Donma-Çözülmenin Farklı Kür Görmüş Kendiliğinden Yerleşen Betonlar Üzerindeki Etkisi

Transkript

1 Donma-Çözülmenin Farklı Kür Görmüş Kendiliğinden Yerleşen Betonlar Üzerindeki Etkisi Şirin Kurbetci, Şakir Erdoğdu, Ali Recai Yıldız KTÜ Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, TRABZON Tel: (0462) E-Posta: Öz Bu çalışmada farklı oranlarda silis dumanı ve/veya uçucu kül içeren ve farklı koşullarda kür gören kendiliğinden yerleşen betonlar üzerinde donma-çözülmenin etkisi araştırılmıştır. Mineral katkı maddesi içermeyen bir adet, silis dumanı içeren üç adet, uçucu kül içeren üç adet ve hem silis dumanı hem de uçucu kül içeren üç adet olmak üzere toplam 10 farklı bileşimde kendiliğinden yerleşen beton üretilmiştir. Toplam bağlayıcı miktarı 550 kg/m 3, su/bağlayıcı oranı 0.37 olarak sabit tutulmuştur. Deneylerde 100x100x400 mm prizmatik kalıplar kullanılmıştır. Standart dayanımı belirlemek amacıyla her bir üretimden 15 cm küp şahit numuneler de hazırlanmıştır. Kalıplarından çıkarılan numunelerin bir kısmı 20 o C de suda, bir kısmı laboratuvar ortamında havada 28 gün kür gördükten sonra 300 hızlı donma-çözülme çevrimine tabi tutulmuşlardır. Donmaçözülme çevrimi öncesi ve sonrası numuneler üzerinde ultrases hızı ölçümleri gerçekleştirilmiş ve basınç dayanımları belirlenmiştir. Çalışma sonunda kür koşullarından bağımsız olarak mineral katkı içeren betonların basınç dayanımı kayıplarının daha az olduğu saptanmıştır. Mineral katkı türünden bağımsız olarak, laboratuvar ortamında hava kürü ardından donma-çözülme çevrimi uygulanan numuneler daha az dayanım kaybına uğramıştır. Anahtar sözcükler: Donma-çözülme; Kendiliğinden yerleşen Beton; Kür; Mineral katkı Giriş Kendiliğinden yerleşen betonlar (KYB), geleneksel betona oranla birtakım avantajlar içeren, beton teknolojisindeki son yeniliklerdendir. Yerleştirme için vibrasyon gerektirmeyen, kendi ağırlığıyla akabilen ve kalıbını doldurabilen ve bu özellikleri ayrışma olmadan sağlayabilen bir betondur. Böylece yoğun donatılı bölgelerde yerleştirme sorunu olmaz ve yapım işi hızlanır. Onarım ve güçlendirme projelerinde, sık donatılı elemanlarda, estetik kalıp tasarımında, zor ve ulaşılmaz kalıplarda, vibrasyon yapmanın mümkün olmadığı uygulamalarda kullanımı çok uygun olan bir betondur (Bouzoubaa, Lachemi, 2000). Ancak KYB lerin istenen performansı sağlaması; uygun malzeme tip ve oranlarının seçimi, üretim sırasında malzeme tip ve oranlarındaki değişimin minimize edilmesi, ortam koşullarının etkisinin göz önüne alınması ve taze beton özelliklerinin sürekli kontrolü ile mümkündür (Felekoğlu, Baradan, 2004). 251

