Beton Bileşim ve Geçirimlilik Özelliklerinin Donatı Korozyonu Üzerine Etkisi. Proje No: 104I022

Transkript

1 Beton Bileşim ve Geçirimlilik Özelliklerinin Donatı Korozyonu Üzerine Etkisi Proje No: 104I0 Prof.Dr. M. Hulusi ÖZKUL Ünal Anıl DOĞAN Doç. Dr. Alper İLKİ AĞUSTOS 006 İSTANBUL

2 ÖNSÖZ Betonarme yapılarda donatı korozyonu tüm dünyada olduğu gibi Türkiye için de çok önemli bir konu olmasına rağmen bu konudaki çalışmalar sınırlıdır. Ülkemizde mevcut yapıların hizmet süresi çelik donatılarda meydana gelen korozyon problemi nedeniyle beklenenden daha kısa sürmektedir. Bu yüzden betonarme yapılarda donatı korozyonunun önlenmesi ve böylece servis ömrünün uzatılması hem ekonomik açıdan hem de insanların güvenliği bakımından hayati önem taşımaktadır. Bu çalışmada donatı korozyonunun oluşumunda temel belirleyici unsur olangeçirimsizlik, iki farklı puzolan (uçucu kül ve silis dumanı) içeren betonlarda bileşime bağlı olarak incelenmiştir. Betonun bileşimine bağlı olarak değişen geçirimlilik özellikleri incelenmiş, elde edilen sonuçlar optimize edilerek, bulunan geçirimliliğin donatı korozyonu üzerine etkisi belirlenmiştir. Çalışmanın gerçekleşmesindeki katkılarından dolayı TÜBİTAK ve Mühendislik Araştırma Grubu na (MAG) teşekkürü borç biliriz Ayrıca deneylerin gerçekleştirildiği İ.T.Ü. İnşaat Fakültesi Yapı Malzemesi Laboratuvarı çalışanlarına teşekkür ederiz. ii

3 İÇİNDEKİLER Sayfa No Önsöz ii İçindekiler iii Tablo Listesi iv Şekil Listesi v Özet vi Abstract vii Giriş 1 Beton Gömülü Çelik Donatı Korozyonu 1 Betonda Kürün Önemi 4 Kür Yöntemleri 4 Kürün Beton Basınç Dayanımına Etkisi 5 Kürün Betonun Dayanıklılık Özelliklerine Etkisi 6 Deneysel Çalışma 8 Malzemeler 8 Bağlayıcı Maddeler 8 Kimyasal Katkı 9 Agregalar 9 Beton Bileşimlerinin Tasarımı 10 Deney Yöntemleri 11 Kılcal Su Emme 11 Basınçlı Su Geçirimliliği 11 Yüzeyden Su Emme 1 Hızlı Klorür Geçirimliliği 1 Deney Sonuçları ve Değerlendirme 14 Silis Dumanı İçeren Karışımlar 14 Uçucu Kül İçeren Karışımlar Optimum Karışımlar 9 Korozyon Deneyleri 30 Korozyonun Aderansa Etkisi 31 Sonuçlar 31 Kaynaklar 3 iii

4 TABLO LİSTESİ Sayfa No Tablo 1 Uçucu kül, silis dumanı ve çimentonun fiziksel ve kimyasal özellikleri 8 Tablo Agregaların tane boyut dağılımları ve özgül ağırlıkları 9 Tablo 3 Silis dumanı ve uçucu kül katkılı betonlar için belirlenen değişkenler ve değişim aralıkları 10 Tablo 4 Silis dumanı kullanılarak üretilen ve havada saklanan betonlara ait deney sonuçları 15 Tablo 5 Silis dumanı kullanılarak üretilen ve su kürü uygulanan betonlara ait deney sonuçları 16 Tablo 6 Açıkta saklanan SD katkılı beton karışımlarına ait boşluk oranı, 90 günlük basınç dayanımı ve HKG deneylerinin varyans analizi sonuçları 17 Tablo 7 Açıkta saklanan SD katkılı beton karışımlarına ait yüzeyden su emme (ISAT), kılcallık ve basınçlı su geçirimliliği deneylerinin varyans analizi sonuçları 17 Tablo 8 Suda saklanan SD katkılı beton karışımlarına ait boşluk oranı, 90 Tablo 9 günlük basınç dayanımı ve HKG deneylerinin varyans analizi sonuçları 17 Suda saklanan SD katkılı beton karışımlarına ait yüzeyden su emme (ISAT), kılcallık ve basınçlı su geçirimliliği deneylerinin varyans analizi sonuçları 18 Tablo 10 Her iki kür koşulu için SD katkılı beton karışımlarına ait boşluk oranı, 90 günlük basınç dayanımı ve HKG modellerinden elde edilen fonksiyon katsayıları 18 Tablo 11 Her iki kür koşulu için SD katkılı beton karışımlarına ait yüzeyden su emme (ISAT), kılcallık katsayısı ve basınçlı su geçirimliliği modellerinden elde edilen fonksiyon katsayıları 18 Tablo 1 Uçucu kül kullanılarak üretilen ve havada saklanan beton karışımları deney sonuçları 3 Tablo 13 Uçucu kül kullanılarak üretilen ve su kürü uygulanan beton karışımları deney sonuçları 3 Tablo 14 Açıkta saklanan UK katkılı beton karışımlarına ait boşluk oranı, 90 günlük basınç dayanımı ve HKG deneylerinin varyans analizi sonuçları 4 Tablo 15 Açıkta saklanan UK katkılı beton karışımlarına ait yüzeyden su emme (ISAT), kılcallık ve basınçlı su geçirimliliği deneylerinin varyans analizi sonuçları 4 Tablo 16 Suda saklanan UK katkılı beton karışımlarına ait boşluk oranı, 90 Tablo 17 günlük basınç dayanımı ve HKG deneylerinin varyans analizi sonuçları 4 Suda saklanan UK katkılı beton karışımlarına ait yüzeyden su emme (ISAT), kılcallık ve basınçlı su geçirimliliği deneylerinin varyans analizi sonuçları 5 Tablo 18 Her iki kür koşulu için UK katkılı beton karışımlarına ait boşluk oranı, 90 günlük basınç dayanımı ve HKG modellerinden elde edilen fonksiyon katsayıları 5 Tablo 19 Her iki kür koşulu için UK katkılı beton karışımlarına ait yüzeyden su emme (ISAT), kılcallık katsayısı ve basınçlı su geçirimliliği modellerinden elde edilen fonksiyon katsayıları 5 Tablo 0 Silis dumanı katkılı betonlar için belirlenen optimum karışımlar 30 Tablo 1 Uçucu kül katkılı betonlar için belirlenen optimum karışımlar 30 iv

