi, çimento dozajı, kimyasal katkı, mineral katkı ve fiber katkı türlerine göre betonun taze ve setleşmiş haldeki özellikleri incelenmiştir. Çalışmada, taze betonun özellikleri Çökme (slump), J ring (slump kombinasyonlu), K çökme deneyleri ile iki nokta işlenebilirlik deney cihazı ndan (CTPT) alınan reolojik deney parametreleriyle belirlenmeye çalışılmıştır. Laboratuar deneylerinde, taze betonun zamanla işlenebilirlik ve reolojik özelliklerindeki değişimini belirlemek amacıyla, beton üretimini takiben 5., 35., 65. ve 95. dakikalarda; Çökme, J ring, K çökme ve iki nokta işlenebilirlik deneyleri eş zamanlı olarak tekrarlanmıştır. Elde edilen tüm deneysel veriler zaman değişimine göre her deney için ayrı ayrı ve deneyler arasında karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Ayrıca betonun reolojik parametreleri üzerinde; çimento dozajının etkisi, akışkanlaştırıcı kimyasal katkı tipinin etkisi, mineral ve fiber katkı tipinin etkisi de araştırılmıştır. Ölçülen deneysel parametrelerin optimizasyonu ve model oluşturulmasında farklı istatiksel modellerden de faydalanılmıştır. Bu çalışma, S.D.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürlüğü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalında devam eden doktora çalışmasının bir bölümünü oluşturmaktadır. Araştırmanın gerçekleşmesinde TÜBİTAK Mühendislik Araştırma Grubu nun (MAG) büyük katkısı olmuştur. Bu nedenle Grup Üyelerine ve Yürütme Grubu Sekreterliği ne içtenlikle teşekkür ederim. Ayrıca proje çalışmasına maddi destek sağlayan SDÜ BAP Yönetim Birimi ve araştırma deneylerinin gerçekleştirildiği SDÜ Mühendislik Mimarlık Fakültesi Yapı Malzemeleri Laboratuarı ve GÖLTAŞ Çimento A.Ş. yetkili ve laboratuar çalışanlarına, projenin yapılmasında emeği geçen tüm proje çalışanlarına teşekkür ederim. Proje Yürütücüsü Yrd. Doç. Dr. Kemal T. YÜCEL vi

7 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1. Beton özelliklerini etkileyen faktörler Şekil 2.2. İşlenebilirliği oluşturan elemanlar Şekil 2.3. Tek parametreli taze beton deneyleri arasındaki ilişki Şekil 2.4. Viskozimetrelerin çalışma prensibi Şekil 2.5. Newtoniyen akışkan için açısal hız ile tork arasındaki lineer ilişki Şekil 2.6. A alanı üzerine etkiyen F kayma kuvveti ve kayma deformasyonu Şekil 2.7. İdeal Elastik Katılarda G Kayma Modülü Şekil 2.8. İki düzlem arasındaki sürtünme kuvveti ve Newton un viskoz akış denklemi Şekil 2.9. Newton sıvısı Şekil 2.1. Newtoniyen akışkanda viskozitenin belirlenmesi Şekil Reolojik davranışın tipleri Şekil Viskozite (η) kayma şekil değiştirme oranı (. γ ) ilişkisi Şekil Zamana bağlı Non-Newtoniyen akışta tiksotropi için η-t ilişkisi Şekil Zamana bağlı Non-Newtoniyen akışta reopeksi için η-t ilişkisi Şekil Zamana bağlı Non-Newtoniyen malzemeler için akış eğrileri Şekil Süspansiyonun mikroyapısı Şekil Beton reolojisi kavramı Şekil Taze harç ve betonlar için kabul edilen Bingham sıvısı... 5 Şekil Beton bileşenleri ve bağlayıcı maddelerin g ve h üzerindeki etkileri Şekil 3.1. Yayılma tablası ile çimento-katkı uyumunun belirlenmesi Şekil 3.2. Çalışmalarda kullaılan beton mikseri Şekil 3.3. Betonun karılma işlem aşamaları Şekil 3.4. Çökme deneyinde kullanılan aletler ve deneyin yapılışı Şekil 3.5. K-çökme deney aletinin şematik modeli Şekil 3.6. Deneylerde kullanılan K Çökme deney aleti Şekil 3.7. J Ring deney cihazı, ölçüleri ve ölçüm noktaları... 8 Şekil 3.8. Deneylerde kullanılan J Ring Deney cihazı Şekil 3.9. Tattersall iki nokta işlenebilirlik için kariştirici kanatlar Şekil 3.1. Beton reometrelerinde kullanılan farklı kanat tipleri Şekil İki nokta deney cihazının genel görünüşü Şekil CTPT motor iç sıcaklık ölçümü ve şematik görüntüsü Şekil CTPT Cihazında, zamanla motor iç sıcaklığının değişimi Şekil İki Nokta İşlenebilirlik deney cihazının veri okuma ayarları Şekil İki Nokta İşlenebilirlik deney cihazının hız ve zaman ayarı ekranı Şekil Kalibrasyon sıvısının özelliklerinin sıcaklıkla değişimi (1 cst) Şekil Kalibrasyon sıvısı özgül ağırlığının sıcaklıkla değişimi (125 cst) Şekil Tork hesaplaması için program ara yüzü Şekil Ultrases ve Schmidt yüzey sertlik deneylerinin yapılışı... 9 Şekil 3.2. Eğilme deney çerçevesi ve deneyinin yapılışı Şekil Çalışmalarda kullanılan tartılar Şekil Çalışmalarda kullanılan ölçü aletleri Şekil Çalışmada kullanılan sarsma tablası ve kalıplar Şekil 4.1. Kumların granülometrileri Şekil 4.2. İri agreganın granülometrileri Şekil 4.3. I. ve II. Seri için karışım agregası granülometrisi ve sınır değerleri Şekil 4.4. S ve H Kimyasal katkılarının çökme kaybı vii

