Betona Değişik Geometrik Formlarda Çelik Lif Eklenmesinin Basınç Dayanımına Etkisi

Transkript

1 6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 11), May 2011, Elazığ, Turkey Betona Değişik Geometrik Formlarda Çelik Lif Eklenmesinin Basınç Dayanımına Etkisi M. Alkan Çakıroğlu 1, S. Kasap 2, E. Erenoğlu 3 1 Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta/Türkiye, meldaalkan@sdu.edu.tr 2 Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta/Türkiye, serdarkasap83@gmail.com 3 Gazi Üniversitesi, Ankara/Türkiye, erenerenoglu87@hotmail.com The Addition of Steel Fiber of Different Forums in Concrete Effect to The Compressive Strength Abstract Steel fibers are widely used to improve some characteristics of concretes tensile, flexural, impact, fatigue, toughness and wear and so on is. The development of such properties of concrete is seemed to related to, fiber concrete in the settlement order, amount of fiber that is added to concrete mixture and fibers geometric form. For this reason, a lot of steel fiber in various geometric forms is produced and used. In this study the addition of different geometric forms of steel fiber to concrete and it s effect of compressive strength were investigated experimentally. For this purpose, to determine the compressive strength, 78 pieces of 150mm x 150mm x 150mm standard cube samples were produced. The cubes poured into 5 series during application. Steel fiber concrete specimens were produced that are simple in first series, HE (hook-tipped) in second series, TABIX (wavy fiber) in the third series, RC-65/60- BN (two ends of the hook) in the fourth series, FE (flat and hooktipped) in the fifth series. Four types of fiber are produced in series 20, 30 and 40 kg/m 3 was used as the fiber content. As a result of an experimental study of the compressive strength of all the series are compared. As a result of the evaluation it is determined that compressive strength of HE (hook-tipped) fiber concreteis increased, compared to other fiber concretes. Keywords Hook-tipped, Wavy fiber, Two ends of the hook, Flat and hook-tipped. I.GİRİŞ Beton, diğer bir çok gevrek yapı malzemesi gibi, basınç dayanımı yüksek, çekme dayanımı düşük bir malzemedir. Betonun çok düşük olan çekme dayanımı hesaplarda genellikle dikkate alınmadığından, üzerinde durulan en önemli özelliği, basınç dayanımıdır [1]. Betonun gevrek özelliğinin geliştirilerek daha sünek bir hale gelebilmesi için değişik tiplerde güçlendirme elemanları kullanılmaktadır. Günümüzde rastgele dağılı liflerin betona katılması, betonun çekme dayanımı, düktilitesini, enerji emme kapasitesini ve çatlak gelişim karakteristiklerini geliştirmek için kullanılan en etkin yöntemlerden biridir [2]. Gerçekte 4500 yıl öncesinden beri yapı malzemesi olarak kullanılan saman takviyeli kil harcının (kerpiç) esin kaynağı olduğu lifli betonlarla ilgili ilk çalışmalar 1962 de A.B.D. de James Romualdi tarafından yapılmıştır. Bu araştırmaların ümit verici sonuçları birçok araştırmacıyı bu konuya yöneltmiştir [3]. Shah ve Rangan, 1971 tarafından yürütülen bir çalışmada beton içerisine rastgele olarak dağılmış, farklı hacim, boy ve lif tipi için çelik liflerin güçlendirilmesinin mekanizmasını pratikte kullanılan çelik çubuklarla güçlendirme arasındaki farklı çekme, basınç ve eğilme etkilerini araştırmışlardır [4]. Çivici ve Eren, 2004 tarafından yürütülen bir çalışmada lifli beton numunelerin çekme etkisi altındaki davranışları beton