5 ŞEKİL LİSTESİ Sayfa No Şekil 1 Betonarme yapı ömrü için tasarlanan iki aşamalı korozyon modeli Şekil Betona gömülü çelik donatının tam korozyon hücresi 3 Şekil 3 Karışım agrega tane boyut dağılımı ve TS 706 referans eğrileri 9 Şekil 4 Üç bağımsız değişkenli Merkezi Kompozit Tasarım 10 Şekil 5 Kılcallık Deneyi 11 Şekil 6 Yüzeyden su emme deneyi (Initial Surface Absorption Test) 1 Şekil 7 Hızlı klorür geçirimliliği deneyi 13 Şekil 8 İki kür koşulunda 350 kg/m 3 bağlayıcı içeren silis dumanı katkılı betonların SD/B ve S/B oranlarının basınç dayanımına etkisi 19 Şekil 9 Suda saklanmış silis dumanı katkılı betonlarda SD/B oranının hızlı klorür geçirimliliğine etkisi 19 Şekil 10 0,53 su/bağlayıcı oranına sahip betonlarda farklı kür koşuları altında bağlayıcı miktarı ve silis dumanı/bağlayıcı oranının hızlı klorür geçirimliliğine etkisi 0 Şekil 11 0,075 SD/B oranına sahip silis dumanlı betonlarda farklı kür koşulları altında bağlayıcı miktarı ve su/bağlayıcı oranının yüzeyden su emme hızına etkisi 1 Şekil 1 Havada saklanan, 0,48 ve 0,58 S/B oranı ile üretilmiş silis dumanlı betonların basınç altında su geçimlilik özellikleri 1 Şekil 13 Açıkta saklanmış uçucu küllü betonların (a) 0,46 ve (b) 0,60 S/B oranları için eşdayanım eğrileri 6 Şekil 14 Su/bağlayıcı oranları 0,53 olan uçucu küllü betonların (a) havada ve (b) su içerisinde saklanmaları durumunda elde edilen kılcallık katsayıları 7 Şekil 15 Toplam bağlayıcı miktarları 350 kg/m 3 olan uçucu küllü betonların her iki kür koşulu için elde edilen hızlı klorür geçirimliliği deney sonuçları 7 Şekil 16 Her iki kür koşulunda tutulan uçucu küllü betonlarda basınçlı su geçirimliliği deney sonuçları 8 Şekil 17 Toplam 350 kg/m 3 bağlayıcı dozajına sahip uçucu küllü betonların farklı kür koşulları altında yüzeyden su emme hızları 9 Şekil 18 Sodyum klorür çözeltisi içerisinde bekleyen lolipop numuneler 31 v

6 ÖZET Bu çalışmada merkezi kompozit tasarım olarak adlandırılan istatistiksel yöntem kullamılarak uçucu küllü veya silis dumanlı betonlar üretilmiştir. Karışım parametrelerinden toplam bağlayıcı miktarı (x 1 ), su/bağlayıcı oranı (x ) ve uçucu kül/bağlayıcı oranı (veya silis dumanı/bağlayıcı oranı) (x 3 ) sayısal, kür koşulları (suda ve havada) da kategorik olmak üzere dört adet bağımsız değişken seçilmiştir. Sayısal bağımsız değişkenlerin sınırları sırasıyla x 1 için 300 kg/m kg/m 3, x için (uçucu küllü karışımlarda) veya (silis dumanlı karışımlarda), x 3 için (uçucu kül) veya (silis dumanı) olarak belirlenmiştir. Üretilen numunelerin yarısı kirece doygun su içerisinde, diğer kısmı da laboratuvar ortamında açıkta 90 gün bekletildikten sonra basınç dayanımı, kılcal su emme, yüzeyden su emme (ISAT), basınçlı su geçirimliliği ve hızlı klorür geçirimliliği (ASTM C 10) deneyleri uygulanmıştır. vi

7 ABSTRACT In this study, the effect of fly ash and silica fume addition on the capillary absorption, permeability under pressure, initial surface water absorption and chloride ion penetration into concrete is investigated together with its effect on compressive strength. Central Composite Design method is applied to find out the main influencing factors on the choosen properties. In the analysis, four input factors are used, such as total binder content (x 1 ), water/binder ratio (x ), fly ash/binder ratio (or silica fume/binder ratio) (x 3 ) as numeric factors and curing condition (in water or in air) as categorical factors. The ranges of numeric factors are selected between 300 kg/m kg/m 3 for binder content, (in fly ash concretes) or (in silica fume concretes) for water/binder ratio and for fly ash/binder ratio or for silica fume/binder ratio. Water curing is applied over the half of the specimens while the remaining ones are stored in laboratory conditions for 90 days before testing. vii

8 GİRİŞ Yirminci yüzyılda oldukça fazla gelişme ve uygulama alanı bulan betonarme, gerektiği gibi planlanıp uygulandığında ekonomik, dayanıklı, sağlam ve istenilen şekilde üretilebilen en uygun yapı malzemesidir. Çelik ile betonun birlikte kullanılması sadece mekanik açıdan değil aynı zamanda uzun süre kendisinden beklenen özellikleri koruyabilmesi bakımından da en elverişli çözümdür. Beton, çeliğe oranla dış etkilere karşı daha dayanıklı olduğundan, çelik donatıyı kimyasal ve fiziksel olarak koruduğu ve çelik profillerle üretilen yapılara kıyasla korozyon sorununu azalttığı söylenebilir. Kuramsal olarak böyle olsa da yetersiz projelendirme, eksik imalat, uygun olmayan malzeme seçimi, beklenenden daha zararlı ortamlara maruz kalma veya tüm bu etkenlerin bileşimi sonucu meydana gelen beton içerisindeki donatı korozyonu son otuz yıldır üzerinde en çok çalışılan durabilite problemlerinden biridir. Yapıların ömrünü belirlemede birinci etkenin donatı korozyonu olduğu bilinmektedir. Bu nedenden dolayı donatı korozyonunun oldukça karmaşık olan mekanizmasını tam olarak anlamak ve mümkün olabilecek önlemleri almak amacıyla birçok yöntem geliştirilmiştir. Betona Gömülü Çelik Donatı Korozyonu Betonun kimyasal koruyuculuğu ph değeri 13 civarında olan alkalinitesinden ileri gelir. Bu ortam çelik donatı yüzeyi üzerinde kalıcı bir koruyucu pasivasyon tabakasının oluşumunu ve sürekliliğini sağlar. Çelik üzerindeki beton tabakasının (paspayı) fiziksel etkisi ise pasivasyon tabakasının doğrudan veya dolaylı yollardan bozulmasına sebep olabilecek oksijen ve CO gibi gazların ve SO 3, Cl gibi kimyasal maddelerin girişini geçirimsizlik özelliği sayesinde engellemesidir. Normal koşullarda pasivasyon tabakası koruyucu özellik gösterirken, paspayının karbonatlaşması ve/veya klor iyonlarının donatıya ulaşması sonucu bu tabaka tahrip olur ve korozyona açık bir durum ortaya çıkar. Ancak korozyonun başlayabilmesi için su ve oksijenin de donatıya ulaşması ve katot reaksiyonunun oluşması gerekir. Nem ve/veya oksijenin bulunmaması durumunda korozyon gerçekleşmez. Fiziksel ve ardından kimyasal koruyuculuğun ortadan kalkmasıyla çelik üzerindeki pasif tabakanın varlığını sağlayan ortam kaybolmuş olur. Pasivasyon tabakasının yok olmasıyla başlayan korozyon oluşum hızını belirleyen etkenlerin en önemlileri: (i) katodik bölge civarında oksijen konsantrasyonu ve (ii) çelik etrafındaki nem ve sıcaklık durumudur. İki aşamalı bir süreç olan korozyon Tuutti ve arkadaşları (TUUTTI, 198) tarafından modellenmiş ve birçok araştırmacı tarafından kabul görmüştür. Şekil 1'de gösterilen bu modele 1