2 KYB üretiminde daima güçlü bir süperakışkanlaştırıcı, fazla miktarda toz malzeme ve/veya viskozite düzenleyici katkı maddesi kullanılmalıdır. Süperakışkanlaştırıcı, betonun akışkanlığını arttırırken toz malzeme veya viskozite düzenleyici katkı maddesi karışımın stabilitesini sağlamak suretiyle terlemeyi ve ayrışmayı önlemektedir (Zhu, Bartos, 2002). KYB üretiminde toz malzeme olarak genellikle kireçtaşı tozu, uçucu kül, granüle yüksek fırın cürufu ve silis dumanı kullanılmaktadır (Persson, 2001). Literatürde KYB`lerin reolojisi ile ilgili pek çok araştırma mevcut olmasına rağmen bunların donma-çözülme dirençleriyle ilgili yapılan araştırma sınırlıdır (Persson, 2003; Nehdi, 2004; Corinaldesi, 2004). Oysa KYB lerin bu anlamda davranışlarının bilinmesi son derece önemelidir. Bu çalışmada, içerdikleri mineral katkı maddesi itibariyle farklı bileşimde üretilen ve farklı koşullarında saklanan kendiliğinden yerleşen betonlar üzerinde donma-çözünmenin etkisi araştırılmıştır. Kullanılan Malzemeler Deneysel Çalışma Deneylerde maksimum tane çapı 16 mm yöresel bazalt agregası ve PÇ42.5 Portland çimentosu kullanılmıştır. Mineral katkı maddesi olarak F tipi bir uçucu kül ve silis dumanı kullanılmıştır. Kimyasal katkı maddesi polikarboksilat bazlı, özgül ağırlığı 2.15 olan yeni nesil bir süperakışkanlaştırıcıdır. Kullanılan çimento, uçucu kül ve silis dumanına ait kimyasal bileşimler ve bazı fiziksel ve mekanik özellikler Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 1. Çimento, uçucu kül ve silis dumanına ilişkin bazı özellikler. Kimyasal Bileşim (%) Bileşen Adı Çimento Uçucu Kül Silis Dumanı CaO, toplam CaO, serbest SiO 2, toplam Al 2 O Fe 2 O MgO SO Na 2 O K 2 O Mn 2 O TiO Kızdırma kaybı Çözünmeyen kalıntı Fiziksel ve Mekanik Özellikler Özgül ağırlık İncelik (Blaine, cm 2 /g) Basınç 2-gün 26.8 Dayanımı 7-gün 37.9 (MPa) 28-gün

3 Deney Programı Mineral katkı maddesi içermeyen bir adet, silis dumanı içeren üç adet, uçucu kül içeren üç adet ve hem silis dumanı hem de uçucu kül içeren üç adet olmak üzere toplam 10 farklı bileşimde kendiliğinden yerleşen beton karışımı hazırlanmıştır. Toplam bağlayıcı miktarı 550 kg/m 3, su/bağlayıcı oranı 0.37 olarak sabit tutulmuştur. Deneylerde 100x100x400 mm prizmatik kalıplar kullanılmıştır. Standart dayanımı belirlemek amacıyla her bir üretimden 15 cm küp şahit numuneler de hazırlanmıştır. Uçucu kül (UK) ikame oranları %10, %20, %30; silis dumanı (SD) ikame oranları %6, %9, %12; her iki mineral katkının birlikte kullanıldığı deneylerde ikame oranları %6 SD ve %24 UK, %9 SD ve %21 UK, %12 SD ve %18 UK olmuştur. Tüm üretimlerde toplam bağlayıcının %2 si oranında süperakışkanlaştırıcı katkı maddesi kullanılmıştır. Üretilen betonların karışım oranları ve işlenebilirlik özellikleri Tablo 2`de verilmiştir. Her üretimde 5 adet prizma, 2 adet küp numune hazırlanmıştır. Prizmalardan 3 tanesi ve küp numuneler standart kür görmüş; 2 tanesi laboratuvar koşullarında ( 23±2 C sıcaklık ve yaklaşık %65 nem) havada kür edilmiştir. 28 gün sonunda küp numuneler üzerinde basınç dayanımı ve standart kür gören prizmalardan biri üzerinde de eğilmede çekme ve basınç dayanım deneyleri uygulanmıştır. Standart kür gören ve havada kür gören prizmalardan birer tanesi ise donma-çözülme deneyine tabi tutulmuştur ( ve KÜRÜ+DÇ). Diğer prizmalar ise donma-çözülme deneyi bitene kadar kendi kür koşullarında bekletilmiştir(skür ve KÜRÜ). Deney sırasında prizmalar eğilmede çekme deneyi sonucu iki parçaya ayrılmış ve ayrılan parçalar üzerinde basınç dayanımı belirlenmiştir. Donma-çözülme deneyinde TS3449 standardına uygun olarak -20 C de 2 saat havada donma ve +5 C de 1 saat suda çözülme şeklinde 300 çevrim gerçekleştirilmiştir. Donma-çözülme çevrimi öncesi ve sonrası numuneler üzerinde ultrases hızı ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Üretim Tablo 2- Betonların karışım oranları ve işlenebilme özellikleri. Çimento Uçucu Kül Silis Dumanı İri Agrega İnce Agrega Çökme- Yayılma (mm) t-500 (sn) V- Hunisi (sn) KATKISIZ %6 SD %9 SD %12 SD %10 UK %20 UK %30 UK %6 SD+%24 UK %9 SD+%21 UK %12 SD+%18 UK Deney Sonuçları ve İrdeleme Tablo 2`den görüldüğü üzere, silis dumanı ikame miktarı arttıkça çökme-yayılma mesafesi, t-500 süresi ve V-hunisi süresi azalmaktadır. Uçucu kül ikame miktarı arttıkça ise bunun tersi bir durum oluşmaktadır. 253

