Bölüm 2. Hava Sürükleyici Katkı Maddeleri Kimyasal Katkılar. Hava Sürüklenmiş Beton Tanımı. Hava Katkı Maddesinin Tanımı

Transkript

1 Kimyasal Katkılar Bölüm 2 Hava Sürükleyici Katkı Maddeleri Birçok uygulama için, betonun vazgeçilmez bileşenidir. Betonun özelliklerini iyileştirip ekonomi yönünden avantajlar sağlar. Fakat kimyasal katkı kullanımı kalitesiz beton karışımları veya kötü uygulamalar için çözüm değildir. Hava Katkı Maddesinin Tanımı Hava Sürüklenmiş Beton Tanımı Hava sürükleyici katkı maddeleri, beton yapımı esnasında taze betondaki çimento hamurunun içerisinde küçük boyutlu ( mm mertebesinde) ve kalıcı hava kabarcıklarının oluşmasını sağlayan katkı maddeleridir. TS 3456 Betona Hava Sürükleyici Katkı Maddeleri Hava sürüklenmiş beton, çimento hamurunun içerisinde, birbirine çok yakın aralıklarla düzenli dağılım gösteren, birbirinden bağımsız (aralarında bağlantı bulunmayan), çok sayıda ve çok küçük hava kabarcıkları içeren bir betondur. Betonun hava katkısı, özel çimento kullanımı ile sağlanabilir. Bu özel çimentolar, normal çimentolar gibi üretilirken hava katkı maddesinin çimentonun öğütülmesi aşamasında ilave edilmesi ile elde edilir. Hava kabarcıkları taze beton karışımına hava katkı maddesinin ilavesi ile de elde edilmektedir. Genellikle bu ikinci yol tercih edilmektedir. Bu şekilde elde edilen betonlara hava katkılı beton ismi verilmektedir. Hava Katkı Maddeleri 3 Hava Katkı Maddeleri 4 1

2 Hava Katkılı Betonun Üretilmesindeki Amaç Donma ve Çözülme Hava kabarcıkları genelde küresel bir yapıya sahip olup boyutları çok küçüktür. Ortalama çapları 0,08-0,1 mm arasındadır. Asıl Amaç; Betonun donma ve çözülme karşısındaki direncini arttırıp durabilitesini (ömrünü) arttırmaktır. Ek Faydaları; İşlenebilirlik kolaylaşır. Kusma (terleme) ve ayrışma daha az görülür. Hava Katkı Maddeleri 5 Hava sürükleyici katkıların kullanımına başlamadan önce inşa edilmiş bir yapı Donma ve Çözülme Yetersiz hava boşluk yapısına sahip uçucu kül içeren beton Hava Katkı Malzemelerinin Tipleri Hava katkı malzemeleri birçok kaynaktan elde edilir. Elde edilme bakımından aşağıdaki gibi sınıflandırılabilirler; 1. Reçine tuzları: Genellikle en çok kullanılan tiplerdir. En eski hava katkısı formülasyonu nötrleştirilmiş Winsol reçinesidir. Winsol reçinesi, ananas ağacından elde edilen reçine ve çeşitli eritici maddelerin eldesinin bir yan ürünüdür. Ezilmiş toz yada flake (pul) şeklinde mevcuttur. Bu madde genellikle suda erimez. Bu nedenle beton için hava katkısı olarak daha etkin kullanılabilmek amacıyla NaOH (Sodyum Hidroksit) ile nötrleştirme yoluyla, suda çözünebilen bir forma sokulmaktadır. Düzenli sürüklenmiş hava boşluklarına sahip olmamasından dolayı parçalanmış beton. Uçucu kül bünyesinde bulunan karbon HSK yı yapısına 2. Sentetik deterjanlar: Hava katkı malzemesi olarak ikinci büyük kategoriyi oluştururlar. Bu malzemeler petrol türevi ürünlerdir. emmektedir. Hava Katkı Maddeleri 8 2