9 göre donatı üzerindeki pasivasyonun ortadan kalkmasına sebep olan beton içerisindeki klor ve CO miktarının belirli bir seviyeye ulaşmasına kadar geçen süreyi temsil eden birinci aşamaya başlangıç aşaması, aktif korozyonun malzemeye hasar vermeye başladığı bölgeye de ilerleme aşaması adı verilir. İlerleme aşamasında korozyon hızını gösteren doğrunun eğimi sıcaklık, bağıl nem ve oksijen konsantrasyonuna bağlı olarak değişir. T Korozyon Derecesi Başlangıç aşaması İlerleme Fe Fe Aşaması ++ +e - Zaman Şekil 1. Betonarme yapı ömrü için tasarlanan iki aşamalı korozyon modeli (ELSENER, 001; BENTUR ve diğ., 1997) Karbonatlaşmanın oluşmaması ve klor etkisi bulunmaması durumunda beton içerisindeki yüksek alkali ortam bozulmayacağından korozyon meydana gelmez. Çelik üzerine yapışan koruyucu pasif tabaka bir korozyon ürünü olmakla beraber çok düşük çözünme hızına sahiptir. Yani tam bir yalıtkan olmasa da çok küçük bir akımın geçmesine izin verir ve bu akım yavaş yavaş tabakayı inceltir. Çeliğin korozyonu elektrokimyasal bir olaydır. Şekil de görüldüğü gibi oksidasyon (anodik) ve redüksiyon (katodik) reaksiyonlarından oluşan korozyonun temelini anodun (çelik) elektron kaybederek çözünmesi oluşturur. Kaybedilen elektronun başka bir yerde harcanması da redüksiyon reaksiyonunu oluşturur. Diğer kimyasal olaylarda olduğu gibi anodik ve katodik reaksiyonlar denge halindedir. Anottan ayrılan elektron katoda doğru ilerlerken çözeltideki (beton) negatif iyonlar anoda yönelirler. Korozyon potansiyeli (E kor ) ise anodik ve katodik reaksiyon hızlarının dengede olduğu potansiyel değeridir (ŞENGİL, 199; ÜNERİ, 1998)

10 Katodik reaksiyon O + H O + 4e - 4(OH) Anodik reaksiyon Fe Fe ++ + e - Nemli Beton (Elektrolit) Katot Anot Fe O 3 Pasif tabaka Çelik Akım Şekil. Betona gömülü çelik donatının tam korozyon hücresi Paslanan çelikten ayrılarak beton içerisindeki boşluk hacmiyle sınırlı olan su içerisinde çözünen demir (Fe + ) iyonları kütle, dolayısıyla kesit kaybına neden olur. Bunun yanında korozyon ürünü olan ve boşluklu yapısı nedeniyle daha fazla hacme sahip olan pasın birikmesiyle meydana gelen hacim artışının neden olduğu gerilme sonucu paspayında çatlama meydana gelebilir. Kısaca korozyon sonucunda dört önemli yapısal sorun ile karşılaşılabilir: i) donatı kesitinde azalma, ii) donatı sünekliğinin azalması, iii) paspayının çatlaması ve iv) çelikbeton aderansında zayıflama. Tüm bu etkenlerin tek tek veya beraber oluşması yapının yük taşıma kapasitesinin kaybına neden olur (ANDRADE ve diğ., 1996; ALONSO ve diğ., 1994). Donatı korozyonunda etkili olan birincil faktör betonun geçirimliliğidir. Sertleşmiş betonun geçirimliliği boşluk yapısının bir göstergesi olduğundan, geçirimlilik betonun dayanımını, kimyasal ve fiziksel olaylara karşı dayanıklılığını yani dürabilitesini etkiler. Geçirimliliği yüksek olan betonlarda su ve zararlı maddeler beton içerisine kolayca sızacağı için geçirimlilik hem betonun hem de beton içerisine gömülü çeliğin hasar görmesine veya birden fazla hasarın birlikte oluşmasına neden olur (CHIA & ZHANG, 00). Beton üretiminde kullanılan bağlayıcı türü (Portland veya katkılı çimento, uçucu kül, silis dumanı, yüksek fırın cürufu gibi puzolanların kullanımı) ve miktarı, su/bağlayıcı oranı ve kür koşulları geçirimsizlik özelliklerini belirleyen temel unsurlardır. 3

11 Betonda Kürün Önemi Beton, bileşiminde bulunan bağlayıcı maddenin su ile yaptığı reaksiyon (hidratasyon reaksiyonu) sonucu önce katılaşır, sonra sertleşerek yük taşır hale gelir. Geleneksel betonda bağlayıcı Portland çimentosudur ve bunun yanında mineral katkılar (doğal puzolanlar, yüksek fırın cürufu, uçucu kül ve silis dumanı gibi) da bulunabilir. Portland çimentosunun bileşiminde yer alan karma oksitler, C 3 S (3CaO.SiO ), C S (CaO.SiO ), C 3 A (3CaO.Al O 3 ) ve C 4 AF (4CaO.Al O 3. Fe O 3 ) hidratasyon sırasında su ile reaksiyona girerler. Bu karma oksitler içinde bağlayıcı özellik açısından en önemlileri C 3 S ve C S dir. C 3 S özelikle ilk yaşlardaki dayanımı belirlerken, C S ileri sayılabilecek yaşlarda betonun dayanım kazanmasını sağlar. C 3 S ve C S in su ile yaptığı hidratasyon reaksiyonu sonucu ortaya çıkan temel ürün kalsiyum silikat hidratlar (C-S-H) olarak adlandırılır ve çimento, dolayısı ile betonun bağlayıcılık açısından temel taşlarını oluşturur. Beton, kılcal boşlukların C-S-H elemanlar tarafından doldurulması sonucunda yük taşıma özelliği kazanır, aynı zamanda boşluk oranı azalarak geçirimsizliği artar ve dürabilite (dayanıklılık) açısından yeterli duruma gelir. Bileşiminde çimentonun yanında puzolan içeren betonlarda ise çimentonun hidratasyonu dışında puzolanların puzolanik reaksiyonu da söz konusudur. Puzolanik reaksiyon, puzolanların SiO bileşeni ile çimentonun hidratasyonu sonucu oluşan kirecin (Ca(OH) ) ve suyun arasında gerçekleşir ve ortaya (C-S-H) ye benzer ürünler çıkar. Betonda kılcal boşluklar su ile dolu olduğu sürece hidratasyon sürer; beton içindeki bağıl nem oranının, doygun durumdaki buhar basıncının en az %80 ini sağlaması gerekir (NEVILLE, 1993). Bu oranın altına inildiğinde hidratasyon durur. Betona katılan su iki şekilde azalabilir; birinci şekil buharlaşma, ikinci şekil ise hidratasyonda kullanılmasıdır. Bu nedenle özellikle düşük su/çimento oranlarında betonun nem kaybına karşı yalıtılarak (sealing) korunması hidratasyonun sürmesi için yeterli olmayabilir. Çünkü, düşük su/çimento oranlarında hidratasyon için harcanan su beton içindeki buhar basıncının kritik değerin altına inmesine yol açabilir (içsel kuruma). Bu nedenle, bu tür durumlarda yalıtım şeklindeki kür yerine su içinde kür yeğlenmelidir. Kür Yöntemleri Kür yöntemleri sürekli su altında tutma, ıslak malzemelerle kaplama ve su kaybına karşı yalıtma olarak gruplandırılabilir. Birinci yöntem en etkili olanıdır ve ya bir su kaynağından sürekli besleme şeklinde yapılmalı, ya da özellikle yatay yüzeylerde su göllendirmesi uygulanmalıdır. İkinci yöntemde ise yüzeyin ıslatılmış kum, ahşap talaşı, saman ya da çuval gibi su tutucu bir 4

