Hiper Akışkanlaştırıcı Katkılı Kendiliğinden Sıkışan Betonun İzmit te Çeşitli Projelerde Uygulaması

Transkript

1 Hiper Akışkanlaştırıcı Katkılı Kendiliğinden Sıkışan Betonun İzmit te Çeşitli Projelerde Uygulaması Mehmet Sımsıkı Doğu Marmara Böl. Kalite Müh. İnş.Müh.MBa Nuh Beton A.Ş. Kocaeli, Türkiye Mehmet Mutlu Kalite Müdürü İnş.Yük.Müh. Nuh Beton A.Ş. İstanbul, Türkiye Öz Yurdumuzda, son yıllarda karşımıza çıkan Kendiliğinden Sıkışan Beton (KSB)-Self Compacting Concrete (SCC) kavramı artık günümüz beton yapılarında giderek daha fazla telaffuz edilmeye ve kullanılmaya başlanmıştır. KSB, kendi ağırlığı ile hiçbir vibrasyon etkisine gerek kalmadan, çok sık donatı aralığından ayrışmaya uğramadan kalıba yerleştirilebilme özelliğine sahip olduğundan geleceğin betonu olarak kabul edilmektedir. Günümüzde artık bütün beton firmaları KSB beton gerçeğini kabullenmiş, çağdaş gereksinimlere cevap verebilmek için AR-GE çalışmalarına hız vermişlerdir. Yeni nesil süper katkıların yardımı ile üretilen KSB, hem işçilik maliyetlerini azaltmakta, ayrışmayı engellemekte, düşük Su/Bağlayıcı (Eşd.) değeri sayesinde de su geçirimsizliği artırmakta, çok sık donatılı yerlerden rahat geçebilmekte, kolay yerleştirilebilme ve işlenebilirlik sağlamakta, durabiliteyi artırmak gibi birçok özelliklere de sahip olmakta. Anahtar sözcükler: KSB, çökme-yayılması, T 50 süresi, hiper akışkanlaştırıcı, onarım. Giriş Uzuntarla-İzmit te, Elimsan Sınaî Mamuller tarafından metal muhafazalı modüler hücreleri korumak ve yıpratıcı çevre koşullarından orta gerilim sistemlerini saklayabilmek için beton trafo köşklerinin üretimi yapılmaktadır (Şekil 1). Bu beton köşkleri 2,5 m genişliğinde, et kalınlığı 10 cm, yüksekliği 3,2 m ve uzunlukları 2,5 ile 6,5 m arasında değişmektedir. Firmanın daha önce yapmış olduğu uygulama; bu köşklerin şantiye alanında beton dökümü yapmak ve iç kısımdaki elektronik aksamın yine şantiyede montajını uygulamak şeklindeydi. Bu uygulama şekli bazı sıkıntılar doğurmaktaydı. Beton açısından yaşanan problemlerin başında, beton hacminin az ve temininin güçlüğü gelmekteydi. Ayrıca iç kısımda bulunan elektronik aksam şantiye alanına taşınması sırasında zarar görmekte ve montajı daha zor olmaktaydı. Firma Türkiye nin çeşitli illerine hizmet götürdüğünden ve artan iş hacimlerinden dolayı; seri bir üretim, daha kaliteli ve daha ekonomik bir işçilikten dolayı bu köşklerin kendi tesislerinde üretimini ve montajını yapma ihtiyacını duymuştur. Bu köşkler dış ortamlarda uzun seneler sıcak ve soğuk hava şartlarına doğrudan maruz kalacağı için dayanıklılığı yüksek bir beton sınıfı C 35/45 uygun görülmüştür. 225

2 Şekil 1: Trafo Köşkü Diğer proje ise Kullar İzmit te 1999 yılına kadar faaliyet gösteren ve 17 Ağustos 1999 depreminden itibaren atıl durumda olan bir fabrikanın tekrar restorasyonu için kolonların güçlendirme projesidir. Bu projede 50 x 50 cm boyutlarında, yaklaşık 9 m yüksekliğindeki 30 adet kolonun (Şekil 2) güçlendirmesi (kolon boyutlarının 75 x 75 cm e çıkarmak) ve yapının geri kalan kısımlarının tamamlanması için C 40/50 beton sınıfı kullanılmıştır. Şekil 2: Güçlendirmesi yapılacak kolonların Kalıplarının hazırlanma aşaması Amaç Projelerin talebi olan C 35/45 ve C 40/50 sınıfı betonları uygun ve ekonomik olarak tasarlayarak, üretimini yapıp yerine yerleştirilmesi amaç edinilmiştir. Bu üretimlerde, özellikle 10 cm kalınlığındaki dar çeper içindeki donatılardan yüzeyde ayrışma olmadan betonun kalıba uygun yerleşimini sağlamak hedeflenmiştir. KSB yeni bir ürün olduğu için işçilerin ilk başlarda acemilik çekecekleri düşünülerek ilk dönemlerde şantiye alanındaki gözlemlerin ve denetimlerin önemi büyük olmaktaydı. 226