4 Tablo 3, üretilen betonların 28. günde ve uygulanan kür sonunda numuneler üzerinde ölçülen basınç dayanımlarını ve ultrases hızlarını göstermektedir. Tablo 3. Betonların 28. gündeki ve kür sonundaki basınç dayanımları ve ultrases hızları. Üretim KATKISIZ %6 SD %9 SD %12 SD %10 UK %20 UK %30 UK %6 SD + %24 UK %9 SD + %21 UK %12 SD + %18 UK Kür Koşulu Basınç Dayanımı (MPa) Ultrases hızı 28. gün Kür sonu 28. gün Kür sonu KÜRÜ+DÇ KÜRÜ SKÜR KÜRÜ+DÇ KÜRÜ SKÜR KÜRÜ+DÇ KÜRÜ SKÜR KÜRÜ+DÇ KÜRÜ SKÜR KÜRÜ+DÇ KÜRÜ SKÜR KÜRÜ+DÇ KÜRÜ SKÜR KÜRÜ+DÇ KÜRÜ SKÜR KÜRÜ+DÇ KÜRÜ SKÜR KÜRÜ+DÇ KÜRÜ SKÜR KÜRÜ+DÇ KÜRÜ SKÜR Basınç Dayanımı Şekil 1, 2 ve 3 sırasıyla silis dumanı, uçucu kül ve her iki mineral katkının birlikte ikame edildiği numunelerin 300 donma-çözülme çevrimi sonunda ölçülen basınç dayanımlarının, bu çevrim süresince standart kür koşullarında bekletilen deney numunelerinin basınç dayanımlarına oranını göstermektedir. Bu grafiklerde ayrıca tüm 254

5 deney süresi boyunca havada kür edilen numunelerin basınç dayanım oranları da verilmiştir. Şekil 1 deki en düşük dayanım oranları 28 gün havada kür edildikten sonra donma-çözülmeye tabi tutulan numunelere aittir. Standart kür gördükten sonra donmaçözülme uygulananlara ait dayanım oranları en yüksektir. Şekil 2 den görüleceği gibi bağıl basınç dayanımında en fazla azalma hava koşullarında bekletilip donma çözülmeye maruz bırakılan numunelerde gözlenmektedir. Bu durum yetersiz hidratasyondan sonra boşluklu yapıya sahip numunelerin diğer numunelere oranla donma-çözünme etkisinden daha fazla etkilenmesinden kaynaklanmış olabileceği düşünülmektedir. Aynı eğilim Şekil 3 te de görülmektedir. Yani basınç dayanımı kaybı en çok olan numuneler havada kürden sonra donma-çözülme uygulananlardır. Bunu sırasıyla havada kür ve standart kürden sonra donma-çözülme uygulananlar izlemektedir. Basınç Dayanımı Oranı (%) Katkısız 6 SD 9 SD 12 SD Şekil 1. Basınç dayanımı oranlarının silis dumanı ikamesine bağlı değişimi. Basınç Dayanımı Oranı (%) Katkısız 10 UK 20 UK 30 UK Şekil 2. Basınç dayanımı oranlarının uçucu kül ikamesine bağlı değişimi. 255

6 Basınç Dayanımı Oranı (%) Katkısız 6SD+24UK 9SD+21UK 12SD+18UK Şekil 3. Basınç dayanım oranlarının her iki mineral katkı ikamesine bağlı değişimi. Şekil 1, 2 ve 3 ten görüldüğü gibi mineral katkı ikamesinden bağımsız olarak, en çok dayanım kaybı numunelerinde en az dayanım kaybı ise numunelerinde olmuştur. Ultrases Hızı Şekil 7, 8 ve 9 da sırasıyla silis dumanı, uçucu kül ve her iki mineral katkının birlikte ikame edildiği numunelerin 28. gün ve donma-çözülme çevrimi süresi sonundaki ultrases hızlarının oranı görülmektedir Ultrases Hızı Değişimi(%) Katkısız 6 SD 9 SD 12 SD SKÜR Şekil 7. Silis dumanı ikame edilen numunelerin 28 gün ve tüm çevrim sonundaki ultrases hızları oranı. Her üç şekilden de sadece 28 gün standart kür ardından donma-çözülme uygulanan numunelerdeki ultrases hızı oranının azalarak ortalama %98 olduğu görülmektedir. 256