12 malzeme ile kaplanması söz konusudur. Burada malzemenin belirli aralıklarla sulanarak kurumamasına özen gösterilmelidir. Üçüncü yöntemde ise beton yüzeyi su kaybını önleyecek şekilde yalıtılmalıdır. Bu amaçla yüzeyin hava ile temasını kesen plastik örtüler kullanılabileceği gibi yüzeyde geçirimsiz bir tabaka (membran) oluşturan ve beton yüzeyine sürerek ya da püskürtülerek uygulanan bileşiklerden de yararlanılabilir. Özellikle düşey yüzeylerde ilk iki yöntemin uygulanması zor olduğundan üçüncü yöntemi uygulamak kaçınılmaz olabilir. Membran oluşturan maddeler genellikle parafin ya da polimer esaslıdır. Uygulanmadan önce beton doygun hale getirilmeli ve yüzey ıslaklığı kuruduktan sonra bileşik uygulanmalıdır. Kürün Betonun Basınç Dayanımına Etkisi Betonun dayanım kazanabilmesi için çimentonun su ile yaptığı hidratasyon reaksiyonu sonucu ortaya çıkan ürünlerin (özellikle C-S-H elemanların) kapiler boşlukları doldurularak agrega tanelerini birbirine bağlaması gerekir. Beton içindeki bağıl nem kritik değerin altına indiğinde hidratasyon duracağı için dayanım artışı da gerçekleşmez. Bu nedenle betonun özellikle ilk günlerde nemini kaybetmeyecek şekilde kür edilmesi gerekir. ACI 308 standardı betonun dökümünü izleyen ilk 7 gün süresince ya da 8 günlük dayanımın %70 ini kazanana kadar kür edilmesini öngörmektedir. ENV 06 standardında ise hava sıcaklığına, ortam koşullarına ve çimentonun dayanım kazanma hızına bağlı olarak farklı kür süreleri belirtilmiştir. Bu konuda, beton kitaplarında da yer alan klasikleşmiş çalışmada (PRICE, 1951), sürekli kuru havada tutulan beton numunesi, 6 ay süre ile suda tutulan betona göre aynı sürede %59 dayanım kaybına uğramaktadır Yapılan bir çalışmada (WOOD, 1991), Tip I çimentosu ile üretilen betonların su içinde ve havadaki basınç dayanımı gelişmeleri izlenmiştir. Su içinde tutulan betonların dayanımları sürekli artarken, havada tutulan numuneler 8 gün ile 1 yıl arasında maksimum dayanıma erişmişler, ancak 5 yıl sonundaki dayanım yaklaşık olarak 8 günlük değerlerde kalmıştır. Aitcin ve arkadaşları (1994), havada saklanan betonlarda, su içinde tutulanlara göre %17- oranında düşüşler gözlemişlerdir. Öte yandan, puzolan içeren betonlar yetersiz kür koşullarından, normal Portland çimentolu betonlara göre daha fazla etkilenmektedirler. Suda ve havada saklanan numuneler arasında, %5 cüruflu betonların (çimento ağırlığına göre) basınç dayanımında %38 oranında düşüş gözlenmiştir (RAMEZANIANPOUR & MALHOTRA, 1995). Aynı çalışmada benzer koşullarda, %5 uçucu kül, %50 cüruf veya yüksek oranda uçucu kül içeren betonlarda basınç 5

13 dayanımında %50 ye varan azalmalar elde edilmiştir. Oysa Tip I çimentosu ile veya silis dumanı ilavesiyle üretilen karışımlarda benzer koşullardaki dayanım düşüşü %8 oranında kalmıştır. Thomas ve arkadaşlarının (1989) gerçekleştirdikleri çalışmada ise, uçucu küllü betonların kül içermeyen karışımlardan daha uzun süre su kürüne tutulmaları ve uçucu kül oranı arttıkça bu sürenin uzatılması gerektiği sonucuna varılmıştır. Kürün Betonun Dayanıklılık Özelliklerine Etkisi Su kürünün yeterince yapılmaması betonda basınç dayanımına benzer şekilde geçirimsizlik özelliklerini de etkilemektedir. Bilindiği gibi, geçirimsizlik betonun dayanıklılık (dürebilite) özelliklerini belirleyen temel etkendir. Çimentonun su ile yaptığı reaksiyon sonucu ortaya çıkan hidrate ürünler (C-S-H) kapiler boşlukları doldurmakta ve ortamda yeterli nem bulunduğu sürece bu olay sürmektedir. Böylece zamanla, en azından kapiler boşluklardaki süreklilik azalarak beton geçirimliliği düşmektedir. Ancak betonda yeterli geçirimsizlik sağlanabilmesi için kapiler boşlukların miktarının çok yüksek olmaması gerekir; dolayısı ile su/çimento oranının yüksek olduğu karışımlarda bu boşlukları hidrate elemanlarla doldurmak ve geçirimsiz bir beton elde etmek olası değildir Thomas ve arkadaşları (1989), normal çimentolu betonlarda 8 gün su içinde tutulan numunelerin oksijen geçirimlilik katsayısının, 1 gün su kürü uygulanmış betonlara göre yaklaşık 6 kat azaldığını belirtmişlerdir. Aynı çalışmada, 7 gün su kürü 1 günlük küre göre geçirimliliği %50 düşürmüştür. Uçucu küllü karışımlarda ise kül oranı ile birlikte geçirimlilik azalmış ve %15 uçucu kül (F tipi) içeren betonların 8 gün su kürü görmüş numunelerinde geçirimlilik, 1 gün kür görmüşlere göre 10 kat azalmıştır. Ramezanianpour ve Malhotra (1995) ise gün su küründe tutulan ve daha sonra sürekli havada saklanan ve cüruf, uçucu kül ya da silis dumanı içeren betonlar ile puzolan içermeyen kontrol betonlarının klor geçirgenliğinin, sürekli su kürü uygulanan numunelere göre çok yüksek olduğunu belirtmişlerdir. Aynı çalışmada yetersiz kürün betonun toplam boşluk oranı üzerine yaptığı olumsuz etki de kaydedilmiştir. Ballim (1993) erken yaşlardaki kürün betonun oksijen geçirgenliği ve su emmesi üzerine etkisini incelemiş ve yetersiz kür koşullarında geçirgenliğin 50 kat artabileceğini gözlemiştir. Aynı çalışmada, geçirimsizliği artırmak için su/çimento oranı kadar, giderek ondan daha fazla etkili olan faktörün kür süresi olduğu kaydedilmiştir. Ho ve arkadaşlarınca (003) gerçekleştirilen çalışmada, erken yaştaki su kürü süresinin 1 günden 7 güne çıkarılması durumunda beton kalitesinin (dayanıklılık açısından) kat, 8 güne 6

14 çıkarılması durumunda ise 4 kat arttığı gözlenmiştir. Kür süresi 8 gün yerine 91 güne uzatıldığında ise kalite kat artmıştır. Senbetta ve Scholer (1984) 1 gün su küründe tutulan betonun 3 gün tutulanlara göre 4 kat, 5 gün tutulanlara göre ise 8 kat daha geçirimli olduğunu belirtmişlerdir. Aynı çalışmada, bağıl nemin betonun dayanıklılık özelliğine (kalitesine) etkisi de incelenmiş ve düşük bağıl nemde tutulan betonların çok uzun süreler sonunda bile erken yaşlarda standard su kürü uygulanan betonların düzeyine erişemeyeceği belirtilmiştir. Austin ve Al-Kindy (000) yetersiz kürün yüksek fırın cürufu içeren betonların geçirimlilik özelliklerini normal çimentolu betonlara göre daha çok etkilediğini gözlemişlerdir. Aynı çalışmada hava geçirgenlik deneyinin betonun dürabilite özelliklerini saptama açısından daha duyarlı olduğu, kılcal su emme deneyinin ise daha dar bir aralıkta geçerli olduğu kaydedilmiştir. Khatri ve arkadaşları (1997) Normal Portland Çimentosu (NPÇ 30 ve NPÇ 35) ve Yüksek Fırın Cüruflu Çimento (YFCC 35 ve 40) kullanarak ürettikleri betonlarda geçirimlilik katsayısının kür süresi ile değişimini incelemişler ve her 4 çimento cinsi için de kür süresi uzadıkça geçirimliliğin azaldığını ve sürekli kürün daha iyi sonuç verdiğini belirtmişlerdir. 7