8 Şekil 4.5. Silis dumanı oranının çökme kaybı değişimi... 1 Şekil 4.6. Uçucu kül oranının çökme kaybı değişimi Şekil 4.7. Kırmataşlı ve hiperakışkanlaştırıcılı serinin karışım hacim oranları Şekil 4.8. Kırmataşlı ve süperakışkanlaştırıcılı serinin karışım hacim oranları Şekil 4.9. Çakıllı ve hiperakışkanlaştırıcılı serinin karışım hacim oranları Şekil 4.1. Çakıllı ve süperakışkanlaştırıcılı serinin karışım hacim oranları Şekil Fiberli serinin karışım hacim oranları Şekil Karışım serileri ve kullanılan kimyasal katkı oranları Şekil Basamaklı hız modu için hız-basınç grafiği ve kalibrasyon katsayıları Şekil Basamaklı hız modu için kalibrasyon sonrası Hız-Tork grafiği Şekil S/Ç oranlı çimento pastasının reolojik parametreleri Şekil S/Ç oranlı çimento pastasının reolojik parametreleri Şekil K1S4 serisi betonun Çökme deney sonuçları Şekil K1S35 serisi betonun Çökme deney sonuçları Şekil K1S3 serisi betonun Çökme deney sonuçları Şekil 4.2. K1H4 serisi betonun Çökme deney sonuçları Şekil K1H35 serisi betonun Çökme deney sonuçları Şekil K1H3 serisi betonun Çökme deney sonuçları Şekil C1S4 serisi betonun Çökme deney sonuçları Şekil C1S35 serisi betonun Çökme deney sonuçları Şekil C1S3 serisi betonun Çökme deney sonuçları Şekil C1H4 serisi betonun Çökme deney sonuçları Şekil C1H35 serisi betonun Çökme deney sonuçları Şekil C1H3 serisi betonun Çökme deney sonuçları Şekil Fiber katkılı betonların Çökme deney sonuçları Şekil 4.3. K1S4 serisi betonun J Ring deney sonuçları Şekil K1S35 serisi betonun J Ring deney sonuçları Şekil K1S3 serisi betonun J Ring deney sonuçları Şekil K1H4 serisi betonun J Ring deney sonuçları Şekil K1H35 serisi betonun J Ring deney sonuçları Şekil K1H3 serisi betonun J Ring deney sonuçları Şekil C1S4 serisi betonun J Ring deney sonuçları Şekil C1S35 serisi betonun J Ring deney sonuçları Şekil C1S3 serisi betonun J Ring deney sonuçları Şekil C1H4 serisi betonun J Ring deney sonuçları Şekil 4.4. C1H35 serisi betonun J Ring deney sonuçları Şekil C1H3 serisi betonun J Ring deney sonuçları Şekil Fiber katkılı beton serisinin J Ring deney sonuçları Şekil K1S4 serisi betonun K Çökme deney sonuçları Şekil K1S35 serisi betonun K Çökme deney sonuçları Şekil K1S3 serisi betonun K Çökme deney sonuçları Şekil K1H4 serisi betonun K Çökme deney sonuçları Şekil K1H35 serisi betonun K Çökme deney sonuçları Şekil K1H3 serisi betonun K Çökme deney sonuçları Şekil C1S4 serisi betonun K Çökme deney sonuçları Şekil 4.5. C1S35 serisi betonun K Çökme deney sonuçları Şekil C1S3 serisi betonun K Çökme deney sonuçları Şekil C1H4 serisi betonun K Çökme deney sonuçları Şekil C1H35 serisi betonun K Çökme deney sonuçları viii

9 Şekil C1H3 serisi betonun K Çökme deney sonuçları Şekil Fiber katkılı betonların K Çökme deney sonuçları Şekil K1S4 serisi betonun CTPT deney sonuçları Şekil K1S35 serisi betonun CTPT deney sonuçları Şekil K1S3 serisi betonun CTPT deney sonuçları Şekil K1H4 serisi betonun CTPT deney sonuçları Şekil 4.6. K1H35 serisi betonun CTPT deney sonuçları Şekil K1H3 serisi betonun CTPT deney sonuçları Şekil C1S4 serisi betonun CTPT deney sonuçları Şekil C1S35 serisi betonun CTPT deney sonuçları Şekil C1S3 serisi betonun CTPT deney sonuçları Şekil C1H4 serisi betonun Çökme deney sonuçları Şekil C1H35 serisi betonun CTPT deney sonuçları Şekil C1H3 serisi betonun CTPT deney sonuçları Şekil Fiber katkılı betonların CTPT deney sonuçları Şekil Süperakışkanlaştırıcılı betonlarda reolojik parametrelerin çimento dozajı ve agrega tipine göre değişimi Şekil 4.7. Hiperakışkanlaştırıcılı betonlarda reolojik parametrelerin çimento dozajı ve agrega tipine göre değişimi Şekil doz çimentolu betonlarda akışkanlaştırıcı katkı tipinin reolojik parametrelere etkisi Şekil doz çimentolu betonlarda akışkanlaştırıcı katkı tipinin reolojik parametrelere etkisi Şekil doz çimentolu betonlarda akışkanlaştırıcı katkı tipinin reolojik parametrelere etkisi Şekil Süperakışkanlaştırıcılı betonlarda fiber katkının reolojik parametrelere etkisi Şekil Hiperakışkanlaştırıcılı betonlarda fiber katkının reolojik parametrelere etkisi Şekil dozlu betonlarda mineral katkıların reolojik parametrelere etkisi Şekil dozlu betonlarda mineral katkıların reolojik parametrelere etkisi Şekil dozlu betonlarda mineral katkıların reolojik parametrelere etkisi Şekil Üretilen betonların basınç dayanımı, ultrases ve schmidt değerleri Şekil 4.8. Üretilen betonların eğilme dayanımları Şekil Üretilen betonların çekme dayanımları Şekil Üretilen betonların dinamik elastisite modülü değişimi Şekil Modelden ve CTPT den elde edilen kayma eşiğinin ilişkisi Şekil Modelden ve CTPT den elde edilen plastik viskozitenin ilişkisi Şekil Tahribatsız deneyler ile tahribatlı beton mukavemetlerinin ilişkisi ix

10 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 2.1. Çeşitli toplulukların işlenebilirlik tanımlamaları Çizelge 2.2. BS 1881 e göre betonun işlenebilirliğine göre uygulanan taze beton deney metotları Çizelge 2.3. Tek noktalı deneyler ve geçerli oldukları kıvam aralıkları Çizelge 2.4. Ritchie nin bazı standart testlerden elde ettiği deney sonuçları Çizelge 2.5. Süspansiyon konsantrasyonu için viskozite ile ilgili denklemler Çizelge 2.6. Kayma oranı ve kayma gerilmesiyle ilişkili denklemler Çizelge 2.7. Akışkan yüksek performanslı beton elde etmenin iki yolu Çizelge 2.8. Mineral katkıların işlenebilirlik üzerindeki etkileri Çizelge 3.1. Çalışmada takip edilen standart ve yöntemler Çizelge 3.2. Araştırma deneyleri karışım bileşenleri... 7 Çizelge 3.3. Deneylerde kullanılan polipropilen fiber katkının özellikleri Çizelge 3.4. CTPT nin Teknik Özellikleri Çizelge 4.1. İri ve ince agregaların tane yoğunlukları ve su emme oranları Çizelge 4.2. İri ve ince agreganın sıkışık ve gevşek birim hacim kütleleri (yığın yoğunlukları) (kg/m 3 ) Çizelge 4.3. Agrega karışım oranları (%) Çizelge 4.4. Kimyasal katkının özellikleri Çizelge 4.5. Deneylerde kullanılan PÇ 42.5 R nin özellikleri Çizelge 4.6. TS EN 196-3'e göre kıvam deneyi Çizelge 4.7. Kimyasal katkı çimento uyumunun belirlenmesi Çizelge 4.8. Çökme kaybı deney sonuçları (mm) (Kırmataşlı karışım, S/Ç=.38) Çizelge 4.9. Silis dumanının (FeSi) kimyasal özellikleri... 1 Çizelge 4.1.Uçucu küllerin kimyasal özellikleri ve görünen tane yoğunlukları Çizelge 4.11.Üretilen betonların, kimyasal katkı oranı ve çökme değerlerindeki değişimleri Çizelge Çökme deneyi sonuç parametrelerinin regresyonu Çizelge J Ring deneyi sonuç parametrelerin regresyonu Çizelge K Çökme deneyi sonuç parametrelerin regresyonu Çizelge Taze beton deney çıktıları ile CTPT deney çıktılarının regresyonu Çizelge SPSS programıyla yapılan analiz sonucunda elde edilen modeller Çizelge Farklı istatiksel metotlara göre basınç dayanımı modelleri Çizelge Farklı istatiksel metotlara göre kayma eşiği modelleri Çizelge Farklı istatiksel metotlara göre plastik viskozite modelleri x