3 Beton Üretiminde Kullanılan Hammaddeler Agrega Beton üretiminde değişik gradasyonda dere kumu (Doğal Kum), dolomitik kireç taşlarının silindirik değirmen içinde kırılıp yıkanmasıyla elde edilen Kırma Kum ve yine dolomitik kireç taşının konkasörde kırılmasıyla elde edilen (I No Mıcır) kırma taş agrega olmak üzere 3 değişik gradasyona sahip agrega tercih edilmiştir. Agregaların fiziksel ve kimyasal özellikleri Tablo 1, Tablo 2 ve Tablo 3 de gösterilmiştir. Tablo 1: Agregaların fiziksel test sonuçları İnce Agrega İri Agrega Özellikler Doğal Kum Kırma Kum I No Mıcır Özgül Ağırlık, g/cm 3 2,60 2,59 2,78 İncelik Modülü 2,65 3,42 - Su Emme, % 1,6 1,6 0,5 Maks. tane çapı, mm Tablo 2: Agregaların kimyasal test sonuçları İnce Agrega İri Agrega Kimyasal Bileşenler Doğal Kum Kırma Kum I No Mıcır Klorür Oranı, % 0, ,009 0,00019 Sülfat Oranı, % 0,017 0,07 0,085 Alkali Agrega Azalması, (TS 2517 e göre) m.mol/litre Çözünen silis, m.mol/litre Tablo 3: Agregaların petrografik test sonuçları İnce Agrega İri Agrega Mineral Bileşenler Doğal Kum Kırma Kum I No Mıcır Kuvars, % Feldspat, % Kalsit, % Amfibol + Piroksen, % 1, Epidot, % 0,5 2 - Gröna, % 0, Muskovit, % 0, Opak Mineral, % Dolomit, %

4 Çimento Beton üretiminde kullanılan çimento CEM I 42,5 R tipindedir. Çimentonun 2006 yılı istatiksel değerlendirme sonucunda 28 günlük mukavemeti ortalama 57,0 MPa mertebesinde olup, standart sapması 1,7 MPa dır. Kimyasal bileşim incelendiğinde C 3 A miktarının oldukça düşük (%5 in altında) olduğu görülmektedir. Çimentonun bu özelliği, sülfat atağına karşı bir garanti sağlarken, betonun ileri yaşlarında da mukavemet kazanmasına olanak vermektedir(tablo 4). Tablo 4: Çimentonun ve uçucu külün 2006 yılı kimyasal ve fiziksel deneylerinin test sonuçlarının ortalamaları Bileşenler ve Özellikler Çimento % Uçucu Kül % SiO 2-49,3 Al 2 O 3-16,0 Fe 2 O 3-8,7 CaO - 18,2 MgO - 2,3 SO 3 2,6 1,8 Toplam Alkali 0,5 - C 3 S 58,2 - C 2 S 15,5 - C 3 A 4,6 - C 4 AF 11,8 - Özgül Ağırlık (g/cm 3 ) 3,22 2,23 Blaine, İncelik (cm 2 /g) İncelik, 45 µm, Maks. - 38,0 Kızdırma Kaybı 1,8 0,3 Kimyasal Katkı Beton üretiminde, standartlara uygun (TS EN 934 2) olan, Polikarboksili esaslı hiper akışkanlaştırıcı kullanılmıştır (Tablo 5). Tablo 5: Kimyasal katkı test sonuçları ÖZELLİK Standart Sınır Değerler Test Sonucu Suda çözülen klorür, % Maks 0,10 0,07 Alkali, % Maks 3,00 0,47 Özgül ağırlık, g/cm 3 1,08 ± 0,02 1,07 Katı madde, % 38,0 40,0 38,5 ph, % 3,0 5,5 4,6 228

