Beton Teknolojisinde Gelişmeler ve Yüksek Performanslı Betonlar

Transkript

1 21 Ocak 2016 Hava Teknik Okullar Komutanlığı Prof. Dr. Halit YAZICI Beton Teknolojisinde Gelişmeler ve Yüksek Performanslı Betonlar 1

2 BETON Dünyada en yaygın kullanılan malzeme Yıllık tüketim yaklaşık 12 milyar ton 2

3 NEDEN BU KADAR YAYGIN Suya dayanıklı İstenen şekil verilebilir (başlangıçta plastik kıvamda, sonra sert ve sağlam) Uzun ömürlü Kolay Temin edilebilme Ekonomik Bakım masrafları düşük 3

4 BETON ÇOK FAZLI (KOMPOZİT) MALZEME Su Kimyasal Katkı Çimento BETON Mineral Katkı İri agrega İnce Agrega 4

5 ÇİMENTO BAĞLAYICI İRİAGREGA İSKELET İNCE AGREGA DOLGU SU MİNERAL KATKI HİDRATASYON + İŞLENEBİLİRLİK PUZOLANİK REAKSİYON + FİLLER KİMYASAL KATKI TAZE ve SERTLEŞMİŞ BETON ÖZELLİKLERİNİ GELİŞTİRMEK 5

6 İNŞAAT SEKTÖRÜNDE SÜRDÜRÜLEBİLİR KALKINMA KIT KAYNAKLARIN VERİMLİ ve EKONOMİK KULLANIMI ÇEVRESEL ETKİLERİN MİNİMİZE EDİLMESİ ÇEVRE DOSTU YAPI MALZEMELERİNİN KULLANIMI (ATIKLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ, DOĞAL KAYNAKLARIN KORUNMASI, ENERJİ TÜKETİMİNİN AZALTILMASI ) GELECEKTEKİİHTİYAÇLARA YÖNELİK RASYONEL PLANLAMA 6

7 ÖRNEK: ÇİMENTO ÜRETİMİNİN ÇEVRESEL ETKİLERİ BÜYÜK ENERJİ TÜKETİMİ KULLANILAN FOSİL YAKITLARIN GAZLARI TOZ MADDELER CO 2 AÇIĞA ÇIKMASI CO 2 KONSANTRASYONU 270 ppm (1700) 350 ppm (2000) TAHMİN EDİLEN 500 ppm (2050) 7

8 KALICI, UZUN ÖMÜRLÜ YAPILARA İHTİYAÇ VAR YÜKSEK PERFORMANLI BETONLAR BU İHTİYACA CEVAP VEREBİLİR 8

9 * YAPI STOĞUMUZDA BETON SINIFINA GİREMEYECEK MALZEME İLE İNŞA EDİLMİŞ YAPILAR MEVCUT GRANÜLOMETR LOMETRİSİ BOZUK, BOŞLUKLU BETON!!!!!! 9

10 YAPI STOĞUMUZDA BETON SINIFINA GİREMEYECEK MALZEME İLE İNŞA EDİLMİŞ YAPILAR MEVCUT KİL L TOPAKLI ve AĞAÇA PARÇASI ASI İÇEREN BETON!!!!!! 10

11 YAPI STOĞUMUZDA BETON SINIFINA GİREMEYECEK MALZEME İLE İNŞA EDİLMİŞ YAPILAR MEVCUT KAROT ÇIKARTILAMAYAN BETON!!!!!! 11

12 DONATI KOROZYONU 12

13 Panteon Roma imparatoru Hadrian tarafından yaptırılm lmıştır. M.S. 128 yılında y inşa a edilmiştir m lik kubbe çapı ile 1800 yıl y bu rekorun sahibi olmuştur. 13

14 Beton: Karmaşık iç yapı Gözenekler Kum tanesi Çimento tanesi Kalsiyım hidroksit 14

15 Betonun evrimi kapsamında su/çimento dayanım ilişkisi (Taşdemir vd. 2002) 15

16 467 m 1.2 milyon ton YÜKSEK PERFORMANSLI BETONLAR için TASARIM KRİTERLERİ Doğal gaz platformu Yüksek dayanım Yüksek erken dayanım Yüksek elastisite modülü Yüksek dayanıklılık, uzun servis ömrü Donma-çözülme direnci Tokluk ve darbe direnci Yüksek aşınma direnci Boyutsal stabilite Kolay yerleşebilirlik, ayrışma direnci 40 MPa uygun boşluk yapısı ve klor iyonu penetrasyonu dirençli 16

17 1903 Taipei 101 Kompozit gökdelenler Ingalls Building Cincinnati, Ohio Çelik Taşıyıcı sistem yükseklik kat Yıl 1. Taipei 101 Tayvan Çelik 509 m Petronas Malezya Betonarme çelik kompozit Sears ABD Betonarme çelik kompozit Jin Mao Çin Betonarme çelik kompozit WTC 526m Petronas Two Union Square 380 betonarme kazık: 80m derinliğe kadar 64 m 15 kat m 3 beton 70 MPa 660 ton kütleli sönümleyici 80 MPa long-span floor beams that support concrete-filled metal deck 119 MPa Çelik 17tüp

18 Proje adı Burj Gökdeleni Süre (Şubat 05 ~ Haziran 09) Maliyeti 876,000,000 $ Sahibi EMAAR Kat sayısı 160 Yükseklik 800m üstü m 3 beton Çekirdek betonu: MPa Haberleşme (L160) Ofis (L153) Ofis (L123) Rezidans (L108) Otel (L39) 18

19 YPB TEMEL PRENSİPLER Su/çimento oranı azalınca çimento taneleri birbirine yaklaşır Kapiler boşluk oranı düşer Sistemde daha az su olduğu için CSH oluşumu için iyon konsantrasyonu kısa sürede artar Az boşluklu CSH çimento taneleri arasında köprü oluşturur Bu nedenle su/çimento oranı düşünce dayanım kazanma hızı artar 19