11 SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ S/Ç Su/Çimento S/B (veya SB) Su/Bağlayıcı (Su/Çimento+UK ve/veya Sd) MK/B (veya MKB) Mineral Katkı/Bağlayıcı KK/B (veya KKB) Kimyasal Katkı/Bağlayıcı K/B (veya KB) Kum/Bağlayıcı UK Uçucu Kül Uf F Tipi Uçucu Kül Uc C Tipi Uçucu Kül Sd Silis Dumanı YFC Yüksek Fırın Cürufu S Polinaftelen Kökenli Su Azaltıcı Kimyasal Katkı H Polikarboksilat Kökenli Su Azaltıcı Kimyasal katkı SP (veya SA) Süper Plastikleştirici (veya Süperakışkanlaştırıcı) SNF Naftelen Sülfonat Formaldehit YOSA Yüksek Oranda Su Azaltıcı Katkılar (HRWR) RGK Reoloji Geliştiren Katkılar (RMA) VA Viskozite Değiştirici Katkılar (viscosity agent) τ Kayma Gerilmesi (MPa) τ (veya KE) Kayma Eşiği (veya Akma Eşiği) (MPa). γ = d γ/dt η η pl (veya PV) ν T g h KYB VAK HB BM PÇ US SC BD ED JIY JSY JHO KCIY KCSY KCO Açısal Şekil Değiştirme Hızı (1/san) Viskozite (sıvının dinamik viskozitesini) Plastik Viskozite (Pa.s) Kinematik Viskozite (mm 2 /s = cst) Tork (N.m) Akma eşiği ölçütü (N.m) Plastik viskozite ölçütü (N.m.s) Kendiliğinden yerleşen betonlar Viskozite Azaltıcı Katkı Herschel-Bulkley Model Bingham model Portland Çimentosu Ultrases Geçiş Hızı (km/sn) Schmidt Sayısı Basınç Dayanımı (MPa) Eğilme Dayanımı (MPa) J Ring Deneyi Halka İç Yüksekliği (mm) J Ring Deneyi Halka Dış Yüksekliği (mm) J Ring Deneyi Halka Yüksekli Oranı (dış /iç yükseklik) K Çökme Deneyi İlk Yükseklik (mm) K Çökme Deneyi Son Yükseklik (mm) K Çökme Oranı (mm) J Ring Deneyinde Çökme (slump) Deneyinde TYS Toplam Yayılma Süresi (s) JTYS CTYS TYC Toplam Yayılma Çapı (mm) JTYC CTYC YAO Yayılma Alanı Oranı (son çap/ilk çap) JYAO CYAO CY Çökme Yüksekliği (mm) JCY CCY xi

12 1. GİRİŞ Betonun yerine ulaştırılması ve yerleştirilmesi esnasında plastik bir formda olması ve prizini yaptıktan sonra geri döşümü olmadığı için taze haldeki özellikleri yapı endüstrisi için önemlidir. Betonun sertleşmiş haldeki özelliklerini, taze haldeyken tespit etme çalışmaları ise her geçen gün artmaktadır. Günümüzde betonun taze haldeki özellikleri, bu özellikleri kısmen ölçebilen standart taze beton deneyleri ile belirlenmektedir. Bu deneylerin uygulanabildiği beton tür ve kıvamları ise sınırlıdır. Oysa gelişen teknoloji yüksek performanslı beton üretilmesini zorunlu kılmaktadır. Betonda istenilen özelliklerinin geliştirilmesi için mineral, kimyasal ve fiber katkı maddeleri kullanılmaktadır. Beton katkı sektöründeki büyük ilerleme, beton bileşenlerinde farklı bileşen oranlarına imkan vermekte, betonun taze ve sertleşmiş özelliklerini kontrol etme imkanı sağlamaktadır. Ancak şu ana kadar mineral, kimyasal ve fiber katkı maddelerinin beton özelliklerine etkisini belirleyebilen taze beton deneyleri tam anlamıyla geliştirilememiştir. Birçok araştırmacı yaptıkları deneysel çalışmalarda, betonun taze haldeki özellikleri ile sertleşmiş haldeki özellikleri arasında, beton bileşenlerinin özelliklerine bağlı olarak betonun genel özelliklerine ulaşmaya, betonun niteliklerini tanımlama için yeni deneysel ve teorik modellerin geliştirilmesine çalışmışlardır. Ancak şu an için genel kabul görmüş teorik ve deneysel bir metot yoktur. Bunun en büyük nedeni beton bileşenlerinin çok farklı tür, yapı (fiziksel ve kimyasal) ve oranlarda olmasıdır. Bununla birlikte taze betonun akış özellikleri için plastik viskozitenin ve akma gerilmesinin varlığı, tanımlamaların bu iki özelliği kapsaması gerektiği konusunda genel bir uzlaşı vardır. Yüksek dayanımlı ve durabil beton üretimi betonun taze haldeki özelliklerinin kontrollü takip edilmesi ile elde edilebilir. Betonun taşınması, pompalanması, yayılması, kalıplanması ve sıkıştırılması betonun reolojik özelliklerine bağlıdır. Betonun taze haldeki özelliklerini tanımlamak için geliştirilen deney metotları koaksiyel tabanlı cihazlar üzerinde yoğunlaşmakta, teorik yaklaşımlar ise Bingham modeli ile süspansiyon teorilerinin geliştirilmesine yönelik yapılmaktadır. 1