15 DENEYSEL ÇALIŞMA Malzemeler Bağlayıcı maddeler Çimento olarak CEM I PÇ 4,5 normal portland çimentosu (TS EN 197-1), uçucu kül olarak Tunçbilek külü ve ELKEM marka silis dumanı kullanılmıştır. Tunçbilek uçucu külü TS EN sınıf V (silissi uçucu kül) sınırlarını, %10 dan küçük olan reaktif CaO ve %5 den fazla olan reaktif SiO içeriği ile karşılamaktadır. Bunun yanında, toplam %70 den fazla SiO + Al O 3 + Fe O 3 içermesinden dolayı ASTM C 618 F tipi uçucu külü sınıfına girmektedir. Silis dumanı, yoğunlaştırılmış (densified) şekilde olduğundan görünen inceliği düşüktür. Çimento, uçucu kül ve silis dumanının özellikleri Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 1 Uçucu kül, silis dumanı ve çimentonun fiziksel ve kimyasal özellikleri Fiziksel özellikler Kimyasal bileşim (%) Çimento Uçucu kül Silis dumanı Özgül Ağırlık (g/cm 3 ) İncelik 45µ dan geçen (%) Özgül yüzey (cm /g) gün Basınç Dayanımı, 7-gün MPa 8-gün Priz süresi (s:dak) Başlama : Bitme 3: Dayanım aktivite 7-gün indeksi (%) 8-gün Silikon dioksit (SiO ) Alumiyum oksit (Al O 3 ) Ferrik oksit (Fe O 3 ) Kalsiyum oksit (CaO) Magnezyum oksit (MgO) Sülfür trioksit (SO 3 ) Sodyum oksit (Na O) Potasyum oksit (K O) Serbest kireç Kızdırma kaybı (%) C 3 S Bogue karma C S oksitleri C 3 A C 4 AF

16 Kimyasal katkı Kimyasal katkı olarak polikarboksilat esaslı bir süperakışkanlaştırıcıdan faydalanılmıştır. Agrega karışım oranları ve taze beton kıvamları sabit tutulmuş, kıvamı sağlamak için kimyasal katkı dozajları değiştirilmiştir. Agregalar İnce agrega olarak, sırasıyla,60 kg/dm 3 ve,70 kg/dm 3 özgül ağırlıklara sahip doğal ve kırma kum ile birlikte iri agrega olarak 5 mm. maksimum boyutlu ve,7 kg/dm 3 özgül ağırlığında kırmataş kullanılmıştır. Agrega tane boyut dağılımları Tablo. de verilmiştir. Tablo. Agregaların tane boyut dağılımları ve özgül ağırlıkları Özgül ağırlık Elekten geçen malzeme (%) (kg/m 3 ) Elek boyutu (mm) Kum Kırmakum Kırmataş I Kırmataş II Agregalar TS 706 B referans eğrisine yakın bir karışım verecek şekilde aşağıdaki oranlarda karıştırıldı (Şekil 3): Kum : %0 Kırmakum : %5 Kırmataş I : %5 Kırmataş II : % ,5 0, A3 B3 C3 Karışım Şekil 3. Karışım agrega tane boyut dağılımı ve TS 706 referans eğrileri 9

17 Beton Bileşimlerinin Tasarımı Bu çalışmada merkezi kompozit tasarım (MKT) adında bir istatistiksel yöntem kullanılmıştır. Karışım parametrelerinden toplam bağlayıcı miktarı (x 1 ), su/bağlayıcı oranı (x ) ve uçucu kül(veya silis dumanı)/bağlayıcı oranı (x 3 ) sayısal, kür koşulları (suda ve havada) da kategorik olmak üzere dört adet bağımsız değişken seçilmiştir. Sayısal bağımsız değişkenlerin sınırları sırasıyla x 1 ; 300kg/m 3-400kg/m 3, x ; uçucu kül kullanıldığında , silis dumanı kullanıldığında , x 3 ise uçucu kül için , silis dumanı için olarak belirlenmiştir. Sayısal değişkenlerin aralıkları ve kodlanmış değerleri Tablo 3 te verilmiştir. Tablo 3. Silis dumanı ve uçucu kül katkılı betonlar için belirlenen değişkenler ve değişim aralıkları Değişken Kodlanmış değerler x 1 B. dozajı (kg/m 3 ) x S/B silis dumanlı karışımlarda 0,45 0,48 0,53 0,58 0,61 S/B uçucu küllü karışımlarda x 3 SD/B (%) 0 3 7, UK/B (%) ve küp noktaları (±1,±1,±1) Eksen veya yıldız noktaları (0,±α,0) (0,0,±α) (±α,0,0) Şekil 4. Üç bağımsız değişkenli Merkezi Kompozit Tasarım küp + yıldız + merkez noktaları Merkezi kompozit tasarım yönteminde; k=3 adet bağımsız değişken, her değişkenin sınır değerlerinin tüm kombinasyonlarını temsil eden k =8 adet faktoriyel nokta, her bir değişkenin merkez noktasından ±α (α=1.68) kadar uzaklıkta iken diğerlerinin merkezde olduğu k=6 adet 10

18 eksen noktası ve deneysel hatanın belirlenmesi amacıyla merkez noktasının 6 kere tekrarlanmasından meydana gelen 0 adet karışımdan oluşur (Şekil 4). Tüm karışımlar rasgele sıralandıktan sonra her bir karışım 40dm 3 hacmindeki laboratuvar beton mikserinde karıştırılmıştır. Yeterli işlenebilirlik için 16± cm çökme değeri esas alınmış ve katkı dozajı bunu sağlayacak şekilde değiştirilmiştir. Böylece çimento ağırlığına göre %0-1,4 oranlarında katkı kullanılmıştır. Vibrasyon uygulanarak yerleştirilen numuneler kalıplardan çıkarıldıktan sonra (üretimden 1 gün sonra) iki gruba ayrılarak yarısı 3± O C sıcaklıktaki kirece doygun su içerisinde, diğer yarısı laboratuvar ortamında (% 65±5 B.N. ve ± O C sıcaklıkta) havada 90 gün boyunca saklanmıştır. Ayrıca boşluk yapısını incelemek amacıyla tüm karışımlarda taze beton 4 mm elekten elenmiş ve harç fazları kalıplara yerleştirilerek iki farklı kür uygulanmıştır. Deney Yöntemleri Her iki şekilde kür uygulanan silis dumanlı ve uçucu küllü numuneler üzerinde basınç dayanımı, kılcal su emme, basınçlı su geçirimliliği, hızlı klorür geçirimliliği ve ISAT-yüzeyden su emme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca harç fazı üzerinde cıvalı porozimetre deneyi ile boşluk yapısı incelenmiştir. Kılcal su emme Deneyde, etüv kurusu (105 o C de 48 saat) haline getirilen numunelerin kontrol edilen bir alandan Şekil 5 te görüldüğü gibi kılcal boşluklar vasıtasıyla su emmesi sağlanmıştır. Numuneler belirli aralıklarla tartılarak emilen su miktarı belirlenmiştir. Kılcallık katsayıları aşağıdaki bağıntıdan faydalanarak hesaplanmıştır. q = k x t burada q birim alandan belirli bir sürede emilen su miktarını (cm 3 /cm ), ve t zamanı (dak.) göstermektedir. Su Geçirmeyen kaplama Şekil 5 Kılcallık Deneyi Basınçlı su geçirimliliği Beton geçirimlilik özelliklerinin belirlenmesinde diğer bir yöntem olan basınçlı su etkisi altında su işleme derinliğinin ölçülmesi için TS EN standarta uygun olarak sertleşmiş beton numuneleri önce etüv kurusu hale getirildikten sonra 7 saat süresince 5 bar su basıncı altında 11