20 Çimento partikülleri birbirlerine yakın ve iyi bağlı oldukları için su hareketi azalır CSH daha iyi gelişir Yüksek basınç (350 MPa) ve yüksek basınçlı otoklav küründe (250 C) Roy ve ark., 1972 su/bağlayıcı oranını 0.09 a indirerek basınç dayanımı 470 MPa olan çimento hamuru üretmişlerdir 20

21 DEÜ Malzeme Laboratuvarında Su/bağlayıcı oranı 0.15 olan reaktif pudra betonlarında 403 MPa basınç dayanımına ulaşılmıştır. (kalıpta iken basınç altında sıkıştırma + otoklav kürü) 21

22 Bu özel uygulamalar, teorik bilgilere uygun olarak özel önlemlerle çok çok yüksek mukavemetli betonlar üretilebileceğini göstermektedir. Yüksek performanslı beton üretiminde anahtar faktör su/bağlayıcı oranını mümkün olan en düşük seviyeye çekmektir. Ama aynı zamanda betonun işlenebilir olması gereklidir. 22

23 Hetorojenliği azaltma Yüksek mukavemet elde edebilmek için iyi bir sıkıştırma yapılarak hapsolmuş hava boşlukları azaltılmadır. Etkili bir Akışkanlaştırıcı katkı kullanılarak çimentonun dağılması sağlanmalı, topaklaşma engellenmelidir 23

24 Arayüzey-Geçiş Bölgesi Agrega Ara yüzey Çimento Hamuru 24

25 Betonun mukavemeti yük altında mikroçatlakların yayılması ve birleşmesi tarafından kontrol edilir Çimento hamurunun zamanla hidrate olmasıyla özellikle arayüzeydeki boşluklar azalır 25

26 GÜÇLÜ AGREGAYA İHTİYAÇ VAR Arayüzeyin kuvvetlendirilmesi ile birlikte agreganın elastik özellikleri ve mukavemeti önem kazanır 26

27 Tane boyutu optimizasyonu Normal betonda olduğu gibi maksimum doluluk elde edilmeye çalışılır Bağlayıcının optimizasyonu için silis dumanı gibi çok ince taneler kullanılır 27

28 Beton dayanımı ÖRNEK Boyutu Narinliği Nem durumu MATRİS POROZİTESİ Su/Çimento Oranı Mineral Katkı Çimento Miktarı Hidratasyon derecesi (kür süresi, sıcaklığı, nem) Hava İçeriği (Hapsolmuş, Sürüklenmiş BİLEŞENLERİN DAYANIMI AGREGA POROZİTESİ YÜKLEME ŞARTLARI Gerilme türü Uygulama hızı ARAYÜZEY POROZİTESİ Su/Çimento Oranı Mineral Katkı Terleme özellikleri (agrega maks. tane boyutu, tane dağılımı, geometri) Sıkışma derecesi, hidratasyon derecesi,(kür süresi, nem, sıcaklık) Agrega ile çimento hamuru arasındaki reaksiyon

29 80 C80 60 Dayanım (MPa) 40 C40 20 C Birim Şekil Değiştirme (10-6 ) 29

30 KATKI MADDELERİ KİMYASAL KATKILAR MİNERAL KATKILAR SU AZALTICI PRİZ GECİKTİRİCİ PRİZ HIZLANDIRICI HAVA SÜRÜKLEYİCİ KOROZYON ÖNLEYİCİ GEÇİRİMSİZLİK RENKLENDİRİCİ VB. DOĞAL PUZOLANLAR TRAS VOLKANİK TÜF VOLKANİK CAM VB. YAPAY PUZOLANLAR UÇUCU KÜL SİLİKA TOZU YÜKSEK FIRIN CURUFU PİŞMİŞ KİL VB. 30

31 TAZE BETONUN İŞLENEBİLİRLİĞİNDE ARTIŞ SU KUSMADA(TERLEME) AZALMA SEGREGASYONDA AZALMA (KOHEZYONDA ARTIŞ) ÇİMENTO MİKTARINDAN TASARRUF (ENERJİ TASARRUFU, CO 2 MİKTARININ AZALMASI İLE ÇEVRESEL FAYDA) ATIK MADDE KULLANIMI HALİNDE ÇEVRESEL FAYDA HİDRATASYON ISISINDA AZALMA BETON DAYANIMININ YAVAŞ AMA UZUN SÜRELİ ARTMASI 31

32 SU ve KLORÜR GEÇİRİMLİLİĞİNDE AZALMA KİMYASAL ETKİLERE DAYANIKLILIKTA ARTIŞ BAĞLAYICI MATRİS-AGREGA BAĞININ KUVVETLENMESİ KURUMA BÜZÜLMESİNDE ve TERMİK BÜZÜLMEDE AZALIŞ Basınç Dayanımı Katkısız Katkılı 7 gün 28 gün Zaman 32

33 Katkısız DÜŞÜK S/Ç ORANI YÜKSEK DAYANIM & DAYANIKLILIK YÜKSEK BÜZÜLME VE HİDRATASYON ISISI Dayanım arttırma amaçlı (+çimento) KONTROL BETONU İşlenebilirliği arttırma amaçlı (+çimento, +su) Dayanım arttırma amaçlı (-su) Çimento tasarrufu amaçlı (-çimento, -su) İşlenebilirliği arttırma amaçlı (karışım oranlarında değişiklik yok) Katkılı DÜŞÜK S/Ç ORANI YÜKSEK DAYANIM & DAYANIKLILIK DAYANIM, DAYANIKLILIK & İŞLENEBİLİRLİK AYNI DÜŞÜK BÜZÜLME VE HİDRATASYON ISISI DAYANIM* & DAYANIKLILIK AYNI İŞLENEBİLİRLİKTE ARTIŞ AYNI DAYANIMDA & İŞLENEBİLİRLİKTE ARTIŞ YÜKSEK BÜZÜLME VE HİDRATASYON ISISI * Erken yaşlarda dayanımda bir miktar düşüş, ileriki yaşlarda bir miktar artış beklenebilir. Priz hızlandırıcı özelliği olan bir kimyasal katkı kullanılması durumunda hem erken hem de nihai dayanım artışı beklenir. 33