13 Günümüzde toplumun ihtiyaç duyduğu nitelikteki yapıların üretimi için beton bileşenlerinin, betonun taze ve sertleşmiş beton özelliklerine etkisini kesin olarak açığa çıkaran, betonun sertleşme sürecinde geçirdiği fiziksel ve kimyasal olaylarla bağlantısını ortaya koyan ve maruz kaldığı dış etkenleri doğru modelleyebilen pratik deneysel ve teorik çalışmalara da ihtiyaç bulunmaktadır. Taze betonun işlenebilirlik ifadesi, betonun reolojik sabitlerinin incelenmesiyle ve uygun değerlerin bulunmasıyla çözümlenebilir. Bu nedenle betonun reolojik sabitlerinin betonun bileşenleri ile uyumu, mineral ve kimyasal katkılarla etkileşiminin açıklığa kavuşturulması gereklidir. Bu çalışmada, katkıların (mineral, kimyasal ve fiber) betonun işlenebilirliğine etkileri ve taze beton deney yöntemlerine göre elde edilen; Çökme, J Ring ve K Çökme taze beton deney yöntemlerinden elde edilen verilerle iki nokta işlenebilirlik cihazından elde edilen taze betonun işlenebilirlik verileri arasındaki ilişkiler araştırılmıştır. Bunlara ilave olarak üretilmiş olan betonların mekanik özellikleri ile ilgili değerlendirmeler de yapılmıştır. İkinci bölümde, konu ile ilgili daha önce yapılmış olan çalışmalara yer verilmiştir. Üçüncü bölümde, materyal ve metot kısmında çalışmanın deneysel kısmında kullanılan malzemeler, bu malzemeler üzerinde yapılan tanımlayıcı ön deneyler ve araştırma deneylerinde kullanılan cihazlar ve deneylerin yapılışları anlatılmıştır. Dördüncü bölümde, deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen veriler sunulmuştur. Beşinci bölümde ise, elde edilen verilere göre çıkarılan sonuçlar tartışılmış ve öneriler yapılmıştır. 2

14 2. KAYNAK ÖZETLERİ ve KURAMSAL TEMELLER 2.1. Önceki Çalışmalar Çimento pastası ile ilgili çalışmalar Saak vd. (24), katkılı çimento pastası (Sd, UK ve SP), kil ve seramik süspansiyonlar üzerinde koaksiyel reometre ile silindirik çökme ve konik çökme deneyleri arasında reolojik parametrelerin ilişkisini araştırmıştır. Koaksiyel reometreden elde ettikleri akma gerilmesinin, silindirik çökme deneyi ile ilişkili olduğu, koni çökme deneyinde ise düşük akma gerilmesinde ilişkinin geçerli olduğunu, viskozitenin ise çökme deneyi ile ilişkili olmadığını belirtmişlerdir. Yazarlar, büyük ölçüde koni geometrisinden ve kullanılan malzemeden bağımsız olan çökme ve akma gerilmesi arasında (çökmeden akma gerilmesini tahmin eden) ilişki olduğunu belirtip analitik model önerisinde bulunmuşlar ve bu modeli koni geometrisinin fonksiyonu olarak genelleştirmişlerdir. Morigana (1973), konsantrik silindirik beton reometresi kullanarak çökme ve akma gerilmesi arasıdan ters ilişki olduğunu bulmuştur. Murata (1984) Morigana nın sonucunu normal ve hafif agregalı betonlar kullanarak araştırmıştır ve çökmenin viskozite tarafından etkilenmediğini belirtmiştir. Murata da basit kuvvet dengesi modeline dayanarak akma gerilmesi ile çökmeyi ilişkilendirmiştir. Christensen (1991) orijinal modelindeki hataları düzeltmiş ve ölçüsüz nicelik birimine çevirmiştir. Christensen modeli çökme konisinin boyutlarından ve deneyi yapılan malzemenin özelliklerinden bağımsızdır. Bununla birlikte Christensen modelinin doğruluğunu ispatlayamamıştır. Son zamanlarda Pashias vd. (1996) silindirik geometri için model geliştirmiştir. Kilin farklı tiplerini kullanarak çökme ve akma gerilmesinin deneysel verileri ile tahmin edilen veriler arasıdan uygunluk olduğunu bulmuştur (Saak vd., 24). Ferraris vd. (21a),.28 ile.35 S/Ç oranında, altı farklı mineral katkı (dört farklı gronülometrik özelliğe sahip UK, Sd ve Metakaolin), Naftelen sülfonat bazlı SP (%.45 ile.7) kullanarak ürettiği çimento pastası üzerinde, paralel plakalı reometre, mini-slamp ve marsh konisi kullanarak reolojik parametreleri incelemiştir. Çimento pastasının reolojik parametrelerini aynı zamanda karıştırıcı tipine (hobart veya blender) göre de değerlendirmişlerdir. Blender la karıştırılan pastanın daha tutarlı ve doğru sonuçlar verdiğini 3

15 belirtmişlerdir. Mini-slamp ve marsh konisinin çimento pastası ile ilgili yeterli tanımlama yapamadığını belirtmişlerdir. Katkısız pastanın akma gerilmesi ve plastik viskozite değerleri ile mineral katkılı pastanın sonuçları karşılaştırıldığında, bu reolojik parametrelerin en düşük değerlerinin çok ince UK lü karışımda, en yüksek Sd lı karışımda olduğunu ve Metakaolin in ise etkisiz olduğunu belirtmişlerdir. Çimento pastasında en uygun yer değiştirme oranının çok ince UK de olduğu (% 12) belirtilmiştir. Bu orandaki UK ve Sd ile yer değiştirmeyi betonlar üzerinde de deneyerek çökme değerleri ile karşılaştırmışlardır. Çok ince UK ilavesinin maliyet artışı veya sertleşmiş betonun mekanik özelliklerini azaltmadan betonun taze haldeki akışını geliştirdiğini belirtmişlerdir. Nehdi ve Rahman (24), kayma gerilmesi-kayma oranı değerlerinin değişimini mineral (Sd, UK) ve kimyasal katkılar (Welan Gum RGK, SNF SP) içeren çimento pastası üzerinde yapmışlardır. Paralel plaka ve koaksiyel reometreler kullanarak kayma yüzeylerinin sürtünme kapasitelerini ve reometrelerdeki karıştırıcı uçlar arası mesafenin, reolojik parametrelerdeki etkisini incelemiş, farklı analitik modellerle de reolojik özellikleri; akma gerilmesi (Bingham, Modifiye Bingham, Herschel Bulkley ve Casson modelleri), plastik viskozite (Bingham, Modifiye Bingham ve Casson modelleri) ve teorik viskozite (Sisko ve Williamson modelleri) değerlerini hesaplamışlardır. Çimento pastasının reolojik özelliklerinin, çimento pastasının bileşimi kadar deney geometrisi ile de (paralel plaka veya koaksiyel) değiştiğini, kritik analizler ve karşılaştırılmalar için reolojik deney yöntemlerinin standardizasyonu gerekli olduğunu belirtmişlerdir. Akma gerilmesi değerlerinde en düşük değeri Modifiye Bingham vermiş, HB modeli, Casson ve Bingham modellerine göre daha yüksek değerler vermiştir. Bingham ve Modifiye Bingham Modellerinde S/B oranının azalmasıyla akma gerilmesi artarken bu durum diğer modellerde gözlenememiştir. Reolojik modeller tarafından belirlenen akma gerilmesi değeri, genellikle RMA dozajı artışıyla artmaktadır. Plaka aralığı arttığında, Modifiye Bingham modeli, Bingham ve Casson Modellerine göre daha yüksek plastik viskozite değeri hesaplamıştır. 3 modelde de S/B nın azalması, yüksek plastik viskozite ile sonuçlanmıştır. Koaksiyel viskozimetrelerde, Bingham, Casson, Williamson ve Sisko modellerinde, RMA dozajının artması ile sonsuz kayma oranı, sıfır viskozite ve plastik viskozite artmıştır. Oysa, Modifiye Bingham modelinde, plastik viskozitenin tepe noktası RMA nın ara değerlerinde gözlemlemiştir. Paralel plaklı deneyler için bu durum gözlem lenmemiştir. Pürüzsüz (düzgün) plakalar için, Bingaham, HB ve Casson modellerinde artan plaka aralığında, kayma yüzeyleri arasıdaki boşluğun artması ile azalan akma gerilmesi 4

