teknik notlar SOĞUK HAVANIN BETONA ETKİLERİ

Transkript

1 2 SOĞUK HAVANIN BETONA ETKİLERİ

2 İLETİŞİM GENEL MÜDÜRLÜK Hüseyin Bağdatlıoğlu İş Merkezi, Kaya Sultan Sok. No:97 Kat:5 Kozyatağı İstanbul Tel:(0216) Faks:(0216) Büyükçekmece Fabrikası Mimar Sinan Beldesi Marmara Cad. P.K.1/ Büyükçekmece/İstanbul Tel:(0212) Faks:(0212) Çanakkale Fabrikası Mahmudiye Beldesi Ezine/Çanakkale Tel:(0286) Faks:(0286) Ladik Fabrikası İskaniye Mah. Akpınar Mevkii Ladik/Samsun Tel:(0362) Faks:(0362) Çimento Satış ve Pazarlama Noktaları Kuzey Marmara Bölgesi Sultan Murat Cad. No:8 Mimar Sinan Beldesi Büyükçekmece/İstanbul Tel:(0212) Faks:(0212) Güney Marmara Bölgesi Kumburun Köyü Mevkii Ezine/Çanakkale Tel:(0286) Faks:(0286) Ege Bölgesi Ali Çetinkaya Bulvarı No:34/1 Kat:4 D: Alsancak/İzmir Tel:(0232) Faks:(0232) Aliağa Terminali Horozgediği Köyü Mevkii, Nemrut Körfezi Çukurova Çelik Limanı, Aliağa/İzmir Tel:(0232) Faks:(0232) Doğu Marmara Bölgesi Yalova Terminali Balcı Mevkii SCA Fabrikası Yanı Kaytazdere Beldesi, Altınova/Yalova Tel:(0226) Faks:(0226) Yarımca Terminali Atar Mah. Sahil Cad. Yarımca Limanı Körfez/Kocaeli Tel:(0262) Faks:(0262) Orta Karadeniz Bölgesi Ladik Ofisi İskaniye Mah. Akpınar Mevkii Ladik/Samsun Tel:(0362) Faks:(0362) Samsun Ofisi Atatürk Bulvarı Güzelyalı Mah Sok. Çamkoru Sitesi No:2 Atakum/Samsun Tel:(0850)

3 Basınç dayanımı, % (23 o C de kür edilmiş betonun 28 günlük dayanımına oranı) Soğuk havada beton üretimi ve uygulaması Soğuk havanın tanımı Ard arda üç gün, günlük ortalama hava sıcaklığının +5 o C nin altında olması ve bu periyotta hiçbir yarım gün hava sıcaklığının +10 o C nin üstünde olmaması durumuna beton için soğuk hava denir [1-2]. Ortalama hava sıcaklığı, günlük en yüksek ve en düşük hava sıcaklığının ortalamasıdır. TS EN Standardı na göre en düşük taze beton sıcaklığı +5 o C dir. Ancak, beton sıcaklığının +10 o C nin altında olması tavsiye edilmez. Bu nedenle döküm öncesinde, esnasında ve sonrasında beton sıcaklığı kontrol edilip kaydedilmelidir. Ayrıca, gerekli tedbirler önceden alınmalıdır. Tablo 1:En düşük-yüksek ve ideal beton sıcaklıkları[1-2] En düşük beton sıcaklığı İdeal beton sıcaklığı En yüksek beton sıcaklığı Soğuk havanın betona etkisi Soğuk havada başarılı bir şekilde beton üretimi ve uygulaması yapabilmek için soğuk havanın beton üzerinde etkileri iyice bilinmelidir. Soğuk hava sonucu betonda görülen başlıca olumsuzluklar: Hidratasyon reaksiyonun yavaşlaması, Priz süresinin uzaması, Erken dayanımın düşük olması (Şekil 1), Beton içindeki suyun donma-çözünme riskine maruz kalmasıdır. Beton taze halde iken beton sıcaklığının 0 o C nin altına düşmesi durumunda beton don tehlikesi ile karşılaşır. Yaş, gün +5 o C o C +32 o C Şekil 1: Beton sıcaklığının dayanıma etkisi [3] Eğer don olayı gerçekleşirse beton dayanımı en az %50 oranında azalır ve beton dayanıklılığı (dürabilite) olumsuz etkilenir. Betonun en azından 4-5 MPa basıç dayanımına ulaşıncaya dek donması engellenmelidir. Bu dayanım değerine Tablo 2 de verilen sürelerde ulaşılabilir. Betonun su/çimento oranı, çimento tipi ve kür sıcaklığı betonu dondan korumak için gerekli süreyi etkiler. Tablo 2: Don olayının taze betona zarar vermemesi için gerekli beton yaşı[4] Çimento Tipi Erken dayanımı düşük Erken dayanımı yüksek Beton içindeki suyun donması Beton içindeki hava boşluklarındaki su -1 o C de donmaya başlar. Bir miktar su donduğunda donmamış sudaki iyon konsantrasyonu yükselir ve donma noktası düşer. -4 o C de yeterli miktarda su donar ve hidratasyon reaksiyonu tamamen durur. Suyun donması sonucu oluşan hacimsel genleşme betonda telafi edilemeyecek hasarlara neden olur. Soğuk havada beton uygulamasında başlıca hedef; ilk 48 saat betonu gerekli önlemleri alarak dondan korumaktır. Soğuk havada üretilecek beton için öneriler Düşük su/çimento oranı, Düşük kıvamlı beton (<10 cm), Çimento dozajının arttırılması, C 3 S miktarı yüksek çimento kullanımı, Yüksek erken dayanımlı çimento kullanımı, Priz hızlandırıcı, antifriz ve gereli durumda hava sürükleyici katkı kullanımı, Beton bileşenlerinin önceden ısıtılması, Mineral katkı kullanılmaması ya da sınırlı oranda kullanılmasıdır. Su/ Çimento oranı Kür sıcaklığına bağlı olarak taze betonun don etkisinden zarar görmemesi için gerekli süre, saat 5 o C 10 o C 15 o C 20 o C