34 KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETON 34

35 Kendiliğinden Yerleşen Beton (KYB), kendi ağırlığı ile sık donatılı dar ve derin kesitlere yerleşebilen, iç veya dış vibrasyon gerektirmeksizin kendiliğinden sıkışabilen, bu özelliklerini sağlarken ayrışma ve terleme gibi problemler yaratmayarak kohezyonunu (stabilitesini) koruyabilen, çok akıcı kıvamlı özel bir beton türüdür. Klasik beton dizaynından farklı olarak kendiliğinden yerleşen betonda; kimyasal katkı, viskozite arttırıcı katkı ve çok miktarda inert veya puzolanik mineral katkının tümünün veya bir kısmının kullanılması ihtiyacı doğmaktadır 35

36 İSİMLENDİRME 1- KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN, YÜZEYLENEN BETON (SELF LEVELLING CONCRETE-SLC) 2- KENDİLİĞİNDEN SIKIŞAN BETON (SELF COMPACTING CONCRETE-SCC) 3- KENDİLİĞİNDEN ÇÖKEN (OTURAN) BETON (SELF CONSOLIDATING CONCRETE-SCC) TANIM HERHANGİ BİR DIŞ ETKİYE GEREK DUYULMADAN KENDİ AĞIRLIĞI İLE SIK DONATILI, DAR VE DERİN KESİTLERE, SIKIŞARAK YERLEŞEBİLEN VE BU ESNADA AYRIŞMAYA DİRENÇ GÖSTEREN BETONDUR. 36

37 KYB nin doğuşu Betonu yerleştirme problemleri - Kıvam-su-akışkanlaştırıcı ilişkisi - İşçilik 37

38 38

39 AVANTAJ VE DEZAVANTAJLAR AVANTAJLAR *İNŞAAT SÜRESİNDE KISALMA SAĞLAR. *İŞÇİLİK MALİYETİNİ AZALTIR. * BETON KALİTESİNDE (DAYANIM VE DAYANIKLILIK) ARTIŞ * SIVA GEREKTİRMEZ. * Vibrasyon işini ortadan kaldırır. Prefabrike üretimde Buhar kürü ihtiyacını azaltır. DEZAVANTAJLAR * KALIPTA HİDROSTATİK BASINÇ ETKİSİ (SAĞLAM KALIP) * KATKI VE KARIŞIM MALİYETİ * STANDART ÜRETİM YÖNTEMİ VE STANDART DENEYLERİN YOKLUĞU * FARKLI BETON TİPLERİYLE UYUMUNUN BELİRSİZLİĞİ 39

40 KYB * VİBRATÖR KULLANILAMAYACAK DURUMDAKİ POMPALAMA GEREKTİREN TAMİR İŞLERİNDE 40

41 KYB 41

42 KYB Taze Betonda V-hunisi deneyi 42

43 KYB Taze Betonda L-kutusu deneyi 43

44 Normal betondan farkı az su var etkili akışkanlaştırıcı katkıların kullanımı çimento su çimento su çimento çimento 44

45 Katkısız S/Ç= 0,37 S/T= 0,22 etkili akışkanlaştırıcı ilavesi %2 katkı ilavesi (toz ağırlığı) 45

46 Estetik görünüm Normal beton KYB 46

47 GEÇİŞ YETENEĞİ ÖLÇEN DENEYLER J-HALKASI (ASTM C1621) L-KUTUSU 47

48 LİFLİ BETONLAR 48

49 NORMAL DAYANIMLI BETONLAR İÇİN KULLANILAN MALZEMELER ÇOK BÜYÜK ORANDA FAZLA DEĞİŞMEDEN BASINÇ DAYANIMI 100 MPa ı AŞAN YÜKSEK DAYANIMLI BETONLAR ÜRETİLEBİLİR YALIN BETON GEVREK BİR MALZEMEDİR! ÇEKME DAYANIMI YAPISAL DİZAYNDA İHMAL EDİLECEK DERECEDE DÜŞÜKTÜR! YÜKSEK TOKLUK VE SÜNEKLİKTEN YOKSUNDUR! ÇELİK VEYA SENTETİK LİFLERİN BETONA KATILMASI SÜNEKLİĞİ ARTTIRIR! 49

50 BETON İÇERİSİNDE HOMOJEN OLARAK DAĞILI BULUNAN, KISA KESİLMİŞ LİFLER BETONDA; ÇATLAK OLUŞMASINI GECİKTİRİR ÇATLAK YAYILIMINI VE İLERLEMESİNİ ÖNLER / GECİKTİRİR AŞAMALI OLARAK MATRİSTEN SIYRILMA VE KOPMA MEKANİZMASI İLE BETONUN ENERJİ YUTMA KAPASİTESİNİ ÖNELİ ORANDA GELİŞTİRİRLER 50

51 51

52 LİFLİ BETONUN AVANTAJLARI MEKANİK ÖZELLİK ARTIŞ (%) TOKLUK-ENERJ ENERJİ YUTABİLME DARBE DAYANIMI İLK ÇATLAK DAYANIMI ÇEKME DAYANIMI EĞİLME DAYANIMI YORULMA DAYANIMI DEFORMASYON KAPASİTES TESİ BASINÇ DAYANIMI ±25 ELASTİSİTE TE MODÜLÜ ±25 KAVİTASYON TASYON-EROZYON DAYANIMI

53 LİFLİ BETONUN KULLANIM ALANLARI ENDÜSTRİYEL YAPILARDA döşemelerde dinamik yüklemeler ve termal etkilere karşı SU YAPILARINDA kavitasyon hasarları ve dinamik yüklemeler için PÜSKÜRTME BETON UYGULAMALARINDA hasır çelik kullanılmaması, esneklik ve zaman tasarrufu için ŞEV VE TÜNEL KAPLAMALARINDA stabilite sağlanması için HAVAALANI, LİMAN VE KARAYOLU DÖŞEMELERİNDE tekrarlı yükler ve yorulma durumuna karşı KABUK YAPILARDA mimari nedenler ve ince kesitler için DEPREME DAYANIKLI YAPILARDA sünekliği arttırmak için PATLAMAYA DAYANIKLI YAPILARDA enerji sönümlemesi için YANGINA DAYANIKLI YAPILARDA termal ve mekanik şok etkilerine karşı ÖNYAPIMLI BETONARME ELEMANLARDA çatlak oluşumunun engellenmesi için 53