numuneler ile karşılaştırılmıştır [5]. Yaprak vd., 2004 tarafından yürütülen bir çalışmada uçucu kül ve çelik lif ile üretilen betona cam lif eklenmesi sonucunda betonun basınç ve çekme dayanımındaki değişimlerini araştırmışlardır [6]. Ünal ve Uygunoğlu, 2005 tarafından yürütülen çalışmada çelik lif katkılı betonların farklı ortamlarda kür edilmesi sonucu lif miktarının ve kür koşullarının mekanik özellikler üzerindeki etkisi araştırılmıştır [7]. Altun vd. 2006, çalışmalarında, Dramix RC-80/0.60-BN tipi çelik lif katkılı 0 kg/m 3, 30 kg/m 3, 60 kg/m 3 dozajlarında toplam 18 adet silindir numune üreterek çelik lif katkısının, betonun mekanik özeliklerine olan etkilerini incelenmişlerdir. Çalışmalarının ikinci aşamasında ise, 0 kg/m 3, 30 kg/m 3, 60 kg/m 3 dozajlarında çelik lif katılarak 300 x 300 x 2000 mm boyutlarında toplam 9 adet betonarme kiriş üretmişler ve betonarme kirişlerin basit eğilme altında mekanik özeliklerini araştırmışlardır [8]. Ünal vd. 2007, tarafından yapılan deneysel çalışmada, çelik lif katkılı betonlarda farklı lif tipi ve miktarının, basınç ve eğilme altındaki betonun mekanik özelikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Karışımlarda narinlik oranları 60 ve 80 olan iki farklı lif tipinde ve 0 (kontrol), 15, 30, 45 ve 60 kg/m 3 olarak 5 farklı lif içeriğinde olmak üzere toplam 10 farklı seri üretilmiştir. Sonuç olarak betona ilave edilen çelik liflerin, betonun basınç altındaki gerilme-şekil değiştirme yeteneğini ve eğilme dayanımını arttırdığını belirtmişlerdir [9]. Alyamaç ve İnce 2008, tarafından yapılan bir deneysel çalışmada karışımında çelik lif bulunan, iki tabakalı karo mozaik döşeme kaplama plaklarının mekanik ve fiziksel özelliklerini araştırılmıştır. Çalışmada 3 ve 6 cm kalınlığında çift tabakalı karoların, alt tabakalarında; % 0, % 0.5, % 1, % 1.5, % 2, % 2.5 hacimsel oranlarında çelik lif kullanarak 72 adet karo üretilmiş ve numuneler çeşitli deneylere tabi tutulmuştur. Deneyler sonucunda, çelik lif kullanımının, 96

2 Betona Değişik Geometrik Formlarda Çelik Lif Eklenmesinin Basınç Dayanımına Etkisi karoların fiziksel ve mekanik özellikleri üzerine olumlu etkiler yaptığını belirtmişlerdir [10]. Subaşı ve Emiroğlu 2008, çalışmalarında kendiliğinden yerleşen betonlarda farklı oranlarda çelik ve polipropilen lif kullanımının işlenebilirlik parametreleri ve basınç dayanımları üzerine olan etkileri araştırmışlardır. Çalışmalarında bir seri lif katkısız kendiliğinden yerleşen beton karışımı hazırlandıktan sonra karışım içerisine çelik lif, polipropilen lif ve çelik+polipropilen lif ilave edilerek farklı karışım özelliklerine sahip kendiliğinden yerleşen betonlar elde edilmiştir. Taze beton işlenebilirlik parametrelerini tespit etmek amacıyla çökme hunisi ile yayılma çapı ve V hunisi ile akma süreleri her bir karışım oranı için ayrı ayrı belirlemişlerdir. İşlenebilirlik parametreleri belirlenen karışımlardan 15x15x15 lik küp numuneler alınarak basınç dayanımı testine tabi tutmuşlardır. Sonuç olarak, kendiliğinden yerleşen beton karışımları içerisinde çelik lif ve polipropilen lif kullanımı ile taze beton işlenebilirlik parametrelerinin azaldığı, basınç dayanımlarının ise ters orantılı olarak arttığı, lif katkılı kendiliğinden yerleşen betonlarda akma süresi ve yayılma çapı ile basınç dayanımı değerleri arasında yüksek oranda ilişkinin bulunduğu belirtilmiştir [11]. Premalatha ve Sundara 2009 tarafından yapılan bir çalışmada çelik lif katkılı betonarme kiriş