19 tutulmuştur. Deney sonunda ortadan ikiye yarılan numunelerde basınç altında işleyen su derinliği ölçülmüştür. Yüzeyden Su Emme Deneyi Yağmur gibi beton yüzeyinde biriken suların beton içerisine girişini incelemek amacıyla geliştirilen yöntemde betonun birim alandan emdiği su zamana bağlı olarak şekil 6 da gösterilen sistem kullanılarak bulunmmaktadır. Yöntem, BS 1881 : part 5 : 1970 (Recommendations for the determination of the initial surface absorption of concrete) standartında detaylı olarak anlatılmıştır. Rezervuar Musluk Başlık Beton Şekil 6. Yüzeyden su emme deneyi (Initial Surface Absorption Test) Hızlı Klorür Geçirimliliği Deneyi ASTM C 10 (Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete s Ability to Resist Chloride Ion Penetration) standardı esaslarına uygun olarak, hazırlanacak betonların klorür geçirimlilik özellikleri bulunmuştur. Şekil 7 de boyutları verilen (51 mm kalınlığında 10 mm çapında) disk şeklindeki numunelerin önce eğrisel yüzeyleri yalıtkan bir malzeme ile kaplanmış, ardından vakum altında suya doygun hale getirilmiştir. Daha sonra bir tarafında 0.3 N NaOH diğer tarafında %3 NaCl çözeltisi bulunan deney hücresi içerisine yerleştirilmiştir. Toplam 6 saat süren deney sonunda numuneden geçen toplam akım, akım-zaman grafiği altında kalan alan hesaplanarak (Coulomb) belirlenmiştir (Şekil 7). 1

20 60 V Güç Kaynağı Ampermetre (Kaydedici) Yazıcı 0.3 M NaOH çözeltisi Paslanmaz çelik katot 51mm kalınlığında 10mm çapında beton %3 NaCl çözeltisi Paslanmaz çelik anot Şekil 7. Hızlı klorür geçirimliliği deneyi 13

21 DENEY SONUÇLARI VE DEĞERLENDİRME Deneylerde ölçülen porozite (cıvalı porozimetre deneyi ile), hızlı klorür geçirgenliği deneyinde ölçülen 90 günlük basınç dayanımı, toplam geçen akım miktarı (ASTM C 10), yüzeyden su emme hızı (ISAT BS 1881), kılcallık katsayısı ve basınç altında su işleme derinliği değerleri her biri için regresyon denklemleri; toplam bağlayıcı miktarı, su/bağlayıcı oranı ve puzolan/bağlayıcı oranı olarak belirlenen bağımsız değişkenler cinsinden bulunmuştur. Bu çalışmada, istatistiksel tasarım ve analiz için hazır bir bilgisayar programı kullanılmıştır. Bu programa göre bağımsız değişkenler olarak; Toplam bağlayıcı miktarı (Çimento + uçucu kül veya silis dumanı) Su/Toplam bağlayıcı oranı Puzolan (uçucu kül veya silis dumanı)/toplam bağlayıcı oranı seçilmiştir. Deney çıktıları (sonuçları) olarak aşağıdaki özellikler ölçülmüştür: Porozite 90 günlük basınç dayanımı Hızlı klorür geçirimliliği (toplam geçen akım miktarı) Su emme hızı (yüzeyden su emme (ISAT) deneyi) Kılcallık Basınçlı su geçirimliliği Kullanılan istatistiksel analiz programı, her bir ölçülen özelliğin bileşim parametreleri cinsinden yüzey denklemlerini çıkarmakta, ayrıca değişkenlerin, özellik üzerinde anlamlı bir etkisinin olup olmadığını varyans analizi (ANOVA) yaparak belirlemektedir. Varyans analizinde hesaplanan Prob>F değerinin 0,05 ten küçük olması halinde o değişkenler anlamlı, yani deney sonucu üzerinde etkili olduğu anlaşılmaktadır. Aşağıda uçucu kül ve silis dumanı katkılı karışımlar ayrı ayrı ele alınacaktır. Silis Dumanı İçeren Karışımlar Puzolan olarak silis dumanı içeren beton karışımlarına ait deney sonuçları havada saklanan ve su kürü uygulanan betonlar için sırası ile Tablo 4 ve 5 te verilmiştir. 14

22 Tablo 4. Silis dumanı kullanılarak üretilen ve havada saklanan betonlara ait deney sonuçları Karışım bileşenleri Deney sonuçları Bağlayıcı S/B SD/B Porozite 90gdayanım HKG ISAT Kılcallık k. Geçirimlilik (kg/m 3 ) (%) (MPa) (Coulomb) (ml/m (x10 /dak) cm /dak) (mm) ,45 0,075 13,7 49, , ,53 0,075 15,5 37, , ,61 0,075 16,6 37, , ,53 0,075 11,9 49, , ,53 0,075 15,5 39, , ,58 0,03 16, 40, , ,48 0,1 13,8 47,4 14 0, ,53 0,15 14,5 39, , ,58 0,03 15,6 39, 489 0, ,53 0,075 15,5 38, , ,58 0,1 14,8 4, , ,53 0,075 14,5 4,4 59 0, ,58 0, , , ,48 0,03 1,6 45, , ,53 0,075 14,5 40,4 10 0, ,53 0,075 14,5 41, , , ,5 38, , ,53 0, , , ,48 0,1 11,1 47, , ,48 0,03 11,6 39, , Tablo 5. Silis dumanı kullanılarak üretilen ve su kürü uygulanan betonlara ait deney sonuçları Karışım bileşenleri Deney sonuçları Bağlayıcı S/B SD/B Porozite 90gdayanım HKG ISAT Kılcallık k. Geçirimlilik (kg/m 3 ) (%) (MPa) (Coulomb) (ml/m /dak) (x10-6 cm /dak) (mm) ,45 0,075 13,7 50, ,53 0,075 15,5 4, ,61 0,075 16,6 41, ,53 0,075 11,9 53, ,53 0,075 15,5 4, ,58 0,03 16, 44, ,48 0,1 13,8 49, ,53 0,15 14,5 4, ,58 0,03 15,6 40, ,53 0,075 15,5 41, ,58 0,1 14,8 48, ,53 0,075 14,5 4, ,58 0,1 14,0 43, ,48 0,03 1,6 48, ,53 0,075 14,5 40, ,53 0,075 14,5 41, , ,5 44, ,53 0,075 11,0 53, ,48 0,1 11,1 49, ,48 0,03 11,6 41, HKG: Hızlı klorür geçirimliliği ASTM C 10 ISAT: Yüzeyden su emme BS 1881: part 5 15

23 Su kürü uygulanan betonların Tablo 6 9 da verilen varyans analizi sonuçları ve Tablo 10 ve 11 de verilen modellerin katsayıları incelendiğinde aşağıdaki sonuçlara varılabilir: Toplam bağlayıcı miktarı, 90 günlük küp basınç dayanımı dışındaki tüm özellikler üzerinde etkilidir. Su/bağlayıcı oranının tüm beton özellikleri üzerinde etkili olduğu görülmektedir. Silis dumanı/bağlayıcı oranı, Toplam bağlayıcı miktarı gibi 90 günlük basınç dayanımı dışındaki tüm beton özellikleri üzerinde etkilidir. Bunların yanında, toplam bağlayıcı miktarıyla su/bağlayıcı oranının hem kılcallık hem de basınçlı geçirimlilik üzerinde, bağlayıcı dozajıyla SD/B oranının sadece HKG üzerinde, S/B oranıyla SD/B oranının ise porozite ve HKG üzerinde ikili olarak etkili olduğu görülmektedir. Laboratuvar ortamında havada tutulan betonlarda ise, su kürü uygulananlardan farklı olarak toplam bağlayıcı miktarı porozite üzerinde etkili hale gelmiştir. Ayrıca hızlı klorür geçirimliliği üzerindeki toplam bağlayıcı miktarı ve SD/B oranının su küründe görülen ikili etkisi ortadan kalkmış, yüzeyden su emme (ISAT) deneyinde ise su kürü uygulandığında hiçbir ikili etki görülmezken havada saklananlarda toplam bağlayıcı miktarı ile S/B oranının ikili etkisi belirlenmiştir. Kılcallık ve basınçlı geçirimlilik özellikleri üzerinde de anlamlı olan faktör sayısı su kürü uygulanan betonlara göre daha fazladır. Su kürü uygulanan betonlarda S/B SD/B oranlarının ve toplam bağlayıcı SD/B oranının ikili etkileri görülmezken laboratuvar ortamında havada tutulan betonlarda bu etkiler ortaya çıkmıştır. Deney sonuçlarının değerlendirilmesinde kullanılan istatistiksel analiz programı, ölçülen özelliklerin bileşim parametreleri ile değişimini yüzeyler şeklinde vermiştir. Kür koşullarının silis dumanı katkılı betonların 90 günlük dayanımları üzerindeki etkisi Şekil 8 de görülmektedir. Her iki kür koşulunda da dayanım yüzeylerinin karakteri birbirine benzemektedir; ancak su küründe dayanım düzeyleri daha yüksektir. Diğer taraftan dayanımın S/B oranı ile değişimi su kürlü betonlarda doğrusal olmayıp hafifçe artan bir doğrusal olmayan ilişki söz konusudur. Ayrıca silis dumanı/bağlayıcı oranının dayanım üzerinde neredeyse etkisinin olmadığı, kür koşullarının ve su/bağlayıcı oranının esas olarak etkin olduğu anlaşılmaktadır. 16