54 54

55 LİFLİ BETONLARIN ÖZELLİKLERİ 55

56 AGREGA SEÇİMİ İyi bir aderans için çakıl yerine tercihen kırmataş kullanılmalıdır. İşlenebilirliği arttırmak ve homojen lif dağılımı elde edebilmek için iri agrega miktarı sınırlandırılmalıdır. 56

57 LİFLİ BETONUN MEKANİK PERFORMANSINI ETKİLEYEN PARAMETRELER Lif tipi Lif miktarı Lif görünüm oranı (Narinliği) Lif boyunun çapına oranı Lif çekme dayanımı, matrisle mekanik uyum Liflerin matris içerisinde yükün uygulandığı doğrultuya göre pozisyonu (yönelim) Enkesit içerisinde liflerin homojen dağılıp dağılmadığı 57

58 ENERJİ YUTMA KAPASİTESİ (SÜNEKLİK) DARBE DAYANIMI İLK ÇATLAK DAYANIMI ÇEKME DAYANIMI EĞİLME DAYANIMI BASINÇ DAYANIMI ELASTİSİTE MODÜLÜ 58

59 LİFLİ BETONUN KULLANIM ALANLARI ENDÜSTRİYEL ZEMİNLER Fabrika zeminleri Derzsiz zeminler Yol betonları Benzin istasyonu, depo, hangar v.b. Yapıların zemin betonları PREFABRİK BETON UYGULAMALARI Konvansiyonel donatının azaltılması Etkin çatlak kontrolünün sağlanması Düzgün beton yüzeyinin oluşturulması PÜSKÜRTME BETON UYGULAMALARI Hasır çelik yerine kullanım Zaman ve maliyet tasarrufu 59

60 Değişik lif tipleri (Lofgren 2005) 60

61 Yüzeyi pürüzlü, dalgalı ya da uçları kıvrılmış liflerin beton matrisinden sıyrılması, düz liflere göre daha zordur. Temel olarak lif, çeliğin doğası gereği çok yüksek çekme dayanımına sahiptir. Fakat çelik lifin bu yüksek performansının ne kadarının beton kesitte kullanılabileceği lifin tipine ve matrise aderansına bağlıdır. Liflerin belirli bir gerilmeden sonra matristen sıyrılması betonun performansını olumsuz etkiler. Bu sıyrılma olayı direkt olarak matrisin yapısı ile ilgili olmasına karşın kullanılan lifin özelliklerine de bağlıdır. 61

62 Beton içerisine dağılmış olan lifler matriste ilerleyen çatlağın yol açtığı gerilmeleri kendi üzerlerine alırlar ve matrisin çatlamamış bölgelerine iletirler. Betonda lif bulunmaması halinde ise betona herhangi bir gerilme uygulandığında meydana gelen mikroçatlaklar gerilmenin artması ile çeşitli yönlere yayılarak belirli bir gerilme değerinde betonun parçalanmasına neden olurlar. Çatlak oluştuktan sonra ilerlerken yayılma için gereken enerji düşüktür ve genellikle çatlağın oluşması için gereken enerjinin yarısı olarak kabul edilir. Beton içerisinde lif bulunması halinde, başlangıçta mikroçatlağı meydana getiren enerji, lifler aracılığı ile çatlağın yanındaki sağlam bölgelere aktarılır. Bu nedenle çatlağın yayılması için daha fazla enerji gerekir. Böyle bir enerjinin bulunması halinde bile, bu enerjinin büyük bir bölümü yine lifler tarafından taşınır ve bu taşıma liflerin matristen sıyrılması için gereken kuvvete kadar devam eder. Beton kırıldıktan sonra bile çelik lifler kırılan beton parçalarını bir arada tutarak nihai yükten daha fazla bir yükün taşınmasına yardım ederler. 62

63 Betona katılan kısa kesilmiş lifler matrisi takviye ederek beton içerisinde üzerinden gerilmelerin geçtiği küçük köprücükler olarak rol oynarlar 63

64 ÇİMENTOLU MALZEMELERİN ÇEKME DAVRANIŞI 64

65 Betterman vd., 1995, (Şekil Bayramov 2004 den uyarlanmıştır) 65

66 66

67 KARIŞIM ESASLARI Normal beton üretimi ile benzeşimler gösterse de lifli beton üretiminde lif kullanımı sonucu bir takım farklılıklar vardır. Çelik lifli betonlar için matris özelliklerini geliştirmek amacıyla bir dizi öneri getirilmiştir. Portland ya da katkılı Portland Çimentosu kullanılmalı, Maksimum S/Ç oranı 0.55 alınmalı, Minimum çimento dozajı 320 kg/m 3 olmalı, Kum miktarı toplam agrega kütlesinin en az %40-55 i ( kg/m 3 ) olmalı, Matrisi güçlendirmek için puzolan (uçucu kül, silika dumanı) kullanılmalı, Korozyona dayanıklılık için kaplanmış lifler kullanılmalı, Dmax doğal agrega için 28 mm, kırma taş için 32 mm olmalı, 16 mm den büyük agrega oranı %15-20 ile sınırlandırılmalı, Betonun karakteristik basınç mukavemeti en az 20 MPa olmalı, İşlenebilirlik sağlaması için akışkanlaştırıcı kullanılmalı, 67

68 BASINÇ DAYANIMI Nihai yükte belirgin bir artış olmamasına karşın lifli beton tek eksenli yükleme altında daha sünek davranabilmektedir. Yükleme düzlemine dik olan lifler basınç gerilmesinde herhangi bir işlev üstlenmez. Yükleme düzlemine paralel lifler basınç gerilmesinin artışına duyarlıdır, sünekliği arttırılar. 68