5 Beton Tasarımı ve Üretimi Her iki projede de donatı sıklığının çok ve kesitin dar olmasından dolayı karışımlarda maksimum tane çapı 12 mm olacak şekilde karışımlar tasarlanmıştır. C 35/45 sınıfı betonda müşterinin özel isteği doğrultusunda ilk üretimlerde 400 kg çimento ile üretime başlanılmış ve bağlayıcı miktarının %1,3 i kadar kimyasal katkı kullanılmıştır. Su/Bağlayıcı (Eşd.) miktarı 0,42 dir ve 0,45 in altında olduğu için (XS3) çevre etki sınıfını karşılamaktadır. İlk tasarımda ince malzeme miktarı (doğal kum + kırma kum) yüksek oranda (toplam agreganın %58 ü kadar) tutulmuştur. Santrallerde ağırlıklı olarak 70 ± 5 cm çökme yayılması (slump flow) ile betonun üretimi yapılmıştır. Santralden üretimi ile dakika aralığında değişen taşıma ve bekleme süreleri sonunda firmanın üretim alanına ulaşan KSB nin kıvam kaybı laborantlar tarafından döküm sahasında izlenmektedir. KSB, hava ve zaman durumuna göre yapmış olduğu kıvam kaybını tekrar sağlamak için ikinci dozaj (hiper akışkanlaştırıcı katkı ile) yapılmak suretiyle kalıba 70 ± 5 cm yayılma ile dökülmektedir. Genelde akşam saatlerinde dökümü yapılan bu köşklerin kalıbının bir sonraki sabah alınabilmesi için tüp yakılmak suretiyle ısı kürü yapılmaktadır. İlerleyen dönemlerde kısmen yaşanan ayrışma sorunlarından dolayı betonun T 50 süresi (betonun 50 cm lik çapa ulaştığı zaman) üzerinde durulmaktadır(2). Yapılan deneyler sonucunda T 50 süresi 2,5 sn olan betonun vizkozitesini artırmak için doğal kum oranı toplam agreganın %27 den %17 ye düşürülmüştür. Ayrıca daha düzgün bir yüzey elde etmek için 400 kg olan çimento miktarı 380 kg a çekilip karışıma 40 kg uçucu kül ilave edilmiştir. Müşterinin kalıp sökme süresinin uzamaması için karışıma daha fazla uçucu kül ilâvesinden kaçınılmaktadır. Yeni karışımda kimyasal katkı miktarı ise çimentonun %1 i kadar kullanılmıştır. Böylece betonun T 50 süresi 2 saniyelerden 5 6 saniyelere çıkmış, ilk dönemlerde kısmende olsa yaşanan ayrışma sorunlarına önlem alınmıştır. Beton üretimi yine aynen 70 ± 5 cm yayılma ile yapılmakta ve döküm yerine ulaşıncaya kadar geçen süredeki kıvam düşüşleri yine ikinci dozaj yapmak suretiyle artırılmaktadır. Her iki karışımın malzeme miktarları (kg/m³) aşağıda gösterilmektedir. Karışım No Su/Bağlayıcı (Eşd.) Çimento Su Uçucu Kül Kimyasal Katkı Doğal Kum Kırma Kum I No Mıcır 1 0, , ,42** , **Su : ,8 x 0,7 = ,7 = 167,7 ; [0,7 : Katkı içindeki su oranı, %70] Bağlayıcı : x0,4 = 396 Su/Bağlayıcı (Eşd.) = 167,7 / 396 = 0,42 C 40/50 sınıfı betonun tasarımında donatı sıklıklarının fazlalığından dolayı yine tane çapı 12 mm olan formül tasarımı yapılmıştır. C 35/45 deki tecrübelerden yararlanarak tasarım aşamasında betonun T 50 süresinin önemi üzerinde itina ile durulmuş, karışımdaki agrega oranları bu durum göz önünde bulundurularak dizayn edilmiştir. Karışımda 405 kg çimento ve 60 kg uçucu kül kullanılmıştır. Bu karışımda kalıp alma süresinin çok önem teşkil etmesinden dolayı uçucu külün yaratacağı geciktirici etki düşünülerek yine miktarı çok fazla tutulmamıştır. İnce agrega miktarını %46 da tutulup, kimyasal katkı çimento oranın %1,2 si kadar kullanılmıştır. C 35/45 betonunda olduğu gibi üretim 70 ± 5 cm çökme yayılması ile üretim hedeflenmiştir. Bu betonun üretimi kış ayına denk gelmesi ve şantiyenin tesise yakın olmasından dolayı üretim süresinden pompalanma süresine kadar geçen zamanda beton 5 ile 15 cm arasında değişen yayılma kaybına uğramıştır. Tesis laborantı ve şantiye yetkilileri tarafından 229