16 hesaplanmıştır. Testere dişli plaklar için, akma gerilmesinin tepe noktası % 25 cüruflu çimento pastası için.7 mm boşluk aralığında hesaplanmışken, % 8 Sd içeren çimento pastası için benzer durum gözlemlenmiştir. Çimento pastasının ölçülen reolojik özelliklerinde sadece S/B, mineral ve kimyasal katkıların kullanılmasına bağlı değildir. Aynı zamanda; deney cihazı geometrisi, kayma yüzeylerinin sürtünme kapasitesi ve boşluğu, reolojik özelliklerin hesaplanmasında kullanılan reolojik modellerde beraber etkilidir. Bu nedenle, çimento pastasının hesaplanan reolojik karakteristiklerinde kullanılan yaklaşım ve deney metodunun standart hata ile birlikte hesaplayıp, karşılaştırmalı laboratuar sonuçlarına ihtiyaç olduğunu belirtmişlerdir. Svermova vd. (23), çimento harcı üzerinde % S/B, SP, %.2-.7 VA (bağlayıcının oranı) ile %12-45 oranında çimento ile yer değiştiren LSP li (limostone powder) karışımlar için reolojik özellikleri ile basınç mukavemeti özelliklerinin değişimini incelemişlerdir. S/B oranının artmasıyla çökme değeri artmakta, plastik viskozite ve basınç mukavemeti değeri azalmaktadır. SP oranının artmasıyla çökme değeri artmakta, akma değeri ve plastik viskozite değerleri azalmaktadır. Düşük S/B oranında artan SP dozajı kusmaya neden olmakta, S/B oranının artmasıyla terleme azalmaktadır. VA (viscosity agent) dozajı arttıkça çökme değeri azalmakta, plastik viskozite değeri artmaktadır. Düşük S/B oranında yüksek VA dozajı, betonun terlemesini azaltmakta, S/B oranı arttıkça terleme değeri de artmaktadır. LSP oranının artmasıyla S/B, SP ve VA dozajıyla birlikte çökme ve terleme artmakta, akma değeri, plastik viskozite ve basınç mukavemeti ise azalmaktadır. Çimento ile yer değiştirilen LSP, basınç mukavemeti değişiminde S/B den daha etkili olduğunu belirtmişlerdir. Banfill (23), taze çimento, harç ve betonun reolojisini tanımlamış, bu malzemelerin davranışlarını reolojik açıdan yorumlamış ve son 2 yıldaki araştırmaları belirtip yapılması gerekli çalışmalar hakkında tavsiyelerde bulunmuştur. Çimento tabanlı malzemelerin tekrar kalıplanmasında ve akışında, hem dönmeli hem de borulu viskozimetrelerden farklı değerler elde edilebilmesi ölçümler için çok önemli olduğunu belirtmiştir. Boru içindeki akış oranının değişimi ve basınç düşüşü ile ya da dönel viskozimetrelerdeki farklı dönüş hızları ve tork dan, kayma oranı ve kayma gerilmesinin hesaplanabildiği formüllerin üretilmesi gerektiğini önermiştir. 5

17 Harçlarla ilgili çalışmalar Golaszewski ve Szwabowski (24), Viskomat PC viskozimetresi ile üç farklı çimento tipinin (CEM I 32.5, CEM II/B 32.5, CEM III/A 32.5) ve farklı S/Ç oranındaki harçların reolojik özellikleri üzerinde beş farklı kimyasal katkı (1 polikarboksilik asit, 2 polikarboksilik ester, 3 naftelen sülfonat asit kökenli SP) tipinin, katkı ilave zamanına, (karışım suyu ile beraber ilavesine, karışımdan 3 sn ve 6 sn sonra ilave edilmesine bağlı olarak) çimento dozajına ve sıcaklıa (1, 2 ve 3 o C) etkisini araştırmışlardır. Aynı dozajlar kullanıldığında polikarboksilik kökenli harçların SNF ye göre akma gerilmesi oldukça düşük, plastik viskozite değerlerinin ise daha yüksek olduğunu, ancak düşük S/Ç oranı için, polikarboksilik kökenli SP nin etkinliğinin iyi, normal ve yüksek S/Ç oranlı harçlar için etkisinin SNF ye benzer olduğunu belirtmiş ve ekonomik açıdan pahalı oldukları için bu karışımlarda kullanılmasını önermemişlerdir. Bunlara ilave olarak polikarboksilik kökenli SP nin etkisinin katkı ilave zamanına bağlı olmadığını, SNF nin ise etkinliğinin değiştiğini, çimentonun tipi, kimyasal bileşimi ve dozajının SP nin etkinliğinde önemli olduğunu ve çok büyük farklılıklar gösterdiğini, SP li harçların reolojik özelliklerinde sıcaklığında önemli bir etken olduğunu, sıcaklık azaldığında kayma gerilmesi düştüğünü, plastik viskozitenin ise yükseldiğini belirtmişlerdir. Petit vd. (26), kimyasal (polinaftalen ve polikarboksilat kökenli) ve mineral katkılar kullanarak elde ettikleri kendiliğinden yerleşen harçların akma değeri üzerinde sıcaklık ve zamanın etkisini araştırmışlardır. Başlangıçtaki reolojik sabitlerin, SP miktarı ve tipi, sıcaklık ve zaman ile ilişkili olduğunu belirtmişlerdir. Polinaftalen sülfonat kökenli katkıyla yapılan karışımların akma değerinin, karışımın başlangıç sıcaklığına bağlı olmaksızın zaman ile lineer arttığını, polikarboksilat kökenli karışımlarda ise katkının dağıtma etkisinden dolayı sadece karışım sıcaklığına göre değiştiğini belirtmişlerdir o C altındaki polikarboksilat polimer katkı içeren karışımların hidratasyonun başladığı ana kadar geçen sürenin % 3 luk ilk diliminde, kayma değerinin ani azaldığını bu süreden sonra kayma değerinin zaman ile lineer olarak arttığını belirtmiştir. Özellikle polikarboksilat kökenli kimyasal katkılar kullanılarak elde edilen karışımlarda, başlangıç sıcaklığının bileşenler nedeniyle değişken olduğunu, başlangıç sıcaklığının etkisinin kullanılan hesaplama modellerinde göz önünde bulundurulması gerektiğini önermişlerdir. 6