69 PARLAK KESİT İNCELEMELERİ (50x) (50x) (50x) (50x) 69

70 PARLAK KESİT İNCELEMELERİ Çıplak gözle bakıldığında pürüzsüz gibi görünen liflerle çimento matrisi arasında iyi bir aderans var. (1000x) Yüksek çelik lif dozajlarında sıkıştırma zorluklarından kaynaklanan boşluklar (50x) 70

71 Lif miktarının etkisi Banthia ve Trottier, 1992 (Şekil Bayramov 2004 den uyarlanmıştır) 71

72 ÇELİK LİFLİ PÜSKÜRTME BETON (STEEL FIBROUS SHOTCRETE) DEMİRYOLU TÜNEL TAMİRİ/UŞAK 72

73 LİF DONATILI KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETONLAR LİFLİ BETONLARIN İŞLENEBİLİRLİĞİ LİFSİZ BETONA GÖRE DAHA DÜŞÜKTÜR. LİFLİ BETON DÖKÜMÜ ESASEN OLDUKÇA KOLAY OLMASININ YANINDA GÖRECELİ OLARAK DAHA İYİ PLANLAMA VE İŞÇİLİK GEREKTİRİR. LİF DOZAJI ARTTIKÇA LİFLİ BETONLARIN ETKİLİ BİR ŞEKİLDE SIKIŞTIRILMASI ZORLAŞMAKTADIR. LİFLİ BETONLAR ETKİLİ SIKIŞTIRMANIN, HOMOJEN LİF DAĞILIMININ SAĞLANMASI, HAPSOLMUŞ HAVA BOŞLUKLARININ AZALTILMASI VE LİF EKLENMESİİLE VİBRASYON İHTİYACINI AZALTACAK ŞEKİLDE YETERİNCE AKICI KIVAMDA DİZAYN EDİLMELİDİR. 73

74 * LİF TİPİ * LİF MİKTARI * LİF GÖRÜNÜM ORANI (NARİNLİĞİ) * KYB KARIŞIMIN DİZAYNI YÜKSEK HAMUR HACMİ SINIRLI MAX. AGR. ÇAPI DÜŞÜK KABA AGREGA HACMİ LİF DONATILI KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETONLARIN PERFORMANSINI ETKİLEYEN EN ÖNEMLİ PARAMETRELERDİR! 74

75 İŞLENEBİLİRLİĞİN DEĞİŞİK DENEYLERLE GÖRECELİ OLARAK KONTROLÜ ÖNEMLİDİR! 75

76 GEÇİŞ YETENEĞİİHTİYACA GÖRE TEST EDİLMELİDİR LİFLİ KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETONLARIN İŞLENEBİLİRLİĞİNE YÖNELİK STANDARTLAŞMIŞ TEST YÖNTEMLERİ HENÜZ TAM OLARAK GELİŞTİRİLEMEMİŞTİR. GÖRECELİ TESTLER TAZE BETONUN YERİNDEKİ PERFORMANSI HAKKINDA FİKİR VEREBİLİR 76

77 (kg/m 3 ) A B C D Çimento Uçucu Kül Su Kırma kum (KYD) Kırmataş (KYD) Kimyasal Katkı 7 (1,6) * 7,4 (1,6) * 9 (1,7) * 13 (2,1) * O r a n s a l D e ğ e r l e r Su / çimento 0,49 Su / bağlayıcı 0,40 0,37 0,33 0,30 Uç.kül / bağlayıcı 0,20 0,24 0,33 0,40 Toplam toz (kg) Hamur hacmi ** 0,38 0,39 0,42 0,44 ince / kaba agrega 1,80 *** 77

78 C C C C D D ZP305 (l/d=55) kg/m RC80/60 (l/d=80) kg/m

79 Bloklanma oranı (h2/h1) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Lif dozajı (kg/m3) B L O K L A N D I B L O K L A N D I C SERİSİNDE ARTAN LİF DOZAJINA KARŞILIK BLOKLANMA EĞİLİMİ 79

80 ÇELİK LİFLİ KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETONLARIN MEKANİK ÖZELLİKLERİ ÇLKYB DE MEKANİK ÖZELLİKLER ÇELİK LİFLİ GELENEKSEL BETONLARDAN ÇOK DA FARKLI OLMAMASINA RAĞMEN, AKIŞ ÖZELLİKLERİNDEN OLDUKÇA FAZLA ETKİLENİR. ÇLKYB DE LİFLER AKIŞ DOĞRULTUSUNDA YÖNLENME EĞİLİMİ GÖSTERİRLER! ÇLKYB DE TIPKI GELENEKSEL ÇELİK LİFLİ BETONLAR GİBİ ÖZELLİKLE EĞİLME YÜKLERİ ALTINDA YÜKSEK SÜNEKLİK ÖZELLİĞİ GÖSTERİRLER. 80

81 81

82 82

83 83

84 Yük (N) kg/m 3 ZP kg/m 3 ZP Lifsiz 20 kg/m 3 ZP ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Deplasman (mm) KARIŞIM ÖZELLİKLERİ Toplam toz: 580 kg/m3 Su/bağlayıcı: 0.32 İnce/kaba agr: 1.72 Lifsiz 20 kg/m3 40 kg/m3 60 kg/m3 Yayılma çapı (mm) Basınç Day.. (MPa( MPa) Eğilme Day.. (MPa( MPa) Kırılma En (N/m)

85 SIFCON (SLURRY INFILTRATED FIBER CONCRETE) SIFCON, KISA KESİLMİŞ ÇELİK TELLERİN KALIPLAR İÇERİSİNE DÖKÜM ÖNCESİ DOLDURULUP, ÇOK AKICI KIVAMDAKİ ÇİMENTOLU BULAMACIN KALIBA ENJEKSİYONU VEYA POMPALANMASI İLE ÜRETİLEN ÇOK YÜKSEK SÜNEKLİĞE SAHİP BİR KOMPOZİTTİR. 85