6 çökme yayılmasına bakıldıktan sonra kıvam kaybına göre çimentonun yaklaşık %0,05 ile %0,1 arası değişen miktarlarda ikinci dozaj yapılarak kalıba 70 ± 5 cm yayılma ile kalıba betonun dökümü yapılmıştır. Dolayısı ile düşük kıvam ve buna bağlı olarak yerleştirme sorunu yaşanmamaktadır. Müşteri isteği doğrultusunda kalıp süresinin tayini için 15 cm küp numuneleri, betonun 7 ve 28 günlük basınç dayanımlarını ölçmek amacıyla da 15 x 30 luk silindir numuneleri alınmıştır. Küp numuneleri kırım süresine kadar kalıbın hemen yanında muhafaza edilmiştir. Silindir numuneler ise ilk günlerini şantiyede +20 C ortamda 1 gün saklandıktan sonra 7 ve 28. günlerine kadar tesisin kür havuzunda bakımı yapılmıştır. Karışıma giren miktarlar (kg/m³) aşağıda gösterilmiştir. Su/Bağlayıcı Uçucu Kimyasal Doğal Kırma I No Çimento Su (Eşd.) Kül Katkı Kum Kum Mıcır 0, , Üretimlerin Değerlendirilmesi 04 Aralık 2006 ile 20 Ağustos 2007 tarihleri arasında, toplam m³ C 35/45 betonuna ilişkin özet veriler Tablo 6 da yer almaktadır. Tabloda taze betondan alınan 15 cm lik küp kalıplara alınan numunelerin yayılmalarının, sıcaklıklarının ve sertleşmiş beton numunesinin 7 ve 28. günde elde edilen basınç dayanımlarının maksimum, minimum, ortalama ve standart sapma değerleri yer almaktadır. Tablo 6 : C 35/45 sınıfı KSB ye ilişkin taze ve sertleşmiş beton deney sonuçları 7 Gün 28 Gün Basınç Dayanımı (MPa) 7/28 Değeri Çökme Yayılma (cm) Taze Beton Özellikleri Beton Sıcaklığı (ºC) Minimum 36,0 48,3 0,67 62,0 8,7 ORTALAMALAR 42,5 54,5 0,78 69,8 20,2 Maksimum 52,3 69,1 0,87 78,0 33,2 Numune Sayısı Standart Sapma 3,2 3,6 0,04 2,5 6,1 Karakteristik Dayanım 54,5 1,48 x 3,6 = 49,2 > 45 MPa Bu dönemler arasında taze betonun çökme yayılması ortalama 69,8 ile hedef olan 70 ± 5 cm tutmuştur. Beton sıcaklığı 8,7 ile 33 C ler arasında değişiklikler göstermiştir. Toplam m 3 betondan alınan 93 parti 15 cm küp numunelerinin son 15 tanesinin 28 günlük basınç dayanımı ortalaması (f cm ): 56,4 MPa ve son 35 tanesinin standart sapması (σ 35 ): 3,7 MPa dır. TS EN de belirtilen basınç dayanım uygunluk kriterine göre değerlendirilir ise: f cm f ck + 1,48 x σ ; 56,4 45,0 + 1,48 x 3,7 ; 56,4 >> 50,5 C 35/45 sınıfının gereken karakteristik ortalama dayanım (f cm ) kriterini sağlamaktadır. En düşük basınç dayanımının 48,3 MPa olduğu görülmektedir. Standarttaki bir diğer uygunluk kriterine göre bakıldığında da 230