3 Hava Katkı Malzemelerinin Tipleri Donma-Çözülme Olayı 3. Sülfatlı lignin tuzları: Kağıt endüstrisinin bir yan ürünüdür. Hava katkısı malzemesi olarak zayıf davranış gösterirler. Genelde su azaltıcı olarak kullanılır. 4. Petrol tabanlı asit tuzları: Petrolün rafine işleminin bir yan ürünüdür. 5. Protein tabanlı maddelerin tuzları: Hayvan işleme endüstrisinin bir yan ürünüdür ve karbolik ve aminoasitlerin bir karışımından oluşur. Genellikle bu maddeler pek kullanılmaz. 6. Reçineli yağlı asitler ve tuzları: Bunlar hayvansal ve bitkisel yağların çeşitli işlemlerden geçirilmesi ile elde edilmektedir. 7. Organik tuzlar ve sülfatlar hidrokarbonlar: Ham petrolün rafinesinden elde edilir. Doygun yada doyguna yakın beton 0 o C nin soğutulmaya tabi tutulduğunda, katılaşmış çimento harcı ve agrega içinde bulunan kapiler boşluklardaki su donar ve hacim genişlemesi gösterir. Hacimdeki bu artış %9 kadardır. Bu hacim artışı, boşluk içindeki donmamış suyun çeperlere hidrolik bir basınç yapmasına veya donmamış suların sızma yolu ile betonun iç kısımlarına kaçmasına sebep olur. Kısa mesafede böyle bir yer bulamazsa yine bir hidrolik basınç oluşturur. Bu nedenle oluşacak iç gerilmeler betonda çatlamalara ve yüzeysel kısımlarda ayrışıp bozulmalara sebep olur. Bu çatlama ve bozulmalar donma-çözülme döngüsünün sayısı arttıkça fazlalaşır. Bir beton her ne kadar iyi bir karışım olarak hesaplansa da donma-çözülme olayı mutlak surette betona zarar verir. Hava Katkı Maddeleri 9 Hava Katkı Maddeleri 10 Donma-Çözülme Olayı Hava Katkısız Çimento Hamurunda Donma-Çözülme Olayı T>0 T<0 T>0 T<0 Böylece beton, içinde buz oluşmasından dolayı oluşan büyük iç gerilmelere direnç gösteremez. Çatlaklar meydana çıkar. Donma zararı, beton doygun yada doygunluğu belli bir kritik değerin üzerinde ise ortaya çıkar. Bu kritik doygunluk derecesi literatür tarafından %91.7 olarak verilmektedir. Katılaşmış çimento harcı gibi boşluklu bir sistemde kritik doygunluk derecesi, sistemin boyutları, homojenliği ve donma oranı tarafından etkilenir. Eğer bir boşluk %90 yada daha fazla suyla doygun değilse, donma sisteme bir zarar vermez. Çünkü hacim genişlemesini yok edecek kadar bir boşluk mevcuttur. Böylece bir iç gerilme oluşmaz. Kılcal boşluk Su Buz Su Buz Burada donma çözülme devirlerine maruz bir çimento hamuru gösterilmektedir. Kılcal boşluk kritik doygunluk derecesinde olduğundan sıcaklık 0 C nin altına düştüğünde buz oluşması ve hidrolik basınç ile çatlaklar meydana gelecektir. Donma-çözülme devam ettikçe aynı olay yeni çatlakların içinde de yer alacağından çimento hamuru giderek parçalanacaktır. Hava Katkı Maddeleri 11 Hava Katkı Maddeleri 12 3

4 Hava Katkısının Donma-Çözülmeye Etkisi T>0 T<0 T>0 T<0 Donma Zararlarının Mekanizması ve Hava Katkısının Etkisi Su Buz Su Buz Donma zararının mekanizmasını ve hava katkı maddesinin bu zararı önlemesinin mekanizmasını açıklamak için iki ana hipotez mevcuttur: Donmak üzere hacmi genişleyen su, kılcal boşluklardan kaçarak kürecikler şeklindeki sürüklenmiş hava kabarcıklarının içine girmektedir. Bu şekilde buz haline geçiş bu kabarcıkların içinde meydana gelmekte, hidrolik basınç boşalmakta ve hamurda çatlama olmamaktadır. Yalnız, donmakta olan suyun basıncını zamanında karşılayabilmek için aralarındaki mesafenin 0,2-0,3 mm yi geçmemesi istenir. I. Hidrolik basınç hipotezi : Powers ın 1950 de yaptığı çalışmalara dayanır. II. Su yayılma hipotezi : Powers ın 