86 SIFCON (SLURRY INFILTRATED CONCRETE) ÇİMENTO SU SÜPER AKIŞKANLAŞTIRICI SİLİKA DUMANI ÇOK İNCE KUM HACİMCE % 5-30 ÇELİK LİF (YÜKSEK DONATI İÇERİĞİ) YÜKSEK DEFORMASYON KAPASİTESİ, % BASINÇ DAYANIMI MPa 86

87 87

88 SIFCON ile onarım ve güçlendirme a Yük (P/2) 25 SIFCON ceket d= onarılmış onarılmış Kirişin kaymaya karşı dayanımının arttırılması için SIFCON ceket uygulanması (boyutlar: mm) 88

89 GELENEKSEL LİFLİ BETONDA LİF İÇERİĞİ % %2-3 SIFCON DA LİF İÇERİĞİ %5-30 ÇOK YÜKSEK TOKLUK 89

90 YÜKSEK MEKANİK ÖZELLİKLERİ VE ÖZELLİKLE YÜKSEK ENERJİ YUTABİLME YETENEĞİ SIFCON UN POTANSİYEL KULLANIM ALANLARINI GELİŞTİRMEKTEDİR. SIFCON; PATLAMA VE DARBE ETKİSİNE MARUZ KALABİLECEK YAPILARDA (CEPHANE, SIĞINAK V.B.) ENERJİ YUTMA KAPASİTESİ YÜKSEK OLMASI İSTENEN YAPI BÖLGELERİNDE DEPREM ETKİLERİNE KARŞI GÜÇLENDİRMEDE 90

91 SIFCON BULAMACININ (HAMURUNUN) GENEL ÖZELLİKLERİ SIFCON BULAMACI; ÇİMENTO SİLİS DUMANI SU SÜPERAKIŞKANLAŞTIRICI GİBİ BİLİNEN MALZEMELERLE ÇOK AKICI KIVAMDA OLACAK ŞEKİLDE ÜRETİLİR 91

92 ÇİMENTOLU BULAMAÇ; YÜKSEK AKICILIKTA AYRIŞMAYA KARŞI DİRENÇLİ SEGREGASYON YAPMAYAN YÜKSEK DAYANIMLI YOĞUN LİF AĞINDA TAM DOLULUĞU SAĞLAMAYA OLANAK VERECEK KADAR İNCE MALZEMELERLE ÜRETİLMELİDİR! 92

93 ÇİMENTO BULAMACININ REOLOJİK ÖZELLİKLERİ DENEYLERLE KONTROL EDİLMELİDİR MİNİ YAYILMA V-KUTUSU J-KUTUSU 93

94 94

95 95

96 SIFCON ÜRETİMİ LİFLER KALIBA YERLEŞTİRİLİR REOLOJİK AÇIDAN YETERLİ OLAN BULAMAÇ KALIBA DÖKÜLÜR 96

97 BULAMAÇTAKİ TİPİK ÖZELLİKLER; YÜKSEK ÇİMENTO VE/VEYA ÇİMENTOLU MALZEME MİKTARI DÜŞÜK SU / TOZ ORANI DÜŞÜK AGREGA MAKSİMUM ÇAPI (Genellikle <1mm) 97

98 SIFCON UN MÜHENDİSLİK ÖZELLİKLERİNİ ETKİLEYEN ANA PARAMETRELER ÇİMENTOLU BULAMACIN REOLOJİSİ VE DAYANIMI LİF TİPİ VE MİKTARI LİF YÖNLENMESİ SIFCON BULAMACINDAKİ YÜKSEK ÇİMENTO İÇERİĞİ YÜKSEK HİDRATASYON ISISI VE RÖTRE PROBLEMLERİNE NEDEN OLARAK SIFCON UN MEKANİK VE DURABİLİTE ÖZELLİKLERİNİ ETKİLEYEBİLİR! MİNERAL KATKILARIN KULLANIMI HEM ÇİMENTO DOZAJINI AZALTMADA HEM DE SIFCON UN MÜHENDİSLİK ÖZELLİKLERİNİ (MEKANİK VE DURABİLİTE) GELİŞTİRMEDE ETKİLİ OLABİLİR 98

99 UCUCU KÜLÜN OTOKLAV KÜRLÜ SIFCON UN MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ DENEYSEL ÇALIŞMA - KULLANILAN MALZEMELER ÇİMENTO- CEM I-42.5 N SİLİKA DUMANI UÇUCU KÜL (C-SINIFI, SOMA) AGREGALAR 0-1 mm BAZALT 0-1 mm KUVARTZ mm KUVARTZ YENİ NESİL HİPERAKIŞKANLAŞTIRICI l/d=55 Uzunluk l=30mm Çap d=0,55mm Akma gerilmesi (MPa) 719,1 Akma birim def. (%) 1,4 Maks. gerilme (MPa) 1146,5 Maks. birim def. (%) 4,5 Kopma gerilmesi (MPa) 1048,1 Kopma birim def. (%) 4,7 99

100 İNCELENEN PARAMETRELER SIFCON LİF HACMİ 0, %2, %6, %10 ÇİMENTOLU BULAMAÇTAKİ UÇUCU KÜL ORANI 0, %20, %40, %60 (ÇİMENTO AĞIRLIĞINCA, İKAME) 100

101 ÇİMENTOLU BULAMACIN KARIŞIM ORANLARI Bileşen UK0 UK20 UK40 UK60 Uçucu kül (%) Çimento (kg/m 3 ) Uçucu Kül (kg/m 3 ) Silika Tozu (kg/m 3 ) Su (kg/m 3 ) mm Bazalt (kg/m 3 ) mm Kuvars (kg/m 3 ) µm Kuvars (kg/m 3 ) Süper akışkanlaştırıcı (L/m 3 ) Su/Çimento Su/Bağlayıcı Agrega/Bağlayıcı Mini-Slump (mm)

102 BASINÇ DENEYİ:71 mm ayrıtlı küp numuneler-deney döküm yönünde (liflere dik doğrultuda) yapılmıştır. EĞİLME DENEYİ:25x60x305 mm plak numuneler %10 lif içeren karışımlara vibrasyon uygulanmıştır. 102