18 Sonebi (26), harçlar üzerinde, farklı oranlardaki UK, polikarkoksilat kökenli SP ve iki tür iyonik olmayan polisakkarit kökenli (viskozite azaltıcı ve akışkanlaştırıcı) kimyasal katkının reolojik parametrelerdeki ve akışkanlıktaki etkisini incelemiştir..4 S/B oranındaki harçlarda; UK ün çimento ile yer değiştirme oranını % 5, 13 ve 2, kimyasal katkı dozajını ise %.2,.4,.6 ve.8 oranında kullanmıştır. İyonik olmayan polisakkarit kökenli katkıların artan dozajlarında akma değerinin arttığını, plastik ve görünür viskozitenin ise azaldığını belirtmiştir. SP dozajının artması ile de düşük kayma oranlarında görünür viskozite, yüksek kayma oranlarınkinden daha fazla artmış, bunun nedeninin kullanılan polisakkarit kökenli kimyasal katkının moleküler ağırlığı ve polimer zincirlerinin karmaşıklığında olabileceğini belirtmiştir. Yazara göre, yüksek kayma oranında, polimer zincirlerdeki karmaşıklık bozulmakta ve akış yönünde dizilmektedir. Çimento ile yer değiştirilen UK lü harçlarda kimyasal katkıların kullanılmasıyla, akma değerinin azaldığını, plastik viskozite değerinin ise arttığını belirtmiştir. Yahia ve Khayat (21), S/Ç oranı.4 olan, kimyasal katkı olarak reoloji değiştiren katkı (Welan Gum) ve Naftelen bazlı yüksek oranda su azaltıcı katkı ile mineral katkı olarak da (çimento ile yer değiştirerek) Sd ve YFC nu farklı oranlarda kullanarak yüksek pseudoplastik özellik gösteren harçlar üzerinde Bingham, Modifiye Bingham, Casson, Herschel Bulkley, Log-Metod ve De Kee modellerden elde ettiği kayma gerilmesi değerlerinin değişimini incelemiştir. Deneysel çalışmalarda iki koaksiyel silindirik viskozimetre kullanmıştır. Karşılaştırdığı analitik modellerinde tahmin edilen akma gerilmesi değerleri bir birinden farklı çıkmıştır. Bingham modeli diğer modellerden daha yüksek akma gerilmesi verirken, en düşük değerleri Herschel-Bulkley modeli vermiştir. Log-Metodun pseudoplastik harçların akma gerilmesinde, düşük kayma oranındaki lineer olmayan kısımlarını eleyip, lineer akış eğrisini dönüştürülmesinde kullanılmasını önermiştir. Önerilen Log-Metot, özellikle akışkan harç için, akma değerinde daha etkili olduğunu göstermektedir. Genellikle, Casson ve De Kee modelleri, silis dumanlı karışımların akma değerinin hesaplamasında kullanılabilir iken YFC lu karışımlarda, bir birine daha yakın sonuçları Bingham ve Log-Metot vermiştir. Araştırılan karışımlar için en tutarlı sonuçları De Kee modelinin verdiğini, akma gerilmesi hesaplamada düşük kayma oranında (5.1 s 1 ) akma gerilmesi ve görünen viskozite arasındaki ilişki kullanılabileceğini belirtmiştir. 7

19 Betonla ilgili çalışmalar Aitcin (1992) işlenebilir yüksek performanslı beton üretimi için; portland çimentosunun reolojik performansı ve süperplastikleştirici ile uyumunun, düşük S/Ç oranı içeren betonlarda portland çimentosunun reolojik performansının katkılarla nasıl optimize edileceğinin, çökme deneyinden başka yöntemler kullanarak düşük S/Ç oranına sahip olan betonun işlenebilirliğinin inşaat ve laboratuar çalışmalarında değerlendirme metotlarının araştırılmasını önermiştir (Ferraris, 1999). Banfill vd. (2), BML, Btrheom, Camegraf-Img, IBB ve İki Nokta reometrelerinin analitik ve deneysel değerlendirmelerini yapıp ürettikleri aynı tür (belirli çökme değerindeki mm) betonlar üzerinde çökme yayılması, geliştirilmiş çökme değerleri ile kayma eşiği ve plastik viskozite ölçümlerini karşılaştırmışlardır. Bu reometrelerin akma gerilmesi değerlerinde en yüksek korelasyonu Camegraf-Img ile İki Nokta (.99), en düşük korelasyonu BML-IBB (.81) göstermesine karşılık plastik viskozite değerlerinde en iyi korelasyonu Camegraf-Img ile hem IBB hem de BML (.98), en düşük korelasyonu ise İki Nokta-BML (.45) ve İki Nokta-IBB (.52) göstermiştir. Kullandığı reometrelerin farklı geometri ve aralıkta olduğundan, Bingham değerlerini farklı verdiğini belirtmiştir. Tüm reometrelerin çökme ile kayma eşiği değerleri ilişkisi iyi olduğunu, geliştirilmiş çökme ile viskozite arasıdan ilişki olmadığını belirlemiştir. Viskoziteyi en yüksek değerde IBB, en düşük değerde ise iki nokta işlenebilirlik cihazı ile belirlemiştir. Yazarın kullandığı tüm reometreler eksenel dönen reometreler olmasına karşılık, BML ve CEMAGRAF-IMG koaksiyel (eşeksenli), BTRHEOM paralel plakalı, IBB ve İki nokta işlenebilirlik cihazı kanatlarla karıştırma hareketlidir. Yazar, KYB leri de kapsayan daha çok karışım, farklı viskozite değerinde, farklı agrega boyut ve şeklinde (köşeli ve yuvarlatılmış), nümerik çözümler ve reometreler için standart kalibrasyon sıvısının geliştirilmesi gerektiğini önermiştir. Baoju vd. (2), farklı oranlarda uçucu kül ve % 1.5 oranında naftelen sülfonat formaldehit içeren SP betonların çökme kayıplarını ve basınç mukavemeti değişimini incelemiştir. Uçucu kül içeren betonlarda, yüksek çökme ve basınç mukavemeti, düşük çökme kaybı ve kuruma rötre oranı olduğunu belirtmiştir. Ayrıca uçucu küllü betona katılan SP nin tipi ve katkı ilave metodunun, çökme kaybının azaltılmasında önemli derecede etkili olduğunu vurgulamışlardır. Uçucu kül içeriği arttıkça priz süresi de uzamaktadır. Yazarlar, yüksek miktarda uçucu kül 8

