Yüksek Performanslı betonlar

Transkript

1 Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESĐNDE ÖZEL KONULAR Doç. Dr. Halit YAZICI Yüksek Performanslı betonlar

2

3 Arayüzey-Geçiş Bölgesi Agrega Ara yüzey Çimento Hamuru

4

5 Arayüzey (ITZ) Đri Agreganın etrafını saran µm kalınlığındaki geçiş bölgesi Bu bölge betonun diğer kısımlarından daha zayıf Mekanik özelliklere etkisi beklenenden daha fazla

6 Agrega Geçiş bölgesi Çimento pastası

7 Gerilme agrega beton Çimento hamuru Çimento hamuru ve agrega kırılmaya kadar doğrusal davranış gösterir Beton ise kırılmaya kadar doğrusal davranış göstermez Birim şekil değiştirme

8 Eğriselliğin nedeni? Dayanımın %50 si Kırılma anı Dayanımın %30 u Gerilme (% Dayanımın) Dayanımın %75 i Birim şekil değiştirme Mikro çatlak

9 1. Aşama (σ<0.3fc): Uygulanan gerilmenin basınç dayanımının %30 unun altında kaldığı aşamada geçiş bölgesindeki çatlaklar kararlıdır. Dolayısıyla gerilme-birim deformasyon eğrisi doğrusaldır.

10 2. Aşama (0.3fc<σ<0.5fc): Gerilme değeri basınç dayanımının %30 unu aştığı durumda gerilme arttıkça mikro-çatlakların uzunluğu, genişliği ve sayısı artmaya başlar. Dolayısıyla, gerilme arttıkça deformasyon gerilmeye oranla daha çok artar ve davranış doğrusallıktan uzaklaşmaya başlar. Ancak, basınç dayanımının %50 sine kadar geçiş bölgesinde bulunan mikro-çatlaklar kararlı kabul edilebilir, matristeki çatlama ihmal edilebilir düzeydedir.

11 3. Aşama (0.5fc<σ<0.75fc): Basınç dayanımının %50-60 ına ulaşıldığında matris çatlamaya başlar. Yükün daha da artması halinde geçiş bölgesindeki çatlak sistemi kararsız duruma geçer ve bağlayıcı matristeki çatlakların yayılması artar. Sonuç olarak gerilme-deformasyon eğrisi yataya doğru belirgin biçimde eğilir.

12 4. Aşama (0.75fc<σ): Deformasyon enerjisi belirli bir yük altında çatlakların kendiliğinden yayılması için gerekli olan kritik seviyeye ulaşırsa sonuç kırılma olur. Gerilme artışıyla matriste ve geçiş bölgesindeki çatlakların yayılma hızı yüksek olduğundan çatlak sistemi sürekli hale gelir, çok büyük deformasyonlar oluşur.

13 Dış yükün uygulanmasından önce bile bağlayıcı matris ile iri agrega arasındaki geçiş bölgesinde mikro-çatlaklar mevcuttur. Bu çatlakların sayısı ve büyüklüğü diğer faktörlerin yanısıra, geçiş bölgesinin dayanımına, betonun terleme karakteristiklerine ve kürüne bağlıdır. Normal kür koşulları altında (beton kurumaya veya termal büzülmeye maruzken) matris ile iri agrega arasındaki geçiş bölgesinde, elastisite modüllerinin farklı olmasından kaynaklanan ve çatlamalara sebep olan farklı deformasyonlar oluşur.

14 Đri agregaların etrafında toplanan su filmi bu bölgede S/Ç oranını arttırır S/Ç oranının bu bölgede yüksek olması nedeniyle, iri agreganın çevresinde büyük kalsiyum hidroksit (kireç) ve etrenjit kristalleri oluşur. Bu bölge zayıf ve geçirimlidir Tabaka halindeki kireç kristalleri agrega yüzeyine dik yönelme eğilimindedir.