1950 den sonra yaptığı çalışmalara ve Helmut un araştırmalarına dayanır. Hava Katkı Maddeleri 13 Hava Katkı Maddeleri 14 Hava Katkı Malzemesinin Kompozisyonu Çoğu organik hava katkı malzemesi yüzey aktifleştirici ya da yüzey kayganlaştırıcı olarak sınıflandırılırlar. Bu katkı maddeleri her bir ucu farklı davranış gösteren moleküller içerirler. Moleküllerin bir ucu hidrofil (su seven), diğer ucu hidrofob (suyu sevmeyen) özelliktedir. Su seven ucu anyonik (negatif yüklü), katyotik (pozitif yüklü), yada nötr (yüksüz) olabilir. Sıklıkla karşılaşılan türü ise anyonik olup genellikle carboxylic (COOH) yada sülfonik (SO 3 H) tiptendir. Hidrofil uçlarında sülfonik veya karboksil asit grupları, hidrofob uçlarında da aromatik hidrokarbonlar gibi bileşenler yer alır. Hidrofil uç Hava kabarcığı Su Hava Katkı Malzemesinin İşleme Mekanizması Yüksek su yüzeyi gerilmeleri nedeniyle su içinde köpük ya da hava kabarcıkları oluşturmak zordur. Su içinde köpük kabarcık oluşması genelde geçici bir olaydır. Eğer bu yüksek su yüzeyi gerilmeleri nedeniyle oluşan enerji engeli yenilirse geçici olmayan (kalıcı) hava kabarcıkları oluşturulabilir. Bu da hava katkı maddesinin kullanılması ile başarılabilir. Sıvı haldeki katkı maddesinin bir karıştırıcı yardımıyla karıştırılması ile hava sürüklenmesi sağlanır. Karışım içinde moleküller su hava birleşim çizgisinde dizilirler, bu sırada su sevmez hidrofob uçları hava kabarcığına doğrudur. Diğer su seven hidrofil uç ise çimentoya yönelmiştir. Çimento tanecikleri genellikle hava kabarcığından daha küçüktür. Böylece çimento hava kabarcığının etrafında bir tabaka oluşturmaya başlar. Taze karıştırılmış bir beton içerisinde oluşan hava kabarcıkları priz zamanı boyunca bozulmadan durur ve bu kabarcıklar katılaşmış beton içinde küçük boşluklar olarak kalır. Hidrofil uç Hidrofob uç Hava kabarcığı Su Hava Katkı Maddeleri 15 Hidrofob uç Hava Katkı Maddeleri 16 4

5 Hava Sürükleyici Katkı Hava Katkı Maddesinin Karışıma İlave Edilmesi Küçük ve yuvarlak hava boşluklarını stabilize eder Hava katkı maddesi karışım suyu içerisinde eritilmiş olarak beton karışımına ilave edilmelidir. Hava Çimento Hava katkı maddeleri genellikle eriyik şeklinde ve özgül ağırlığı 1.1 in altında olarak sağlanmalıdır. Eriyik içerisinde bulunan katı maddenin konsantrasyonu kabaca çimento ağırlığının %1 yada %2 si kadardır. Kullanılması gereken dozajı üretici tavsiye etmektedir. Buna rağmen başlangıçta test yapmakta fayda vardır. Su Hava Bu maddeden başka katkı maddelerinin de ilave edilmesinin söz konusu olduğu durumlarda birbirlerinin etkisini yok etmemeleri için ayrı ayrı karıştırılmalıdır. Bunun için karışım suyu iki eşit parçaya bölünerek kullanılabilir. Hava Katkı Maddeleri 18 Hava Katkısının Beton Üzerindeki Etkileri Faydalı etkileri 1. Donma-çözülmeye karşı dayanıklılığı iyileştirir, 2. İşlenebilirlik iyileşir, 3. Özellikle düşük dozajlı betonlarda segregasyonu ve kusmayı azaltır, 4. Düşük dozajlı betonlarda iyileşen işlenebilirlikten ötürü karışım suyu miktarını azaltır, 5. Yüksek dozajlı betonlarda bu eğilim azalır, 6. Azalan su miktarından dolayı geçirimliliği azaltır. İstenmeyen Potansiyel Etkisi 1. Düşük dozajlı betonlarda su/çimento oranı uygun bir şekilde düşürülmediğinde dayanım azalabilir. 