20 içeren betonların basınç mukavemeti düşük ve kuruma rötresi büyük olduğunu, ancak 14 günlük kuruma rötresi standart betona göre düşük olduğunu belirtmişlerdir. Beaupré vd. (23), BML, Btrheom, IBB, Taşınabilir IBB, ve İki nokta reometrelerin kullanarak aynı tür (belirli çökme değerindeki mm) harç ve betonlar üzerinde çökme yayılması (yayılma çapı ve T5 zamanı), V Huni ile kayma eşiği ve plastik viskozite ölçümlerini analitik ve deneysel olarak karşılaştırmışlardır. Plastik viskozitenin, çökme ve çökme yayılması değerleri arasında korelasyonun düşük, T5 zamanı ve V Huni ile ise iyi olarak gözlemlemişlerdir. Kullanılan reometreler içinde akma gerilmesi değerlerinde en yüksek korelasyonu, Taşınabilir IBB ile BML (.98) ve IBB arasında (.97), en düşük korelasyonu ise IBB-BTRHEOM (.84) ve BTRHEOM-İki Nokta (.86) göstermesine karşılık, plastik viskozite değerlerinde en iyi korelasyonu İki Nokta-Taşınabilir IBB ile IBB- İki Nokta (.9), en düşük korelasyonu ise İki Nokta-BTRHEOM (.3) ve BTRHEOM hem Taşınabilir IBB hem de IBB ile (.45) göstermiştir. Çökme ile akma gerilmesi arasındaki ilişkinin tüm reometrelerde yapılan ölçümlerde görüldüğünü ve tüm reometrelerin Bingham parametrelerine göre akışı belirlemede kullanılabileceğini belirtmişlerdir. Reolojik ölçümlerde reometrede meydana gelen segregasyon ve tiksotropinin daha iyi anlaşılması gerektiğini bildirmişlerdir. Çeşitli reometrelerle elde edilen deneysel sonuçların nümerik çözümlerle karşılaştırılmasının önemi üzerinde durmuşlar, agrega ve polimer içeren karışımlar için yeni modeller geliştirilebileceğini önermişlerdir. Kalibrasyon işlemi için yağ kullanılmış, ancak bu cihazların hiç birinin Newtoniyen ölçümler için tasarlanmadığından yeterli olmadığını, kalibrasyon için doğal tanecikli saf yağ kullanılması gerektiğini önermişlerdir. Bouzoubaâ ve Lachemi (21), 4 kg/m 3 sabit dozlu, farklı S/B oranında (.35-.5), yüksek oranda çimento ile yer değiştirilen F sınıfı UK (% 4-5-6) ve kimyasal katkı (sülfonat naftelen formaldehit ve sentetik reçine tipi hava sürükleyici katkı) kullanarak elde ettiği KYB lar üzerinde çökme, çökme yayılması (viskozite için), hava içeriği, terleme ve yerleşme zamanı, akış zamanı (V huni), segregasyon, basınç ve rötre değişimlerini incelemişlerdir..45 S/Ç oranında % 5 UK yer değiştirilmesi ile elde edilen betonun kontrol betonuyla benzer mukavemet (35 MPa) göstermesine karşılık bu karışımın en küçük çökme değeri gösterdiğini, en düşük çökme yayılmasının.45 S/Ç oranında % 6 UK yer değiştirilmesinde, en yüksek çökme yayılmasının da.35 S/Ç oranında % 4 ve 6 UK yer 9

21 değiştirilmesinde elde edildiğini belirtmişlerdir. Deneylerde, MPa arasında değişen basınç mukavemeti değişimi olduğunu belirtmişlerdir. Yazarlar UK gibi ince malzemelerin kullanılmasıyla istenilen özelliklerde beton üretilebileceğini, KYB larda hem akış özellikleri hem de ekonomik açısından yüksek oranda F sınıfı UK lerin kullanılabileceği sonucuna varmışlardır. Chang, (24), mm çökmeli ve 56 MPa dan yüksek mukavemetli betonlarda, S/Ç, S/B ve S/Kum oranının taze beton özellikleri, mukavemet ve durabilite özellikleri üzerindeki etkisini araştırmıştır. Çalışmasında, Tip I PÇ, nehir kumu ve kırılmış agrega, mineral katkı olarak F sınıfı UK ve demir fabrikasından elde ettiği yüksek fırın cürufu, kimyasal katkı olarak da naftelen bazlı SP (ASTM C494 e göre Tip G ) kullanmıştır. İlk olarak S/B oranının sabit (.48) tutup, su ve bağlayıcı miktarlarını değiştirmiş, daha sonrada bağlayıcı oranını sabit tutup değişik S/B oranlarında (.28 ile.48 arasında) betonlar üretmiştir. Betonun performansında S/Ç, S/B ve S/Kum oranının önemli etkiye sahipken, S/Kum oranının betonun hacim kararlılığında önemli derecede etkili olduğunu, cüruf ve uçucu külün kullanılmasıyla, mukavemet gelişirken, durabilite özelliklerini arttırmış ve beton reolojine faydası olduğunu belirtmiştir. Benzer S/Ç oranında, yoğunluk arttıkça beton mukavemeti de artmaktadır. YPB nun klorür penetrasyonu ve elektrik direnci S/B oranına daha az duyarlı ancak S/Kum oranıyla doğrudan orantılıdır. Su içeriğinin betonun durabiletisinde önemli etkiye sahiptir. Yazar, puzolanik malzemelerin ve güçlü su azaltıcı katkıların betonun mukavemetinin yükselmesine ve işlenebilirliğine de katkıda bulunduğunu belirtmiştir. Cullen ve West (24), betonun işlenebilirliğini akma gerilmesi ve plastik viskoziteye göre tanımlamanın laboratuarlarda yapılabildiğini, beton üretim yerinde ise pratikliği, ucuzluğu ve kolaylığı açısından yaygın olarak kullanılan çökme deneyi ile akma gerilmesinin korelasyonun olmasına karşılık plastik viskozite ile ilgili ilişkinin bulunmadığını belirtmişlerdir. Yazarlar, Tattersall ın iki nokta işlenebilirlik cihazı prensiplerine göre çalışan, elde taşınabilen ve uygulaması pratik olan reometrenin (TCD iki nokta işlenebilirlik) tasarım ve teknik özelliklerini tanımlamışlardır. Geliştirdikleri cihazın çökme yayılması deneyi ile de ilişkili sonuçlar verdiğini belirtmişlerdir. Duval ve Kadri (1998), kısmi ikame metoduyla karışımlara ilave edilen silis dumanlı betonların basınç mukavemeti ve işlenebilirlik değişimlerini incelemişlerdir. Hedeflenen 1