7 Beton, standart kür sırasında hidratasyonun önemli bölümünü tamamlamış, donmaçözülme olayının etkisiyle yaklaşık olarak %2 lik bir kayıp oluşmuştur. Mineral katkı türünden bağımsız olarak diğer tüm kür koşullarında bu oran %100 ün üzerine çıkmıştır. Ultrases Hızı Değişim(%) Katkısız 10 UK 20 UK 30 UK SKÜR Şekil 8. Uçucu kül ikame edilen numunelerin 28 gün ve tüm çevrim sonundaki ultrases hızları oranı. 28 gün havada kürün ardından donma-çözülme uygulanan tüm numunelerde ise ultrases hızı oranları en yüksek olmuştur. Bu artış uçucu kül ikameli betonlarda en fazla olmuştur ve uçucu kül ikame oranına bağlı olarak artmıştır. Ultrases Hız Değişimi(%) Katkısız 6 SD+24 UK 9 SD+21 UK 12 SD+18 UK SKÜR Şekil 9. Silis dumanı + uçucu kül ikame edilen numunelerin 28 gün ve tüm çevrim sonundaki ultrases hızları oranı. Bu durum, donma-çözülme olayının olumsuz etkisine rağmen donma-çözülme çevrimleri boyunca olan su ile temasın bile hidratasyona katkıda bulunarak boşlukların hidratasyon ürünleriyle dolmasının bir sonucu olarak yorumlanabilir. 257

8 Sonuçlar Bu çalışmada kendiliğinden yerleşen betonların 300 hızlı donma-çözülme çevrimi sonundaki bazı mekanik ve fiziksel özellikleri araştırılmıştır. Üretilen betonlar standart ve laboratuar olmak üzere iki farklı kür koşulunda bekletilmiştir. Mineral katkı maddesi olarak uçucu kül, silis dumanı ve her iki mineral katkının kombinasyonları kullanılmıştır. Donma çözülme çevrimleri öncesinde ve sonunda basınç dayanımı ve ultrases hızı değerleri belirlenmiştir. Çalışmada elde edilen sonuçlar aşağıda özetlenmiştir. 1. İster standart kür koşullarında, ister laboratuvar ortamında havada bekletilmiş olsun mineral katkı maddesi içeren numunelerin donma-çözülme sonrası basınç dayanımı kayıpları mineral katkı içermeyen beton numunelerin dayanım kayıplarına oranla daha azdır. 2. Beton karışımına uçucu kül ikamesi akış direncini düşürerek çökme-yayılma mesafesini arttırırken yayılma süresi de artmıştır. Silis dumanı ilave edildiğinde ise akış direnci artarak çökme-yayılma mesafesi ve yayılma süresi azalmıştır. 3. Mineral katkı içeren tüm betonlarda standart dayanıma oranla en yüksek basınç dayanımını 28 gün standart kür ardından donma-çözülme uygulanan numuneler vermiştir. Bunu sırasıyla sadece havada kür görenler ve hava kürünün ardından donmaçözülme uygulanan numuneler izlemiştir. 4. Donma-çözülme çevrimi öncesi ve sonrası ölçülen ultrases hızları birbirine oranlandığında mineral katkı türünden bağımsız olarak standart kür gören numunelerde azalma olmuş, en yüksek oranlar havada kürün ardından donma-çözülme uygulananlarda görülmüştür. Kaynaklar Bouzoubaâ, N. and Lachemi, M. (2001) Self-compacting concrete incorporating high volumes of class F fly ash: Preliminary results. Cement and Concrete Research, Vol.31, No. 3, pp Corinaldesi,V. and Moriconi,G. (2004) Durable fiber reinforced self-compacting concrete. Cement and Concrete Research, Vol. 34, No. 2, pp Felekoğlu B., Baradan B. (2004) Kendiliğinden Yerleşen Betonun Mekanik Performansı. THBB Beton 2004 Kongresi, İstanbul, s Nehdi,M., Pardhan,M. and Koshowski,S. (2004) Durability of self-consolidating concrete incorporating high-volume replacement composite cements. Cement and Concrete Research, Vol. 34, No. 11, pp Persson, B. (2001) A comparison between mechanical properties of self-compacting concrete and the corresponding properties of normal concrete. Cement and Concrete Research, Vol.31, No. 2, pp Persson, B. (2003) Internal frost resistance and salt frost scaling of self-compacting concrete. Cement and Concrete Research, Vol.33, No. 3, pp