2. Yüksek dozajlı betonlarda ise her %1 hava katkısının artımı dayanımda %5 oranında azalma yapar. Hava Katkısının Taze Beton Üzerindeki Etkileri İşlenebilirlik : Hava katkısının taze betonun işlenebilirliği üzerine pozitif bir etkisi vardır. Bu iyileşmenin sebebi olarak, hava katkı maddesinin hacmi ve hava kabarcıklarının kaydırıcı etkisi gösterilmektedir. Segregasyon ve Kusma : Segregasyon homojenliğin bozulması, kusma ise karışımdaki suyun yüzeye doğru yükselmesi ve yüzeyde toplanmasıdır. Hava katkısının bir ucu su sevdiği için suyu bünyede tutmada faydalı olacağından kusmayı azaltır. Bu kabarcıklar agrega etrafında oldukları için de yukarıya kaldırma etkisi yaparak iri agregaların aşağı doğru çökmesine izin vermez. Bu da segregasyonu azaltır. Hava Katkı Maddeleri 19 Hava Katkı Maddeleri 20 5

6 Hava Katkısının Sertleşmiş Beton Üzerindeki Etkileri Durabilite Donma-çözülme dayanıklılığı artırmak için betona hava katkısı yapılır. Ancak hava katkısı yalnız başına donma-çözülme zararlarını karşılayamaz. Bunu etkileyen diğer faktörler su/çimento oranı, kullanılan agrega, kür durumu ve betonun içinde bulunduğu ortam şartlarıdır. Bununla beraber çok iyi bir malzeme ve iyi bir karışımla dizayn edilen bir betonun bile uygun miktarda hava katkısı kullanılmadan çok sert ortam koşullarında zarar görebilmesi mümkündür. Bu nedenle uygun miktarda hava katkısının betonun donmaçözülme direncini artırması için kullanılması gereklidir. TS EN 206 Beton - Özellik, performans, imalat ve uygunluk Kışın, yol üzerinde biriken buzları eritmek ve yol açmak için genellikle sodyum klorür (NaCl) yada CaCl 2 tuzları kullanılır. Buz çözücülerin zarar mekanizması kimyasal olmaktan daha çok fizikseldir. Serpilen tuz osmotik ve hidrolik basınç oluşmasına katkıda bulunur. Buz çözücülerin bozucu etkisi daha fazladır. Hava katkısı kullanımının betonun buz çözücülere karşı direncinin özellikle çok sert koşullarda arttığını göstermektedir. Hava Katkı Maddeleri 21 Hava Katkı Maddeleri 22 TS EN 206 Beton - Özellik, performans, imalat ve uygunluk Hava Katkısının Sertleşmiş Beton Üzerindeki Etkileri Dayanım Aynı su-çimento oranına sahip hava katkılı ve hava katkısız beton dayanımları karşılaştırıldığında, hava katkılı betonun dayanımının %10-25 arasında daha az olduğu görülür. Genel olarak hava katkısındaki artış dayanımda düşüşlere sebep olmaktadır. Bunun en büyük nedeni katı cisim içinde boşluklar nedeniyle oluşan kesit azalmasıdır. Ayrıca bu boşluklar nedeniyle değişik bir yapı oluşmakta, gerilme yoğunlaşması bu yüzden artmaktadır. Bu kayıp, karışımın yeniden ayarlanması ile tekrar kazanılabilir. Hava katkısının işlenebilirliği artırması nedeni ile, su/çimento oranı ve kum/çakıl oranı düşürülerek dayanım artırılabilir. Yüksek dozajlı betonlarda karışım ayarlaması yapılmamışsa her %1 hava katkısı için %5 dayanım kaybı bir kural olarak alınabilir. Betonun çekme dayanımı da basınç dayanımının azalmasına benzer şekilde hava katkısından dolayı etkilenir. Elastisite Modülü Hava katkısının oranı arttıkça beton elastisite modülü düşer. Hava Katkı Maddeleri 23 Hava Katkı Maddeleri 24 6