22 17-2 mm çökmeyi sağlamak için naftelen sülfonat bazlı SP katkı kullanmışlardır. Gerekli SP dozajının, çimentonun C 3 A ve alkali sülfat içeriğine bağlı değiştiğini belirtmişlerdir. % 1 C 3 A içeriğindeki beton için gerekli SP dozajı, %2 C 3 A içeriğindeki betonun iki katı olduğunu belirtmişlerdir. % 1 oranında kısmi yer değiştirilen silis dumanı beton işlenebilirliğini azaltmadığını ve bu orandaki karışımda, gerekli SP dozajının Sd katkısız beton karışımlarınkinden de düşük olduğunu belirtmişlerdir. S/B oranı arttıkça çökme kaybı artmamaktadır. % 2 nin üzerindeki yer değiştirmelerde yüksek mukavemetli betonlar üretilmiştir, yine de mukavemet artışı referans betonla karşılaştırıldığında % 15 den küçüktür. Sd lı betonların basınç mukavemetindeki artış çimento ile yer değiştiren Sd miktarından daha ziyade S/B oranının azalmasına daha çok bağlıdır. % 2 Sd içeriğinde basınç mukavemeti artmakta ve Sd düzeyi % 1-15 için maksimum olmaktadır. S/B ve Silis-Çimento oranları ile ilişkili karışım modeli önerisinde bulunmuşlar ancak bu modelin başarı oranının % 5 den fazla olmadığını belirtmişlerdir. Felekoğlu vd. (27), beş farklı S/Ç ( arasında) ve SP (polikarboksilik asit bazlı F tipi YOSA) dozajındaki, sabit dozlu 65-8 cm çökme yayılması aralığındaki KYB karışımları üzerinde taze beton özelliklerini; 5 cm yayılma zamanı, V huni, L kutu ve hava içeriğini, sertleşmiş beton özellikleri olarak da basınç mukavemeti, çekme mukavemeti ve elastisite modülü değişimini incelemiştir. KYB beton üretmek için optimum S/Ç oranını olarak önermiştir, bu değerin altında blokaj, üstünde segregasyon oluştuğunu belirtmişlerdir. Normal vibrasyonlu betonlarla karşılaştırıldığında KYB larda yüksek çekme ve düşük elastisite modülü elde edilmiştir. Basınç mukavemeti olarak ise farklı değerler elde etmiştir. Bununla birlikte normal betonlarla karşılaştırıldığında KYB larda yüksek çekme mukavemeti ve düşük elastisite modülü olduğunu ifade etmişlerdir. Yazarlar, KYB deneyleri arasında basınç mukavemetini değerlendirebilen kabul edilebilir bir yöntem olmadığını, malzeme tipi ve oranına göre uygun beton karışımların deneme yanılma ile bulunabileceğini belirtmişlerdir. Ferraris ve Gaidis (1992), çimento pastasında, agregalar arsındaki uzaklığa benzetilen reometre nin levhaları arasındaki boşluğa bağlı reolojik farklılıkların olduğunu göstermiştir. Agregaların arasındaki mesafe, çimento pastasının hacim içeriğine bağlıdır. Aynı zamanda malzemelerin reolojik davranışları, kayma oranı, sıcaklık, karıştırma enerjisi gibi deneylerin durumuna bağlıdır. Bu yüzden betonda yapılacak deneylerde aynı durumlarda çimento 11

23 pastasının ölçülebilmesinin önemli olduğunu belirtmişlerdir. Ayrıca, çimento pastasının akış özelliklerinin, karışım metotlarından etkilerini saptamaya çalışmışlardır. Ferraris vd. (2a), aynı çökme ve çökme yayılmasındaki KYB örnekler üzerinde iki beton reometresi (IBB ve BTRHEOM ), çökme, çökme yayılması, V huni ve U kutu deneyleri yaparak reolojik parametreleri incelemiştir. Farklı akış oranları elde edebilmek için farklı dozajlarda kimyasal katkı (geliştirilmiş selüloz VGK ve karboksilat kopolimer bazlı SP) kullanmışlardır. Çökme ve çökme yayılması deneylerin KYB ları tanımlamada yetersiz olduğunu, kullanılan reometreler arasında plastik viskozite değerlerinin korelasyonunun iyi (% 84), akma gerilmesi değerlerinin korelasyonun olmadığını, V huni ve U kutusu deneylerinin ise her iki reolojik parametre ile uygun korelasyonlu olmadığını, KYB ların farklı tiplerinin, Beaupre nin tanımladığı İşlenebilirlik Kutusu (workability box) ile grafiksel olarak belirlenen akma gerilmesi ve plastik viskozite ile belirlenebileceğini belirtmiştirler. Geiker vd. (22), S/Ç.45, CEM I 52.5 (35 kg/m 3 ), % 3 Sd, % 27 UK ve üçüncü nesil SP (SikaAer 15b conc. ve ViscoCrete 34) ile ürettikleri betonda, iki nokta işlenebilirlik cihazı ile (BML Viscometer 3) Tork-Zaman ilişkisini incelemişlerdir. Kullandıkları cihazda, segregasyonun ve dönüş hızının etkisini küçültmek için rev/s aralığında her dönüş hızında 1 s için ölçüm yapılması gerektiğini ve tıkaç akışın meydana geldiği en yüksek dönüş hızının ve bu hıza ulaşmak için belirlenen 8-1 s aralığındaki en düşük tork değerinin hesaplanması gerektiğini önermişlerdir. Taze beton hareketli iken akma gerilmesi çok düşük, plastik viskozitenin yüksek değerler gösterebildiğini, ilk kayma hareketinin reolojik özellikleri belirlemede etkili olduğunu ve başlangıç zamanının dikkate alınması gerektiğini belirtmişlerdir. Araştırıcılar taze KYB ların dilatant akış (kayma kalınlaşması) davranışı gösterdiğini belirlemişlerdir. Haque ve Kayalı (1998), 4 ve 5 kg/m 3 çimento içeriğindeki betonlarda %-1-15 oranında kısmi yer değiştirilen (% 99 u 45 µm lik elekten geçen) F tipi UK lerin işlenebilirlik, basınç, çekme, su emme ve kuruma rötresi değişimlerini incelemiştir. Yaptıkları çalışmada UK katkısız betonlara göre % 1 UK kısmi ikameli betonlarda % 2 daha fazla mukavemet artışı, çekme ve elastisite modülü değerlerinde ise yükselme gözlemlemişlerdir. İşlenebilirlik yönünden; 5 dozlu betonda % 1 UK ün kısmi ikamesi ile aynı çökme değeri 12