elemanlar üretmiş ve bu kirişleri eğilme yüklemesine tabi tutarak incelemişlerdir [12]. Nili ve Afroughsabet 2010, çalışmalarında su/çimento oranları 0,36 ve 0,46 olan çelik lif katkılı betonların darbe dayanımı ve mekanik özelliklerini incelemişlerdir. Çalışmada çelik lifler %0, %0.5, % 1 olmak üzere üç ayrı oranda, 60 mm genişliğinde ve 80 mm boyunda kullanılmıştır. Karışımda, silis dumanı çimento ağırlığının %8 i olarak belirlenmiştir. Deneysel çalışmalarında çelik liflerin özellikle beton yarma, çekme ve eğilme dayanımlarında göstermiş oldukları performansa dikkat çekmişlerdir. Çalışmalarının sonucu olarak betonun darbe dayanımı ve sünekliği gibi özelliklerinde önemli ölçüde artış görüldüğü belirtilmiştir [13]. Swamy ve Jojagha 1982, yaptıkları bir çalışmada, hafif agrega olarak sinterlenmiş uçucu kül (Lytag), normal agrega olarak doğal kum, ayrıca farklı geometrilere (düz, kıvrımlı, çengelli ve palet şeklinde) ve farklı görünüm (uzunluk/çap) oranına (50 ve 100) sahip çelik lifleri kullanarak ürettikleri çelik lifli hafif beton karışımlarında lif tipin betonun işlenebilirliği üzerindeki etkilerini araştırmışlardır. Sonuç olarak betona ilave edilen liflerin görünüm oranlarının ve geometrilerinin betonun işlenebilirliğini önemli ölçüde etkilediğini belirlemişlerdir. Çalışmada ayrıca kullanılan farklı geometrilere sahip lif türlerinden işlenebilirliği en fazla çengelli liflerin, en az da düz liflerin etkilediği bildirilmiştir [3]. Bu çalışmada; betona değişik geometrik formlarda çelik lif eklenmesinin betonun basınç dayanımına olan etkisi araştırılmaya çalışılmıştır. Çalışmada beton numuneler 5 seri halinde üretilmiş ve denenmiştir. Birinci seri yalın, ikinci seride HE (kancalı uçlu), üçüncü seride TABIX (dalgalı lif), dördüncü seride RC-65/60-BN (iki ucu çengelli) son olarak 5. seride FE (düz ve kancalı uçlu), çelik lifli beton numuneler betona ilave edilmiştir. Deneysel çalışma sonucunda tüm serilerden elde edilen basınç dayanımları karşılaştırılmıştır. II. DENEYSEL ÇALIŞMA Değişik geometrik formlardaki çelik liflerin beton içerisine katılmasıyla betonun dayanımına olan etkisini ve uygulanabilirliğini araştırmak amacıyla deneysel çalışma yapılmıştır. Beton üretiminde kullanılan çelik liflerin geometrik formu ve numuneye katılma oranları deney değişkenleri olarak belirlenmiştir. Numunelerin üretilmesi aşamasında, TS e uygun olarak çelik lifler HE (Kancalı Uçlu), Tabix (Dalgalı Fiber), RC-65/60-BN ve FE kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan lifler; HE (Tip 1), TABIX (Tip 2), RC-65/60-BN (Tip 3) ve FE (Tip 4) şeklinde kodlanmıştır. HE (Kancalı Uçlu) (Tip1): Günümüzde en çok bilinen ve kullanılan lif çeşididir. Uygulanabilirlik ve uygun performans özelliklerine sahip lif çeşididir. Şekil 1 de deneysel çalışmada kullanılan kancalı uçlu lifin şekli verilmiştir. TABIX (Tip 2): Dalgalı lif çeşididir. Dalga boyu oranını optimize ederek, uygun uygulanabilirlik ve yüksek performansa sahiptir. Bu lif tipinin en büyük avantajı rötre kontrolüdür (Şekil 2). RC-65/60-BN (Tip 3): İki ucu çengelli, düz bir liftir. Şekil 3 de lifin genel görünüşü verilmiştir. FE (Tip 4): En son geliştirilen lif tipidir. Düz ve kancalı uçlu liflerin avantajlarını bir araya getiren bu lif de statik performans ve uygulanabilirlik geliştirilmiştir (Şekil 4). Şekil 1. Kancalı uçlu lif (Tip 1). Şekil 2. Dalgalı lif (Tip 2). 97