7 Beton İçine Katılacak Olan Hava Miktarını Etkileyen Faktörler Beton İçine Katılacak Olan Hava Miktarını Etkileyen Faktörler Çimento Miktarı Dozajı belli bir hava katkısı maddesi için çimento miktarının artması hava kabarcık miktarını azaltacaktır. Başka bir deyişle çimento miktarının arttırılması durumunda, hava katkı maddesini miktarının da arttırılması gerekmektedir. Çimento Kompozisyonu Çimento içinde bulunan kimyasal maddelerden alkali olanlar hava katılımını etkilemektedirler. Sabit dozajlı hava katkı maddesi için alkali miktarı arttıkça betona katkılanan hava miktarı artmaktadır. Çimentonun inceliği Çimento inceldikçe hava katkılamak zorlaşmaktadır. İri Agreganın Max. Dane Boyutu İri agreganın dane çapının büyümesi kumlu harç kısmının azalmasına sebep olur. Hava katkı madde miktarı sabit tutulduğunda ince malzemenin azalması nedeni ile katkılanan hava artacaktır. İnce Agrega Miktarı ve Dane Dağılımı Toplamda sabit ince agrega durumunda kumun daha da ince olması hava katkı malzemesinin miktarını sabit hava katkılanması için arttırmaktadır. İnce Öğütülmüş Mineral Maddeler Uçucu kül, Silika dumanı, Cüruf gibi çok ince öğütülüp çimento ile karıştırılan mineral malzemeler incelmeden dolayı hava katkı oranını düşürürler. Dolayısıyla sabit hava katkısı için fazla miktarda hava katkı maddesi gerekir. Bu mineral maddeler içinde yanmamış karbon varsa, bu karbon hava katkısını kötü yönde etkiler. Daha fazla hava katkı maddesi kullanmak gerekir. Su-Çimento oranı Su-çimento oranının artması ile hava katkısı da artar (daha iyi köpürebildiğinden). Karıştırıcının Durumu ve Tipi Karıştırıcının bıçakları, karıştırma kolları eskimişse ve yıpranmışsa ve içinde yapışıp kalan beton artıklarının katılaşmasına izin verilmişse hava katkısında azalmalar olur. Karıştırıcı, kapasitesinin altında yüklenmişse katkılanan hava miktarının artmasına neden olur. Hava Katkı Maddeleri 25 Hava Katkı Maddeleri 26 Beton İçine Katılacak Olan Hava Miktarını Etkileyen Faktörler Karışım Zamanı Mikser sabit bir yerde duruyorsa karışım zamanının 2 dakikaya kadar arttırılması sabit hava katkı maddesi için katkılanan havayı arttırmaktadır. Hareketli hal için 15 dakikalık fazla karıştırma süresi, katkılanan hava miktarının değerini belli bir süre korumaktadır. Daha uzun sürelerde kayıplar başlamaktadır. Başka Kimyasal Madde Kullanımı Priz hızlandırma, akışkanlaştırıcı gibi başka kimyasal maddelerin aynı anda kullanılması durumunda genelde bu tür ilaveler katkılanan hava miktarını arttırırlar. Sıcaklık Sıcaklığın artması ile katkılanan hava miktarında düşüş olmaktadır. Bunun nedeni ise ısınan havanın yükselme isteğidir. Vibrasyon Betonun sıkışması için gerekli olan vibrasyon zamanı (yaklaşık 15 sn) uygulandığında, sadece kazara tutulan hava betondan çıkar. Katkılanmış olan hava bundan etkilenmez. Daha fazla süren vibrasyonda ve pompalama işleminde katkılanan hava miktarında azalmalar olur. Yüzeyde yapılan aşırı düzeltmelerde yüzeydeki katkılanan hava miktarı azalır. Tavsiye Edilen Katkılanan Hava Miktarı Donma-çözülmeye karşı betonun dayanıklılığının sağlanabilmesi için tavsiye edilen katkılanmış hava miktarı %3.5 ten %8 e kadar değişmektedir. Katkılanan