103 OTOKLAV KÜRÜ (YÜKSEK BASINÇ ALTINDA KÜR) 12 SAAT SONRA KALIPTAN SÖKÜLEN NUMUNELER OTOKLAV KÜRÜNE MARUZ BIRAKILMIŞTIR. OTOKLAV KÜRÜ 2 MPa (210 C ) 6 SAAT EĞİLME VE BASINÇ DENEYLERİ 2. GÜNDE YAPILMIŞTIR. 103

104 UK60 SERİSİNDE LİF HACMİNE BAĞLI OLARAK YÜK-SEHİM İLİŞKİSİ Yük, N Yük, N % lif 2% lif 6% lif 10% lif ,1 0,2 0,3 0,4 Orta nokta dep., mm Orta nokta dep., mm 104

105 105

106 210 C DE 2MPa 8 SAAT 106

107 LİFLERE DİK VE PARALEL DOĞRULTULARDA BASINÇ DENEYİ 107

108 108

109 109

110 Load (N) FA60 FA40 FA20 FA Displacement (mm) 110

111 SIFCON UN EĞİLME DAYANIMI VE TOKLUĞU Flexural strength Toughness Flexural strength (MPa) Toughness (N.mm) FA replacement (%) 111

112 Flexural Stress [MPa] Specimen 2 Specimen 1 Specimen 3 SIFCON V f =14% plain slurry Deflection [mm] 112

113 midspan deflection: 2.0 mm First Cracking 113

114 midspan deflection: 4.0 mm Start of Multiple Cracking 114

115 midspan deflection: 6.5 mm Start of Localisation 115

116 midspan deflection: 14.0 mm Strain Localisation 116

117 RPC RPC (REACTIVE POWDER CONCRETE) REAKTİF PUDRA BETONU ileri mekanik özelliklere üstün fiziksel karakteristiklere mükemmel sünekliğe çok düşük geçirimliliğe sahip ultra yüksek dayanımlı çimento esaslı kompozit bir malzemedir. Reaktif pudra betonuyla ile ilgili ilk çalışmalar Richard ve Cheyrezy (1995) tarafından yapılmıştır. Bu çalışmalarda betonların tasarımı yapılmış ve üretimi ile mekanik özellikleri açıklanmıştır. Yapılan çalışmalarda RPC 200 ve RPC 800 olmak üzere esasta aynı fakat üretiminde ve ısıl işlemlerinde bazı farklılıklar bulunan iki değişik malzeme üretilmiştir. 117

118 REAKTİF PUDRA BETONU (REACTIVE POWDER CONCRETE) AGREGA VE KUM YERİNE REAKTİF KUVARS, 300 µm SİLİKA DUMANI BUHAR KÜRÜ VEYA YÜKSEK BASINÇLI BUHAR KÜRÜ TOKLUK İÇİN ÇELİK MİKROLİFLER YÜKSEK KOMPASİTE, GRADASYON ÖNEMLİ BASINÇ DAYANIMI MPa ELASTİSİTE MODÜLÜ MPa 118

119 Reaktif Pudra Betonu ile güçlendirme Betonarme kiriş RPC Çatlamış betonarme kirişin Reaktif Pudra Betonuyla güçlendirilmesi 119

120 Tarihçe Giriş Tasrım Özellikleri Daha ince elemanlı köprüler Kullanım 1.Çalışma 2. Çalışma 3. Çalışma 11 Şekil

121 REAKTİF PUDRA BETONUNUN KOMPOZİSYONUNDA TEMEL İLKELER İri agreganın elimine edilerek homojenliğin arttırılması Granüler karışımı optimize edip, priz öncesinde ve priz sırasında basınç uygulayarak sıkışık yoğunluğun arttırılması Priz sonrasında ısıl işlem uygulayarak mikroyapının güçlendirilmesi, Karışımda kısa çelik lifler kullanılarak düktilitenin arttırılması, Karıştırma ve yerleştirme işlemlerinin mümkün olduğunca pratiğe uygun olması. İri agreganın sistemden kaldırılması, bağlayıcı hamurun mekanik özelliklerinin arttırılması ve agrega/hamur oranının azaltılması ile RPC karışımlarının homojenlik problemleri azaltılmış olmaktadır. 121

122 RICHARD ve CHEYREZY NİN TANITTIĞI RPC200 VE RPC800 ÜN ÖZELLİKLERİ Özellik RPC 200 RPC 800 Priz sırasında sıkıştırma Yok 50 MPa Isıl işlem ( º C) Basınç Dayanımı (MPa) - kuvars agregalı Basınç Dayanımı (MPa) - çelik agregalı Eğilme Dayanımı (MPa) Kırılma Enerjisi (J/m 2 ) Young Modülü (GPa)

123 Silika Dumanı Katkısız Çimento Hamuru ve SD li Çimento Hamuru Karşı şılaştırması 123

124 RPC NİN ÖNEMLİ AVANTAJLARI * YÜKSEK PERFORMANSLI BETONLARA İYİ BİR ALTERNATİFTİR. * YAPISAL OLARAK ÇELİKLE YARIŞABİLECEK MEKANİK POTANSİYELE SAHİPTİR. * YÜKSEK DAYANIMI VE YÜKSEK MEKANİK ÖZELLİKLERİ NEDENİYLE KESİTLERDE BÜYÜK ORANDA AZALTMA SAĞLAR MOMENT TAŞIMA KAPASİTESİ 67.5 tm Aynı Moment Taşıma Kapasitesine Sahip (675 KN.m) RPB, Çelik Profil, Öngerneli Betonarme I Kiriş ve Öngermeli Betonarme T Kiriş 124 (Dauriach, 1997).