3 M. A. Çakıroğlu, S. Kasap, E. Erenoğlu Şekil 3. İki Ucu çengelli lif (Tip 3). Beton numunelerinin basınç dayanımlarının belirlenebilmesi için 5 seri halinde 78 adet 150 mm x 150 mm 150 mm boyutlarında standart küp numune alınmıştır. Karışımlarda dört farklı lif tipinde ve yalın (kontrol) olmak üzere beş seri halinde numune üretilmiştir. Dört seri halinde üretilen numunelere lif oranı 20, 30 ve 40 kg/m 3 olarak eklenmiştir. Şekil 6 da çelik liflerin betona karıştırılması verilmiştir. Küp numunelere beton karışımı 3 defada ve 25 kez şişleme usulüne uygun olarak yerleştirilmiş ve daha sonra iyi bir yerleştirme elde etmek amacıyla sarsma tablasında titreşime tabi tutulmuştur (Şekil 7). Tüm küp numuneler aynı karışıma sahip olup, aynı şartlarda saklanmıştır (Şekil 8). Numuneler 7 ve 28 günlük kür sürelerinin ardından basınç deneyine tabi tutulmuştur. Basınç dayanımı deneyi TS EN e uygun olarak yapılmıştır. Şekil 4. Düz ve kancalı uçlu lif (Tip 4). Deneysel çalışmada kullanılan değişik formdaki liflere ait özellikler Çizelge 1 de verilmiştir. Şekil 6. Beton Karışıma Çelik Liflerin Eklenmesi. Çizelge 1. Deneysel çalışmada kullanılan liflere ait özellikler Lif Tipi L/d Çekme Dayanımı (N/mm 2 ) FE 65/ HE 1/ Tabix 1/ RC-65/60-BN Çalışma kapsamındaki numunelere uygulanan beton karışımında kullanılan agrega dane dağılımı eğrileri Şekil 5 de verilmiştir. Tüm deney numunelerine uygulanan karışım malzemesinin bu sınırlar içinde olmasına dikkat edilmiştir. Numunelerde kullanılan beton sınıfı C 16 dır. Numunelerde boşluksuz bir yerleştirme elde edebilmek için maksimum agrega dane çapı 12 mm olarak belirlenmiştir. Su/çimento oranı 0.45 olacak şekilde ayarlanmış ve beton üretiminde kullanılan çimento PÇ 42.5 seçilmiştir. Şekil 7. Betonun küp numunelere yerleştirilmesi ve döküm sonrası görünümü. Şekil 5. Numunelere uygulanan beton karışımında kullanılan agrega dane dağılımı eğrisi. Şekil 8. Küp numunelerin basınç dayanımı 98

4 Betona Değişik Geometrik Formlarda Çelik Lif Eklenmesinin Basınç Dayanımına Etkisi III.ARAŞTIRMA BULGULARI Küp numunelerin basınç dayanım değerleri Yalın, Tip 1, Tip2, Tip3 ve Tip 4 kodlamasına göre; geometrik formlarına ve lif içerikleri 20 kg/m 3, 30 kg/m 3, 40 kg/m 3 olmak üzere birbirleriyle karşılaştırmalı olarak grafik ortamında (Şekil 9 ve Şekil 10) sunulmuştur. Şekil 9. Yalın ve çelik lifli betonların 7 günlük basınç dayanımlarının karşılaştırılması Şekil 10. Yalın ve çelik lifli betonların 28 günlük basınç dayanımlarının karşılaştırılması IV.SONUÇLAR Çelik lifler mekanik ve biçimsel özellikleri bakımından, görünüm oranı (lif uzunluğu/lif çapı), geometrik şekli ve lifin çekme dayanımı olarak tanımlanmaktadır. Lif şekilleri düz, çengelli, kıvrımlı, paletli, tek kenar veya çift kenar vb. şekillerde bulunmaktadır. Bu çalışmada değişik geometrik formdaki çelik liflerin beton küp numunelerin basınç dayanımına olan etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Araştırma sonucunda yapılan karşılaştırmalar da betona ilave edilen liflerin geometrik formları ve lif miktarları göz önüne alınarak yapılmıştır. Yapılan karşılaştırmada; tahmin edildiği üzere yalın numunelerin basınç dayanımları diğer serilerdeki Tiplere nazaran düşük olduğu gözlenmiştir. Sadece 7 günlük 30 kg/m 3 oranındaki Tip1 deki basınç dayanımının yalına göre düşük olduğu saptanmıştır. Bunun da deney şartlarındaki olumsuzluklardan ya da numune sayısının az olmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Numunelerin 7 günlük basınç dayanımlarına bakıldığında Tip 3 te lif içeriğinin artması sonucu basınç dayanımının arttığı gözlenmiştir. Numunelerin 28 günlük basınç dayanımlarına bakıldığında ise Tip 1 ve Tip 3 te lif içeriğinin artması sonucu basınç dayanımının arttığı söylenebilir. Deneysel çalışmadaki numunelerin basınç dayanımlarına bakıldığında yalın numune beklenildiği üzere diğer serilerdeki numunelere nazaran düşük dayanımda olduğu gözlenmiştir. 