havanın esas değeri ise agrega çapı, karışım oranlarına ve betonun bulunacağı ortama bağlıdır. Araştırmalar hava katkısının optimum değerinden fazla hava katkılamanın durabiliteyi arttırmadığını göstermiştir. Hava Katkı Yüzdesi (Toplam Beton Hacminin Yüzdesi) Max. dane boyutu (mm) Az sert ortam Sert ortam Çok sert ortam Sert Ortam: Soğuk bölgelerdeki bazı dış duvarlar ve döşemeler, direkt toprakla bağlantısı olmayan taşıyıcı elemanlar. Çok Sert Ortam: Betonun neredeyse sürekli soğukla temasta olduğu yerler. Yol kaplaması, köprü ayakları, su tankları gibi. Hava Katkı Maddeleri 27 Hava Katkı Maddeleri 28 7

8 Katkılanmış Hava Miktarının ve Karakteristiklerinin Ölçülmesinde Kullanılan Test Metotları Katkılanmış beton içinde oluşan hava boşluk sisteminin tatmin edici olup olmadığının hesabı, ASTM C457 deneyleri vasıtasıyla yapılabilir. Bu deney rutin bir analiz olmaması açısından ve uzun ve yorucu olduğundan, ayrıca eğitilmiş operatör gerektirdiğinden ve pahalı cihazlar istediğinden pek uygun değildir. Bu nedenle burada kalite kontrolü taze betonun içindeki toplam hava miktarının ölçülmesine dayanmaktadır. Taze betonun içindeki hava miktarını ölçmek için 3 tane standart test vardır. Bunlar, gravimetrik, volümetrik ve basınca dayanan metotlardır. ASTM de sırasıyla C138, C173, C231 ile tarif edilmektedir. Bunlardan gravimetrik ve basınç metotları TS tarafından verilmektedir. Bunlar TS 2941 ve TS 2901 dir. Yukarıdaki metotlardan hiç biri katkılanmış hava ile kazara tutulmuş hava arasındaki farkı belirleyecek kapasiteye sahip değildir. Bunlar sadece hava miktarını ölçerler havanın sadece çimento harcı içinde bulunmasına rağmen, ölçülen hava miktarı betonun hacminin bir yüzdesi olarak ifade edilir. Donma Çözülmeye Karşı Dayanıklılık yeterli hava boşluğu parametreleri uygun agregalar yeterli olgunluk ilk donmada 3.5 MPa basınç dayanımı birkaç donma ve çözülmede 28 MPa Her bir metodun kendine göre avantaj ve dezavantajları olmasına karşın, içlerinde en popüler olanı ve şantiyede kullanma açısından en kolay olanı basınç metodudur. Bu metod basınç altında hacim değiştiren betonun hacmindeki değişikliğe dayanmaktadır. Bu hacimdeki değişimin, havanın sıkışmasından dolayı olduğu kabul edilir. Boile nin kanunu ile hava miktarı hesaplanır. Hava Katkı Maddeleri 29 Hava Katkı Maddesinin Uyumluluğunun Ölçülmesindeki Metodlar Hava katkı maddelerinin uyumlulukları 1. ASTM C TS 3456 göre test edilmektedir. Bu standartlar ile kullanılan herhangi bir hava katkı maddesinin taze yada katılaşmış beton üzerinde oluşturacağı etkiler sınırlandırılmıştır. Bir hava katkı maddesinin beton özelliklerinden; kusma, priz zamanı, basınç ve çekme dayanımı, donma-çözülmeye karşı dayanım, rötre oluşumu üzerinde oluşturacağı etkilerin, standart bir referans hava katkı maddesinin etkileri ile karşılaştırılması istenir. Buna göre standart referans maddesinin etkilerinin belli bir yüzdesinin aşılmaması istenir. Hava Katkı Maddeleri 31 Hava Katkı Maddesinin Standart Sınırlarına Uyumluluğu Hava katkı maddesi ASTM C260 ve TS 3456 ya göre uygun olmalıdır. Kusma: Herhangi bir hava katkısı ile yapılan betonun kusması, referans hava katkısı ile yapılan betonun