125 YÜKSEK ENERJİ YUTMA KAPASİTESİİLE ÖZELLİKLE SİSMİK PERFORMANSTA ARTIŞ SAĞLAR 125

126 Lif donatılı Normal harç Sehim (Mikron) Kırılma enerjisi RPB için 1250 µm'ye kadar sehimde J/m2 dir. Bu değer normal harç için ise toplam 110 J/m2'dir. Böylece, reaktif pudra betonunun kırılma enerjisinin normal harcınkinin yaklaşık 300 katı kadar olduğu sonucuna varılabilir (Taşdemir vd. 2005) 126

127 Düşük ve birbirine bağlı olmayan kılcal boşlukları, bünyedesi serbest kirecin silis dumanı ile reaksiyona girerek ikincil hidratasyonda güçlü C-S-H yapı oluşturması porozite yapısını önemli oranda geliştirir. Bu nedenle durabilitesi yüksek bir malzemedir. 127

128 Mekanik Özelikler NDB YDB RPB Basınç dayanımı (MPa) Elastisite modülü (GPa) Eğilme dayanımı (MPa) Kırılma enerjisi (J/m 2 )

129 RPC İLE ÜRETİLMİŞ KÖPRÜ Sherbrooke Köprüsü, Quebec, Canada- Yapım Aşaması Ve Son Hali 129

130 İTÜ İSTON İŞBİRLİĞİ İLE GELİŞTİRİLMİŞ RPC 130

131 Deneysel Çalışmalar 131

132 Bauxite Granite Material (kg/m 3 ) B-S0 B-S20 B-S40 B-S60 G-S0 G-S20 G-S40 G-S60 Cement SF GGBFS mm Bauxite mm Bauxite mm Granite mm Quartz mm Quartz Water Steel Fiber SP (L/ m 3 ) Water from SP (L/ m 3 ) Water*/cement Water/powder Water*/powder ,

133 Reaktif Pudra Betonunun (RPB) Özelliklerinin Mineral Katkılarla Geliştirilmesi PRİZ AŞAMASINDA SIKIŞTIRMA UYGULANMASI Sıkıştırma için kullanılan özel çelik kalıp sıkıştırma mekanizması Hazırlanan örnekler ve basınç dayanımı deneyi sonrası Örneklerin deformasyonları Anıl KARABULUT 133

134 Reaktif Pudra Betonunun (RPB) Özelliklerinin Mineral Katkılarla Geliştirilmesi Anıl KARABULUT 134

135 Material CTRL G10F10 G10F20 G10F30 F20 G40 Cement (kg/m 3 ) SF (kg/m 3 ) GGBFS (kg/m 3 ) FA (kg/m 3 ) mm Quartz (kg/m 3 ) mm Quartz (kg/m 3 ) mm Quartz (kg/m 3 ) Water (kg/m 3 ) SP (L/ m 3 ) Water from SP Water/cement Water/powder Water/powder* CaO (Mol) SiO 2 (Mol) Steel Fiber (kg/m 3 ) *Calculated with total water (water + water from SP) Flow table (mm) Molar CaO/SiO

136 Compressive Strength, MPa % 20% 40% 60% GGBFS FA Mineral Admixtures 136

137 Compressive Strength, MPa Constant SF CaO/SiO2= Control G10F10 G10F20 G10F30 F20 G20F20 G40 Mixtures 137

138 Compressive Strength, MPa None Pressure applied Pressure applied Control G10F10 G10F20 G10F30 F20 G40 Mixtures 138

139 Modulus of Elasticity Compresive Strength Modulus of Elasticity, GPa Compressive Strength, MPa 30 Control F20 G10F10 G10F20 G10F30 G

140 G10F30 F Load, N G CTRL ,5 1 1,5 2 2,5 3 Displacement, mm The Load-displacement relationship of 28-day water cured mixtures according to the GGBFS and/or FA content 140

141 F20 G10F30 Load, N CTRL 4000 G ,5 1 1,5 2 2,5 3 Displacement, mm Fig. 5 The Load-displacement relationship of steam cured mixtures according to the GGBFS and/or FA content 141

142 G Load, N CTRL G40 G10F ,5 1 1,5 2 2,5 3 Displacement, mm The Load-displacement relationship of autoclave cured mixtures according to the GGBFS and/or FA content 142

143 143

144 tobermorit 144

145 tobermorit 145

146 BÜZÜLME 146

147 BÜZÜLME 147

148 148

149 YENİ MALZEMELER BÜZÜLME YAPMAYAN HARÇ (GROUT) EPOKSİ veya POLYESTER ESASLI TAMİR HARÇLARI ÇİMENTO ESASLI TAMİR HARÇLARI LİF TAKVİYELİ POLİMERLER (FRP) KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETON (KYB) PÜSKÜRTME BETON (shotcrete) LİFLİ BETON (ÇELİK, POLİPROPİLEN, CAM vb.) KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN LİFLİ BETON SIFCON (Slurry Infiltrated Concrete) RPC (Reactive Powder Concrete Reaktif Pudra Betonu) 149

150 Kaynak kitap önerisi 150

151 DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ YAYINLARI NO: 334 DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ YAYINLARI NO: 334 BETON BETON BETON KİTABI YAYINA HAZIRLAYANLAR BÜLENT BARADAN HALİT YAZICI SERDAR AYDIN KİTABI YAYINA HAZIRLAYANLAR BÜLENT BARADAN HALİT YAZICI SERDAR AYDIN 2012 YAZARLAR BÜLENT BARADAN SELÇUK TÜRKEL HALİT YAZICI HAYRİÜN HÜSEYİN YİĞİTER BURAK FELEKOĞLU KAMİLE TOSUN FELEKOĞLU SERDAR AYDIN MERT YÜCEL YARDIMCI ALİTOPAL ALİUĞUR ÖZTÜRK YAZARLAR BÜLENT BARADAN SELÇUK TÜRKEL HALİT YAZICI HAYRİÜN HÜSEYİN YİĞİTER BURAK FELEKOĞLU KAMİLE TOSUN FELEKOĞLU 151 SERDAR AYDIN MERT YÜCEL YARDIMCI ALİTOPAL ALİUĞUR ÖZTÜRK

152 152

153 teşekkürler Bu ve İlgili diğer sunumları Adresinden indirebilirsiniz. 153

154 21 Ocak 2016 Prof. Dr. Halit YAZICI Beton Teknolojisinde Gelişmeler ve Yüksek Y Performanslı Betonlar 154