7 f ci f ck - 4 ; 48,3 45,0-4 ; 48,3 >> 41,0 gereken karakteristik minimum dayanımın (f ci ) rahat bir şekilde sağlandığı görülmektedir. 04 Aralık 2006 tarihinden 8 Şubat 2007 tarihleri arasında, toplam 900 m³ olan C 40/50 sınıfı betondan alınan 35 parti numuneye ilişkin veriler Tablo 7 de gösterilmiştir. Tablo 7: C 40/50 sınıfı KSB ye ilişkin taze ve sertleşmiş beton deney sonuçları, Basınç Dayanımı (MPa) Taze Beton Özellikleri 7 Gün 28 Gün 7/28 Değeri Çökme Yayılma (cm) Beton Sıcaklığı (ºC) Minimum 40,4 50,1 0,73 63,0 10,7 ORTALAMALAR 45,1 56,0 0,81 70,6 15,5 Maksimum 53,9 70,8 0,89 78,0 20,2 Numune Sayısı Standart Sapma 3,2 4,0 0,04 3,9 2,7 Karakteristik Dayanım 56,0 1,48 x 4,0 = 50,1 >> 40 MPa 15 x 30 luk silindir kaplara alınan C 40/50 betonun yine kıvam, sıcaklık, 7 ve 28 günlük basınç dayanımlarının minimum, maksimum, ortalama ve standart sapmaları görülmektedir. Söz konusu dönemde beton sıcaklığı 10,7 ile 20,2 C arasında değişmektedir. Taze betonun çökme yayılmasının ortalaması 70,6 cm ile hedef değer 70 ± 5 cm tutmuştur. Partilerin ikisinde 76 ve 78 cm üst sınır hedefi 75 cm aşılmış, bir partide de 63 cm ile alt değer hedefi 65 cm nin altında kalınmıştır. Şantiye alanında ikinci dozaj yapma sureti ile düşük kıvamlı betonun akışkanlığı artırılmıştır. 35 parti 15 x 30 luk silindir numunesinin son 15 tanesinin 28 günlük basınç dayanımı ortalaması (f cm ): 54,1 MPa ve son 35 tanesinin standart sapması (σ 35 ): 4,0 MPa dır. TS EN de belirtilen basınç dayanım uygunluk kriterine göre değerlendirilir ise: f cm f ck + 1,48 x σ ; 54,1 40,0 + 1,48 x 4,0 ; 54,8 >> 45,9 C 40/50 sınıfının gereken karakteristik ortalama dayanım (f ck ) kriterini sağlamaktadır. Ayrıca en düşük basınç dayanımının 50,1 MPa olduğu görülmektedir. Standarttaki bir diğer uygunluk kriterine göre bakıldığında da f ci f ck - 4 ; 50,1 40,0-4 ; 50,1 >> 36,0 gereken karakteristik minimum dayanımın (f ci ) burada da çok rahat sağlandığı görülmektedir. Üretilen betonların TS EN e göre istatiksel değerlendirmesi yapıldığında, her iki sınıf (C 35/45 ve C 40/50) betonun da bir üst sınıfın dahi koşullarını sağladığı görülmektedir. İzmit Tesisi nin KSB üretimlerine yeni başlamasından dolayı, ilk günlerde olası hataları karşılamak üzere çok çok emniyetli yapılan bu tasarımlar, zamanla istenilen beton sınıfı koşullarına çekilmiştir. 231

8 Sonuç Günümüz ve geleceğin betonu olarak kabul edilen KSB nin farklı iki alanda kullanımına ilişkin verilerin aktarıldığı bildiride, yazarların varmış olduğu sonuçları aşağıdaki gibi özetleyebiliriz. 1. KSB nin üretiminde kullanılan hammaddelerin çok sıkı kalite kontrolünün yapılması, 2. Üretimin kalite kontrolünün çok titizlikle gerçekleştirilmesi, 3. Kalıp aralığının az ve donatı sıklığının fazla olduğu uygulamalarda KSB nin kıvamının sadece çökme yayılması ile tespit edilmeyip, betonun yayılma hızının, dolayısı ile ayrışma-pompalanabilme gibi kriterlerin göstergelerinden olan T 50 değerinin de ölçülmesinin ve belirli kriterlere uygun hale getirilmesinin zaruri olduğu, 4. Pompalanabilecek kadar akışkan ancak ayrışmayan bir KSB için doğal kum yüzdesinin önemli etkiye sahip olması nedeniyle deneysel çalışmalarda üzerinde titizlikle durulması gerektiği düşünülmektedir. Kaynaklar 1. TS EN / Nisan 2002 Beton Bölüm 1: Özellik, performans, İmalat ve Uygunluk, Türk Standartlar Enstitüsü, Ankara 2. EFNARC, Specification and Guidelines for Self Compacting Concrete 232