4 Karışım Suyu Sıcaklığı, o C Soğuk havada beton üretimi ve uygulaması Beton bileşenlerinin beton sıcaklığına etkileri Beton sıcaklığını arttırmak için karıştırma işleminden önce su ve agrega ısıtılabilir. Su sıcaklığının o C olması yeterlidir. Suyun daha sıcak olması durumunda ani priz ve çimentoda topaklanma görülebilir. Suyun ısıtılması yeterli ise agrega ısıtılabilir. Genelde agrega sıcak su buharı ile ısıtılır. Bu nedenle agregadaki nem oranı değişir. Karışım tasarımında bu detay atlanmamalıdır. Beton sıcaklığı aşağıdaki formülle hesaplanır[2]: T = 0.22(Ta.Ma + Tc.Mc) + Ts.Ms + Tsa.Msa 0.22(Ma + Mc) + Ms + Msa T = Taze beton sıcaklığı, C T a, T c, T w, and T sa = Sırasıyla agrega, çimento, su ve agregadaki serbest su sıcaklıkları, C M a, M c, M w, and M sa = Sırasıyla agrega, çimeto, su ve agregadaki serbest su kütleleri, kg Betonun taşınması esnasında sıcaklık kaybı Bu konu hakkında İsveç Çimento ve Beton Araştırma Enstitüsü nün bir çalışması vardır. Transmikserde taşınan betonun 1 saat içindeki sıcaklık kaybı aşağıdaki formül ile hesaplanır[2]: T:1 saatlik taşıma esnasında sıcaklık düşüşü, o C t r : Sahada istenilen beton sıcaklığı, o C t a :Hava sıcaklığı, o C Örnek: T = 0.1 ( t r t a ) Hava sıcaklığı 0 o C iken sahadaki beton sıcaklığının 15 o C olması istendiği durumda: T = 0.1 ( 15 0) = 1.5 o C ( sıcaklık kaybı) Şantiyeden çıkan betonun en az 16.5 o C olması gerekmektedir. Agrega ve Çimento Sıcaklığı Ağırlıklı Ortalaması, o C Şekil 2: Beton bileşen sıcaklıkları ve beton sıcaklığı ilişkisi[2] Soğuk havada katkı kullanımı Soğuk hava koşullarında genel olarak priz hızlandırıcı ve antifriz katkı kullanılır. Antifriz katkı suyun donma noktasını düşürerek hidratasyon reaksiyonun devamını sağlar. Antifriz katkı hidratasyon reaksiyonunun hızını ve ısısını doğrudan etkilemez. Priz hızlandırıcı olarak kalsiyum klorür kullanılması priz açısından iş görmesine rağmen donatılı betonda korozyona neden olur. Bu nedenle kullanılmaması ya da zorunlu durumda çimento kütlesinin en fazla %2 si kadar kullanılması tavsiye edilir. Hava sürükleyici katkı kullanımı ise özellikle donma -çözünme etkisinin hakim olduğu yerlerde mutlaka gerekmektedir. Hava sürükleyici katkı kullanımı ile betonda kontrollü boşluk oluşumu sağlanır ve beton içinde donma-çözünme etkisi ile suda oluşacak hacimsel genleşmelere karşı tolerans artar. Mineral katkı kullanımı soğuk havada tercih edilmez. Çünkü mineral katkılar betonda prizi geciktirdiği gibi hidratasyon ısısını da düşürürler. Ancak, gerekli önlemlerin alındığı durumlarda sınırlı miktarda mineral katkı kullanımının dürabilite açısından faydası vardır. 2