24 Tablo 6. Açıkta saklanan SD katkılı beton karışımlarına ait boşluk oranı, 90 günlük basınç dayanımı ve HKG deneylerinin varyans analizi sonuçları Değişken Boşluk oranı (R =0.8) Basınç Dayanımı (R =0.7) HKG (R =0.95) F Değeri Prob>F F Değeri Prob>F F Değeri Prob>F Model 5, , ,54 < x 1 0, , , x 8, , ,94 < x 3 5, ,86 < x 1 18, ,66 < , x, x 3 0, , x 1 * x 6, x 1 * x 3, x 3 * x, , Tablo 7. Açıkta saklanan SD katkılı beton karışımlarına ait yüzeyden su emme (ISAT), kılcallık ve basınçlı su geçirimliliği deneylerinin varyans analizi sonuçları Değişken ISAT (R =0.96) Kılcallık katsayısı (R =0.93) Geçirimlilik (R =0.93) F Değeri Prob>F F Değeri Prob>F F Değeri Prob>F Model 53,4 < ,15 < ,66 < x 1 19,0 < ,51 < , x 164,0 < ,70 < ,5 < x 3 7, , , x , x , x x 1 * x 18, , , x 1 * x 3 0, , x 3 * x 0, , , Tablo 8. Suda saklanan SD katkılı beton karışımlarına ait boşluk oranı, 90 günlük basınç dayanımı ve HKG deneylerinin varyans analizi sonuçları Değişken Boşluk oranı (R =0.91) Basınç Dayanımı (R =0.91) HKG (R =0.9) F Değeri Prob>F F Değeri Prob>F F Değeri Prob>F Model 8,3 < ,10 < ,84 < x 1 8, , , x 5,96 < ,47 < , x 3 6, ,03 < x 1 69,08 < ,90 < x - - 4, x , x 1 * x x 1 * x , x 3 * x 4, ,

25 Tablo 9. Suda saklanan SD katkılı beton karışımlarına ait yüzeyden su emme (ISAT), kılcallık ve basınçlı su geçirimliliği deneylerinin varyans analizi sonuçları Değişken ISAT (R =0.95) Kılcallık katsayısı (R =0.85) Geçirimlilik (R =0.8) F Değeri Prob>F F Değeri Prob>F F Değeri Prob>F Model 105,5 < ,59 < ,6 < x 1 163,91 < ,83 < , x 139,81 < ,08 < ,70 < x 3 1, , , x x x x 1 * x , , x 1 * x x 3 * x Tablo 10. Her iki kür koşulu için SD katkılı beton karışımlarına ait boşluk oranı, 90 günlük basınç dayanımı ve HKG modellerinden elde edilen fonksiyon katsayıları Değişken Boşluk oranı Basınç Dayanımı HKG Hava Su Hava Su Hava Su Sabit -43,1-73, 37, 337, x 1 0,15 0,38-0,98-0,95 74,1 17,5 x 90, 39,4-51,5-40, x 3 3,7 99, x 1-4,8x ,3x10-4 1,4x10-3 1,4x ,097 - x ,6 - - x 3-30, ,36x10 5 x10 5 x 1 * x 0, x 1 * x 3-0, ,7 x 3 * x ,6x10 5-1,47x10 5 Tablo 11: Her iki kür koşulu için SD katkılı beton karışımlarına ait yüzeyden su emme (ISAT), kılcallık katsayısı ve basınçlı su geçirimliliği modellerinden elde edilen fonksiyon katsayıları Değişken ISAT Kılcallık katsayısı Geçirimlilik Hava Su Hava Su Hava Su Sabit 3,0-1, ,1 x 1-0,01,4x ,04-11,31 1,48 x -6,3, x 3-3,0-0, ,4 x ,9x x x x 1 * x 0,06-33,65 3,9-1,65 -,6 x 1 * x 3 6,5x , x 3 * x 0,

26 Hava kürü X 1 : Bağlayıcı = 350 Su kürü 90g Basınç X 3 : SD/B X : S/B X 3 : SD/B X : S/B Şekil 8. İki kür koşulunda 350 kg/m 3 bağlayıcı içeren silis dumanı katkılı betonların SD/B ve S/B oranlarının basınç dayanımına etkisi Şekil 9 da verilen Hızlı klorür geçirimliliği deney sonuçları incelendiğinde, 90 gün boyunca su içerisinde tutulan ve düşük oranda silis dumanı içeren betonların klorür iyonu geçirimliliklerinin artan su/bağlayıcı oranı ve artan bağlayıcı miktarı ile yükseldiği belirlenmiştir (Şekil 9a). Yani en yüksek klorür geçirimliliği, en yüksek bağlayıcı miktarı ve su/bağlayıcı oranına sahip betonlarda görülmüştür. Yüksek oranda silis dumanı kullanıldığında (toplam bağlayıcı miktarının %1 si) ise (Şekil 9b) su/bağlayıcı oranının HKG üzerindeki etkisi azalmış, bağlayıcı miktarının etkisi ise tamamen ortadan kalkmıştır. Burada silis dumanı miktarı düşük düzeyde kaldığında, daha geçirimli olan çimento hamuru miktarının artması agrega konsantrasyonunun azalmasına yol açması nedeniyle geçirimlilik artmaktadır. X 3 : SD/B = 0.03 a b X : SD/B = 0.1 HKG X 1 : Bağlayıcı X : S/B 0.51 X 1 : Bağlayıcı Şekil 9. Suda saklanmış silis dumanı katkılı betonlarda SD/B oranının hızlı klorür geçirimliliğine etkisi X : S/B