kusmasının %2 sinden fazla olmamalıdır. Kusma karışım suyunun % si olarak ifade edilmelidir. Karışım suyu, agrega tarafından emilen suyun dışında kalan sudur. Priz Zamanı: Herhangi bir hava katkısı ile yapılan betonun, ilk ve son prizi, kontrol katkı maddesi ile yapılan priz zamanından 75 dakikadan daha fazla sapmamalıdır. Basınç ve Çekme Dayanımı: Herhangi bir hava katkısı ile yapılan betonun basınç ve çekme dayanımları, kontrol katkı maddesi ile yapılan betonun basınç ve çekme dayanımlarının, herhangi bir test yaşında, en az %90 ı olmalıdır. Boy Değişimi (Rötre): Herhangi bir hava katkı maddesi ile yapılan betonun rötresi, referans katkı maddesi ile yapılan betonun rötresinden en fazla %20 daha fazla olabilir. Bu karşılaştırma 14 günlük kurumadan sonra yapılmalıdır. Donma-Çözülmeye Karşı Direnç: Bağıl durabilitesi %80 nin altında olmamalıdır. Hava Katkı Maddeleri 32 8

9 Katılaşmış Beton İçerisindeki Boşluklar Katı beton içerisinde çeşitli boyutta ve karakteristikte boşluklar oluşmaktadır. Bu boşluklardan bazısı agreganın bünyesindedir, bunların çoğu ise katılaşmış çimento harcı içerisinde oluşur. Bu boşlukların beton ömründeki rolünü anlamak için, boşluk tiplerinin tanımlanması ve özelliklerinin bilinmesi gerekir. Katkı ilavesi ile betona katılan kabarcıklar, beton yapımı aşamasında araya sıkışarak kazara beton içine giren hava boşluklarından farklıdır. Ölçüm olarak bunları birbirinden ayırmak mümkün değildir. Ama işlevleri çok farklıdır. Bu ikisi arasındaki fark ise şudur: Hava katkısı ile ilave edilen hava kabarcıkları boyut olarak çok küçük ve şekil olarak düzenlidir. Betona bilinçli olarak ilave edilirler. Kazara beton içerisinde kalan hava kabarcıkları ise genellikle şekil olarak düzensiz, boyutları ise diğerine göre çok büyüktür Hava Katkı Maddeleri Jel Boşlukları Jel boşlukları birbiri ile bağlantılı boşluklar olup, jel partiküllerinin arasında yer kaplarlar. Jel partikülleri ise çimentonun hidratasyonu ile oluşur. Jel boşluklarının boyutu (çapı) 5 ile 25 A o arasındadır.(1 Angstrom= mm). Bu boyut ise bir su molekülünün boyutundan biraz büyüktür. Bu nedenle buhar basıncı ve absorbe olmuş suyun jel boşlukları arasında yer değiştirmesi normal suyun hareketinden çok farklıdır. Jel boşluklarının çok küçük olmasından dolayı, jel boşlukları içinde bulunan su 78 o C ye kadar donmayabilir. Jel boşlukları hidratasyon nedeni ile oluşan jel hacminin %28 i kadardır. Bu oran su-çimento oranı ya da çimento hidratasyonundan bağımsızdır. Bir başka deyişle hidratasyonun her aşamasında benzer özelliklere sahip jel oluşur. Hidratasyonun devamı daha önce oluşmuş olan jellerin karakterinde herhangi bir değişim yapmaz. Hidratasyonun devamı daha fazla jel oluşmasına ve boşluğu oluşmasına neden olur. Fakat bu karakteristik oranı değişmez. 35 Hava Katkı Maddeleri 36 9