5 7 günde Basınç Dayanımı Gelişimi,% Hidratasyon ısısına etki eden etkenler Soğuk havada beton üretimi ve uygulaması Hava sıcaklığı, Betonun başlangıç sıcaklığı, Çimentonun miktarı, inceliği ve kimyası, Su/çimento oranı, Mineral ve kimyasal katkılar, Beton elemanın ebatları. Beton sıcaklığının düşük olması hidratasyon reaksiyonunu olumsuz etkiler ve bunun sonucunda priz ve dayanım kazanma hızı düşer. Örneğin beton sıcaklığındaki 10 o C lik bir düşüş priz süresini yaklaşık 2 kat arttırır. Bu sürenin artması elbette kalıpların zamanında alınamamasına ve iş süresinin artmasına neden olur. Kısaca beton dayanımı ve dayanıklılığı etkilendiği gibi ekonomik olumsuzluklar da meydana gelmektedir. Tablo 3: Beton sıcaklığı priz alma süresi ilişkisi Sıcaklık, o Yaklaşık priz C alma süresi, saat Priz gerçekleşmez Yeni yerleştirilmiş ve suya doygun beton en azından 24 MPa lık basınç dayanım değerine ulaşana kadar donma-çözünmeye karşı korunmalıdır. Özellikle soğuk havalarda beton yüzey sıcaklığı ile iç sıcaklığı arasında büyük fark oluşur. Yüksek sıcaklık farkı betonda iç gerilmelere ve dolayısıyla çatlaklara neden olur. Bu nedenle sıcaklık farkının 20 o C nin üzerinde olmaması önerilir. Bazı önemli yapılarda bu fark 15 o C de olabilir. Betonu soğuk hava koşullarından korumak için kullanılan koruyucu malzemeler kademeli bir şekilde kaldırılmalıdır. Çünkü, sıcaklık farkının aşırı değişimi betonda ciddi hasarlara neden olabilir. Şekil 3: İlk 7 günde donma-çözünme nin basınç dayanımına etkisi[3] Tablo 4: Tavsiye edilen beton sıcaklıkları[2] DURUM En düşük taze beton sıcaklığı (karma esnasında) BETON TABAKASI KALINLIĞI (mm) <300 >300 <900 >900 <1800 >1800 > -1 o C 16 o C 13 o C 10 o C 7 o C > -18 o C <-1 o C < -18 o C En düşük beton sıcaklığı ( dökülmüş, yerleştirilmiş, bitirilmiş beton) <300 Donma Çözünme Döngüsü 18 o C 16 o C 13 o C 10 o C 21 o C 18 o C 16 o C 13 o C 13 o C 10 o C 7 o C 5 o C Tablo 5: Korumadan sonra ilk 24 saat içinde betonda müsade edilen en büyük sıcaklık farkları[2] BETON TABAKASI KALINLIĞI (mm) >300mm <900mm >900 <1800 > o C 22 o C 17 o C 11 o C 3