27 Şekil 10 da verilen kür koşullarının HKG üzerine etkisi incelendiğinde; laboratuvar koşullarında havada saklanmış, orta düzeyde su/bağlayıcı oranına sahip (0,53) betonlarda toplam bağlayıcı miktarının etkisinin ihmal edilebilir düzeyde olduğu görülmüştür (Şekil 8a). Bu betonlarda silis dumanı miktarının artmasıyla klorür geçirimliliğinin önemli ölçüde azaldığı yine aynı şekilde görülmektedir. 90 gün süresince su içerisinde saklanan ve özellikle düşük oranda silis dumanı içeren numunelerde ise bağlayıcı dozajının klorür geçirimliliği üzerindeki olumsuz etkisi belirgin şekilde ortaya çıkmıştır (Şekil 8b). Buna karşılık silis dumanı/bağlayıcı oranı yüksek olan betonlarda toplam bağlayıcı miktarı ne olursa olsun, klorür geçirimliliğinin aşağı yukarı aynı seviyede kaldığı, yani klorür geçirimliliğini toplam bağlayıcının %1 sini meydana getiren silis dumanının belirlediği söylenebilir. a Hava kürü b Su kürü HKG X 1 : Bağlayıcı X 3 : SD/B X 1 : Bağlayıcı X 3 : SD/B Şekil 10. 0,53 su/bağlayıcı oranına sahip betonlarda farklı kür koşuları altında bağlayıcı miktarı ve silis dumanı/bağlayıcı oranının hızlı klorür geçirimliliğine etkisi Yüzeyden su emme ve kılcallık deneylerinde etken faktörlerin etkinliklerinin kür koşullarına göre değişmediği, su/bağlayıcı oranının en önemli faktör olduğu tespit edilmiştir. Silis dumanı oranının artmasıyla her iki tür su emme deneyinde de bir miktar azalma görülürken toplam bağlayıcı miktarının artışı geçirimliliği artırmıştır. Havada saklanan betonlar ile su içerisinde saklananlar karşılaştırıldığında ise elde edilen tepki yüzeyinin havada tutulanlarda biraz yukarı ötelendiği, yani geçirimliliğin arttığı belirlenmiştir (Şekil 11). Basınçlı su geçirimliliği deneylerinden elde edilen sonuçlarda, havada tutulan betonların düşük su/bağlayıcı (0,48) ile üretilenlerde toplam bağlayıcı miktarı etkin faktör iken, yüksek su/bağlayıcı oranıyla (0,58) üretilenlerde silis dumanı içeriğinin daha etkili hale geldiği görülmüştür (Şekil 1). 0

28 Hava kürü X 3 : SD/B = Su kürü ISAT X : S/B X 1 : Bağlayıcı X : S/B X 1 :Bağlayıcı Şekil 11. 0,075 SD/B oranına sahip silis dumanlı betonlarda farklı kür koşulları altında bağlayıcı miktarı ve su/bağlayıcı oranının yüzeyden su emme hızına etkisi a X : S/B = 0.58 b X : S/B = 0.48 Geçirimlilik X 1 : Bağlayıcı X 3 : SD/B X 1 : Bağlayıcı X 3 : SD/B Şekil 1. Havada saklanan, 0,48 ve 0,58 S/B oranı ile üretilmiş silis dumanlı betonların basınç altında su geçimlilik özellikleri 1

29 Uçucu kül içeren betonlar Puzolan olarak uçucu kül içeren beton karışımlarına ait deney sonuçları Tablo 1 ve 13 te havada saklanan ve su kürü uygulanan betonlar için ayrı ayrı verilmiştir. Su kürü uygulanan betonların Tablo 14 ve 15 te verilen varyans analizi sonuçları ve Tablo 18 ve 19 da verilen modellerin katsayıları incelendiğinde aşağıdaki sonuçlara varılabilir: Toplam bağlayıcı miktarının sadece porozite üzerinde etkili olduğu görülmüştür. Su/bağlayıcı oranı: Tüm beton özellikleri üzerinde etkili olduğu görülmektedir. Uçucu kül/bağlayıcı oranının S/B oranına benzer şekilde gibi tüm beton özellikleri üzerinde etkili olduğu belirlenmiştir. Bunların yanında, toplam bağlayıcı miktarıyla uçucu kül/bağlayıcı oranının hem kılcallık hem de 90 günlük basınç dayanımı üzerinde, su/bağlayıcı oranıyla UK/B oranının porozite ile yüzeyden su emme hızı üzerinde ikili olarak etkili olduğu anlaşılmaktadır. Laboratuvar ortamında havada tutulan betonlarda ise, su kürü uygulananlardan farklı olarak; toplam bağlayıcı miktarı porozite yerine yüzeyden su emme hızı üzerinde etkili hale gelmiştir. Ayrıca hızlı klorür geçirimliliği üzerinde, UK/B oranının en etkili bileşen olduğu belirlenmiştir. Yüzeyden su emme (ISAT) deneyinde ise su kürü uygulandığında S/B ve UK/B oranlarının hem tek tek hem de ikili etkileri görülürken kür uygulanmayanlarda ikili etki ortadan kalkmış, toplam bağlayıcı miktarı etkin duruma geçmiştir. Kılcallık üzerinde anlamlı olan faktör sayısı su kürü uygulanan betonlara göre azalırken basınç altında su işleme derinliği üzerinde etkili olan faktörleri iki farklı kür koşulu değiştirmemiştir. Uçucu kül ile üretilen betonların varyans analizi sonuçları Tablo de verilmiştir. Elde edilen sonuçlardan, toplam bağlayıcı miktarının beton özellikleri üzerinde su/bağlayıcı ve uçucu kül/bağlayıcı oranları kadar etkisi olmadığı görülmektedir. Basınç dayanımı üzerinde her iki kür koşulu için de en etkili faktörün beklendiği gibi S/B oranı olduğu, ardından UK/B oranı geldiği anlaşılmaktadır. Su kürü uygulanan betonların HKG i üzerinde UK/B oranı en etkili bileşen olurken havada bekletilenlerde S/B etkin hale gelmiştir. Aynı şekilde yüzey geçirimliliği (ISAT) ve kılcal su emme özellikleri üzerinde uçucu külün etkisinin kür uygulanmaması halinde azaldığı görülmektedir.

30 Tablo 1. Uçucu kül kullanılarak üretilen ve havada saklanan beton karışımları deney sonuçları Karışım bileşenleri Deney sonuçları Bağlayıcı S/B UK/B Porozite 90gdayanım HKG ISAT Kılcallık k. Geçirimlilik (kg/m 3 ) (%) (MPa) (Coulomb) (ml/m (x10 /dak) cm /dak) (mm) ,46 0,10 14,6 57, , ,46 0,10 15,0 54, 719 0, ,6 0,10 18,3 43, , ,6 0,10 1,4 50, , ,46 0,40 15,0 56, , ,46 0,40 0,8 50, 141 0, ,6 0,40 4, 40, , ,6 0,40 0, 39, , ,53 0,5 1,8 51, , ,53 0,5 14,5 55, , ,41 0,5 13,0 6, 693 0, ,65 0,5 19,9 43,0 51 0, , ,0 50, , ,53 0,50 3,7 41, , ,53 0,5 16,7 46, , ,53 0,5 16,7 47, , ,53 0,5 16,7 46, , ,53 0,5 17,6 50,1 37 0, ,53 0,5 17,6 51, , ,53 0,5 17,6 51,0 89 0, Tablo 13. Uçucu kül kullanılarak üretilen ve su kürü uygulanan beton karışımları deney sonuçları Karışım bileşenleri Deney sonuçları Bağlayıcı S/B UK/B Porozite 90gdayanım HKG ISAT Kılcallık k. Geçirimlilik (kg/m 3 ) (%) (MPa) (Coulomb) (ml/m (x10 /dak) cm /dak) (mm) ,46 0,10 1,5 59, , ,46 0,10 1,3 63, , ,6 0,10 0,3 45, , ,6 0,10 1,5 51, , ,46 0,40 1,5 58,0 07 0, ,46 0,40 1,9 5,3 9 0, ,6 0,40 10,7 45, , ,6 0,40 11, 4,8 6 0, ,53 0,5 16,5 53, , ,53 0,5 13,9 58, , ,41 0,5 9,1 63,5 60 0, ,65 0,5 1,4 47, , , ,1 51, , ,53 0,50 13, 45,6 58 0, ,53 0,5 1,9 53, , ,53 0,5 16,9 56, , ,53 0,5 0,6 50, 57 0, ,53 0,5 16,7 57, 500 0, ,53 0,5 15,9 53,4 57 0, ,53 0,5 1,9 51, 456 0, HKG: Hızlı klorür geçirimliliği ASTM C 10 ISAT: Yüzeyden su emme BS 1881: part 5 3