10 Kapiler Boşluklar Çimento belli bir miktar su ile karıştırıldığında taneler su ile ıslanır. Belli bir hacim bu iki madde tarafından kaplanır. Toplam hacim ise çimento hacmi ve su hacminin toplamıdır. Çimento tanelerinin aralarındaki boşlukları dolduran suya birbiri ile bağlantılı kapiler sistem denmektedir. Hidratasyon başlayınca hidratasyon ürünü karışım hacmi içinde oluşmaya başlar. Hidratasyonun herhangi bir aşamasında kısmen hidrate olmuş çimento tanelerinin aralarında oluşan boşlukları dolduran suyun geride bıraktıkları boşluklar kapiler boşluklardır. Hidratasyon devam ettikçe kapiler boşluklar azalır. 1cm 3 çimento tamamen hidratasyona uğradığında 2.1 cm 3 lük bir hacim kaplar. Su-çimento oranı 0.38 den daha büyük olan oranlarda, hidratasyon sonucu oluşan jel mevcut hacmi dolduramaz. Böylece toplam hacim içinde bazı kapiler boşluklar kalır. Hidratasyonun tamamı gerçekleşse bile bu boşluklar oluşur. Kapiler boşluklar hidratasyonun devamı ile azalmasının yanı sıra su-çimento oranının azalması ile de azalır. Kapiler boşluktaki azalmalar betonun mukavemetinde, geçirimsizliğinde ve servis ömrünün artmasında etkili olur. Kapiler boşluklar genel olarak jel boşluklarından çok büyüktürler. Boyutları yaklaşık olarak mm. civarındadır. Bu boşluklar birbiri ile bağlantılı olup çeşitli şekillerde ve formdadır. Çimento harcı içinde keyfi bir dağılıma sahiptir. Kapiler boşluklardaki su buharlaşma ve kurutma ile kolayca sistemi terkeder. Beton ıslatıldığında ise bu boşluklar dışardan suyu alırlar. Soğuk havalarda kapiler boşluk içerisindeki su donabilir. Çimento harcı dolayısıyla beton içerisinde iç gerilmelere sebep olur. Kazara (Hapsolmuş) Betonİçerisinde Kalan Hava Boşlukları Kazara, istenmeden taze beton karışımı içine karışan hava boşluklarına kazara tutulmuş hava boşluğu denir. Bu tür boşlukların miktarı değişik faktörlere bağlıdır. Bu, faktörler karışım malzemelerinin oranı, max. agrega dane çapı, su-çimento oranı ve karışımı yapan aracın kendisidir. Max. dane çapı arttıkça bu boşlukların miktarı azalmaktadır. Bu boşluklar keyfi bir şekle sahip olup keyfi bir dağılım gösterirler. Boyutları ise kapiler boşlukların boyutlarından çok daha büyüktür. Yukarıda tarif edilen boşluklardan başka boşluklar da olabilir. Örneğin, elverişsiz karıştırma ya da taze betonun uygunsuz bir şekilde yerleştirilmesinden dolayı oluşan boşluklar gibi. Hava Katkı Maddeleri 37 Hava Katkı Maddeleri 38 Hava Parametreleri Sürüklenmiş Hava Toplam hava boşluğu hacmi Hava boşlukları arası mesafe (L): donma nedeniyle itilen suyun bir hava boşluğuna erişebilmesi için alması gereken mesafe (0.2 mm den az olmalı) Yüzey alanı (α) : hava boşluklarının boyutu (24 mm 2 /mm 3 ten yüksek olmalı) 0.2 mm 10

11 Hapsolmuş Hava Toplam Hava Boşlukları (A) ve Hava Boşlukları Arası Mesafe (L) 0.2 mm 1 2 A 1 = A 2 L 1 < L 2 Hava Sürükleyici Katkı Kullanımında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar Agrega Etrafında Hava Boşluklarının Birleşmesi Dayanımı azaltır (1% hava boşluğu dayanımda yaklaşık 5% düşüş gösterir) Özellikle agregalar etrafında birden fazla hava boşlukları birleşip zayıf nokta oluşturabilir (ağaç reçinesi içermeyen katkılarda) Sıcaklık, işlenebilirlik ve beton bileşenlerinden etkilenir Taze betonun taşınması ve yerleştirilmesi işlemlerinden etkilenebilir 11

12 Hava Parametrelerinin Etkilenmesi Taşıma - Pompalama Malzeme süperakınlaştırıcı, su azaltıcı (SA) Karma su/çimento orantısı Taşıma pompalama Yerleştirme vibrasyon Uzun dikey borularda, toplam hava miktarının yarısı kaybolabilir 12