6 Soğuk havada beton üretimi ve uygulaması Şantiyede alınacak önlemler Beton yüzeyi için koruyucu örtü kullanımı, Rüzgar kırıcı kullanımı, Hareket edebilir ısıtıcı kullanımı, Yalıtımlı kalıp kullanımı, Yalıtımlı battaniye kullanımı, Zeminin ısıtılması, Kalıpların ve demirlerin don ve kardan temizlenmesidir. Şantiyede beton dökümünden önce yukarıdaki önlemlerden gerekli olanlar temin edilmiş durumda olmalıdır. Öncelikle betonun en kısa sürede şantiyeye ulaşması sağlanmalıdır. Beton gelmeden önce zeminde don varsa çözülmelidir. Aksi takdirde zemin üzerine yerleştirilecek beton aniden ısı kaybedecektir. Ayrıca kalıplar ve demirler kar ve dondan temizlenmelidir. Betonun plastik halde iken kuruması plastik rötre çatlaklarına neden olur. Sıcak hava koşullarında betonun sulanması uygun iken soğuk havada uygun olmayabilir. Soğuk havada en iyi kür uygulaması beton yüzeyini su kaybından ve soğuktan koruyacak yalıtımlı malzemeler kullanılarak yapılır. Bu malzemeler çevre koşullarına, beton karakteristiğine ve yapıya etkiyen yük durumuna göre 1 ila 7 gün arasında beton yüzeyinde bulunmak zorundadır. Beton dökülen yerin ısıtılması pratik ve ekonomik olmasa da etkili bir yöntemdir. Isıtıcının ekzosu kesinlikle beton yüzeyini etkilememelidir. Çünkü açığa çıkacak CO 2 taze betonda karbonatlaşmaya neden olabilir. Ayrıca bu durum çalışan işçiler için de zararlı olabilir. Türkiye nin iklimsel özellikleri Türkiye de farklı coğrafi alanlarda çeşitli iklimler görülmektedir. Soğuk hava ve don riski açısından en riskli iklim karasal iklimdir. Karasal iklim İç Anadolu, Doğu Anadolu ve Güneydoğu Anadolu Bölgeleri nde görülür. Ayrıca bu bölgelere yakın illerde de benzer iklim koşulları görülmektedir[5]. İç Anadolu nun kış sıcaklık ortalaması 1 C - 2 C arasındadır. Yıllık sıcaklık ortalaması ise C dir. Doğu Anadolu Bölgesi nin kuzeydoğu kesiminde yıllık sıcaklık ortalaması 4-6 C dir. Kuzeydoğu Anadolu da kış sıcaklık ortalaması (-7 C) - (-10 C) arasındadır. Yıllık sıcaklık ortalaması ise C dir. Güneydoğu Anadolu da kış sıcaklık ortalaması (3 C) - (4 C) arasındadır. Yıllık sıcaklık ortalaması ise C dir. Tablo 6: Türkiye de yıllık ortalama sıcaklığın en düşük olduğu iller[45 İller Yıllık ortalama sıcaklık değerleri, o C Kars 4,2 Erzurum 6,1 Ağrı 6,3 Sivas 8,6 Van 8,8 Yozgat 9,1 Kastamonu 9,8 Hakkâri 9,9 Bolu 10,2 Kütahya 10,6 Tablo 7: Türkiye de Ocak ayı ort. sıcaklık dağılışı[5] Kaynaklar 1. TS 1248 (1989), Beton Yapım, Döküm ve Bakım Kuralları(Anormal Hava Koşullarında), TSE, Ankara 2. ACI 306 R 88 (1994), Cold Weather Concreting, ACI Manual of Practice, Part 2 3. KOSMATKA, STEVEN H., KERKHOFF, PANARESE., and WILLIAM, C., Design and Control of Concerete Mixtures Portland Cement Association Publication, TÜRKEL, S., Soğuk Hava Koşullarında Beton Üretimi, Deprem Sempozyumu, Uşak, 2003, s

7 Soğuk havada beton üretimi ve uygulaması İnşaat alanının yalıtılması İnşaat etrafının yalıtılması Donmuş zeminin ısıtılması Beton yüzeyine serilecek yalıtımlı örtüler Rijit Polistren Yüksek Yoğunluklu Plywood Kaba plywood Beton döküm alanının ısıtıcı ile ısıtılması Kolonlarda yalıtımlı kalıp kullanımı 5

8 İŞ SAĞLIĞI VE GÜVENLİĞİ İÇİN ALTIN KURALLAR