15 Çimento Agrega

16 Boşluk, gözenek

17 Arayüzey-Geçiş Bölgesi Agrega Ara yüzey Çimento Hamuru

18 Karakteristik Özellikler (ITZ) Matris ile kıyaslandığında daha büyük porozite CH (kalsiyum hidroksit) çökelmesi Daha büyük kristaller

19 Silika dumanı gibi puzolanlar kullanımı arayüzeydeki poroziteyi azaltır 1. Dolgu etkisi 2.CH ile reaksiyon, puzolanik etki

20 Hafif agrega-itz ilişkisi Gözenekli hafif agregalar ile aderans daha iyi Termal işlemle yüksek sıcaklıkta üretilmiş yapay hafif agregaların yüzeyindeki amorf silika ile CH reaksiyon yapabilir

21 Karbonat kökenli agregalar çimento hamuru ile reaksiyona girerse aderans olumlu yönde gelişir.

22 Portland çimentosunda hidratasyon ürünlerinin oluşma hızları

23 Hidratsyon ürünlerinin oluşumunun priz süresine, geçirimliliğe, poroziteye, dayanıma etkisi

24 Elektron mikroskobu ile büyütülmüş C-S-H jeli görüntüsü

25 Elektron mikroskobunda büyütülmüş etrenjit kristali

26 10 dakika 3 saat 24 saat Singenit Kısa Etrenjit C S H Jips Uzun Etrenjit Portlantit

27 C- S- H fazı nın uzu nlu ğu (n m) C-S-H fazının en uzun parçacığı C-S-H fazının en kısa parçacığı Hidratasyon süresi (gün)

28 Hidratasyon reaksiyonu Su/çimento oranı 0.63 olan çimento hamuru 100 cm3 çimento alırsak Çimento kütlesi Mc= 100*3.14= 314 g Su kütlesi Mw= 314*0.63= 200 g

29 1cm3 çimento hidratasyonundan yaklaşık 2 cm3 hamur elde ediliyor

30

31 Sıfır porozite için gerekli su/çimento oranı: S/Ç= 100/100*3.14 = 0.32

32

33 Đyi Hidrate olmuş hamur Zayıf CSH Kristallerinin Biraraya toplanması H: Büyük hekzogonal kristaller CH, C4ASH18, C4AH19 gibi C: Hidratasyon ürünlerinin dolduramadığı kapiler boşluklar

34 Hidrate çimentodaki boşluklar CSH içindeki jel boşlukları 5-25 A Geçirimliliği ve dayanımı etkilemez Sünme ve kuruma büzülmesine biraz etkisi vardır Kapiler boşluklar > 50 nm geçirimliliği ve dayanımı etkiler < 50 nm sünme ve kuruma büzülmesine etkisi çoktur Hava boşlukları Hapsolmuş hava 3 mm Sürüklenmiş hava µm

35 Jel suyu Kapiler su Fiziksel olarak bağlı su

36

37 Sertleşme: plastik kıvamın kaybolması, katılaşma Priz başlangıcı: katılaşmanın başlangıcı (>45-60 dak) Priz sonu: Tamamen katılaşma (< dak)

38 Ana bileşenler C3S : çok reaktif, hidratasyon ısısı yüksek, erken dayanımı yüksek (%50) C2S: düşük hidratasyon ısısı, yavaş reaksiyon (%25) C3A: yüksek hidratasyon ısısı, sülfatlı ortamda problemli (%10) C4AF: %10 Alçıtaşı: %5, prizi kontrol etmek için katılır.

39 Bogue - Lerch Basınç dayanımı (MPa) C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF Zaman (gün)

40 Beaudoin - Ramachandran Basınç dayanımı (MPa) C 3 S 15 C 4 AF C 2 S 0 C 3 A C 3 S C 2 S C 4 AF 0 C 3 A Zaman (gün)

41

42

43 Priz sırasında ve hidratasyonun erken aşamalarında ısı çıkışı

44

45 Type I General Purpose Type II Moderate heat of hydration and sulfate resistance (C3A< 8%) : general construction, sea water, mass concrete Type III High early strength (C3A < 15%) : emergency repairs,precast, winter construction. Type IV Low heat ( C3S < 35%, C3A < 7%, C2S > 40%):mass concrete Type V - sulfate resistant ( C3A < 5%) : sulfate in soil, sewers

46 Çimento tipinin dayanıma etkisi

47 Çimento tipinin hidratasyon ısısına etkisi

48 Đnceliğin dayanım gelişimine etkisi

49 Đnceliğin hidratasyon ısısına etkisi

50 Sıcaklığın hidratasyon ısısına etkisi

51

52 Calcium aluminate cement concretes are generally not recommended for structural use. This is because the principal hydration product, CAH10, is unstable under ordinary conditions. It gradually transforms into a stable phase, C3AH6, which has a cubic structure and is denser. The CAH10-to- C3AH6 conversion is associated with a large increase in porosity and therefore a corresponding decrease in strength.

53 Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESĐNDE ÖZEL KONULAR Doç. Dr. Halit YAZICI Yüksek Performanslı betonlar