28 günlük basınç dayanımları baz alındığında Tip1 ve Tip 4 serisinin diğer serilere göre basınç dayanımının yüksek olduğu görülmektedir. Çalışmanın ilerki aşamalarında bu deneysel çalışma kapsamında kullanılan çelik liflerin basınç dayanımlarının yanı sıra diğer mekanik özelliklerinin araştırılmasının yararlı olacağı düşünülmektedir. Sonuç olarak; betona ilave edilen lif içeriğinin belirli oranlarda kullanıldığı takdirde basınç dayanımına olumlu etkisi olduğu belirlenmiştir. TEŞEKKÜR Bu çalışmayı TÜBİTAK 2209 Üniversite Öğrencileri Yurt İçi/Yurt Dışı Araştırma Projeleri Destekleme Programı (A) Projesi ile maddi olarak destekleyen TÜBİTAK a ve çalışmada kullanılan lifleri temin etmemizde yardımcı olan Arcelor Mittal Building & Construction Support, Rozak Demir Şirketine ve Yiğit İlyasoğlu Bey e tüm içtenliğimizle teşekkür ederiz. KAYNAKLAR [1]. Ersoy, U., Özcebe, G., Betonarme Temel İlkeler TS ve Türk Deprem Yönetmeliğine (1998) Göre Hesap, Evrim Yayınevi, İstanbul. [2]. Arslan, A., Aydın, A.C., Lifli Betonların Darbe Etkisi Altında Genel Özellikleri Hazır Beton Dergisi, 6, 36, İstanbul. [3]. Gül, R., Düzgün, O. A., Betonlarda Çelik Lif Kullanılmasının Etkisi, DSİ Teknik Bülten, Sayı: 100, Ankara. [4]. Shah, S.P and V.B. Rangan, Fiber Reinforced Concrete Properties, ACI Journal 68 Proc., February, pp [5]. Çivici, F., ve Eren, İ., Çelik Lifli Betonun Direkt Çekme Dayanımının Ölçülmesi Üzerine Deneysel Bir Çalışma, Türkiye Mühendislik Haberleri Sayı /6. [6]. Yaprak, H., Şimşek, O., Öneş, A., Cam ve Çelik Liflerin Bazı Beton Özelliklerine Etkisi, Politeknik Dergisi, Cilt: 7 Sayı: 4, S [7]. Ünal, O., Uygunoğlu, T., Farklı Ortamlarda Kür Edilmiş Lif Katkılı Betonların Deprem Yükü Etkisi Altındaki Davranışının Araştırılması Deprem Sempozyumu, Sayfa: , Kocaeli. [8]. Altun, F., Yılmaz, C., Durmuş, A., Arı, K., (2006). Çelik Lif Katkılı Ve Katkısız Betonarme Kirişlerin Basit Eğilme Ve Patlama Yüklemesi İle Davranışlarının İncelenmesi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 22(1-2) [9]. Ünal, O., Uygunoğlu, T., Gençel, O., (2007). Çelik Liflerin Beton Basınç ve Eğilme Özeliklerine Etkisi, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Mühendislik Bilimleri Dergi Si, Cilt 13, Sayı 1, Sayfa 25-30, Denizli. 99

5 M. A. Çakıroğlu, S. Kasap, E. Erenoğlu [10]. Alyamaç, K., E., İnce, R., (2008), Çelik Lif Katkılı Karo Mozaik Döşeme Kaplama Plaklarının Fiziksel ve Mekanik Özeliklerinin Belirlenmesi, Baü Fbe Dergisi Cilt:10, Sayı:1, [11]. Subaşı, S., Emiroğlu M., (2008). Lif Kullanılan Kendiliğinden Yerleşen Betonlarda İşlenebilirlik Ve Basınç Dayanımı Arasındaki İlişki Analizi, Fırat Üniv. Fen Ve Müh. Bil. Dergisi, (3), [12]. Premalatha, j., and sundara, r., r., Effect of steel fibres and longitudinal reinforcement in effective moment of inertia of reinforced high strength fibrous concrete beams, indian concrete journal, volume 83, ıssue 10, pages [13]. Nili, M., and Afroughsabet,V., (2010) Combined effect of silica fume and steel fibers on the impact resistance and mechanical properties of concrete, International Journal of Impact Engineering