ÇELİK LİF KULLANIMININ YÜKSEK PERFORMANSLI BETONLARIN SÜNEKLİK ÖZELLİĞİNE ETKİSİ

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "ÇELİK LİF KULLANIMININ YÜKSEK PERFORMANSLI BETONLARIN SÜNEKLİK ÖZELLİĞİNE ETKİSİ"

Hakan Güvenç
6 yıl önce
İzleme sayısı:

1 ÇELİK LİF KULLANIMININ YÜKSEK PERFORMANSLI BETONLARIN SÜNEKLİK ÖZELLİĞİNE ETKİSİ Araş.Gör. Hüseyin YİĞİTER Yard.Doç.Dr.Selçuk TÜRKEL D.E.Ü. Müh. Fak. İnş. Müh. Böl. Kaynaklar Kamp Buca İzmir Tel: Faks: Giriş Yüksek dayanımlı betonların enerji yutma kapasiteleri gevrek davranış nedeniyle düşük düzeylerde kalmaktadır. Sönümlenen enerji miktarının azlığı, betonun göçme sürecini hızlandırmakta ve ani kırılmalar meydana getirmektedir. Özellikle deprem bölgelerinde yapılacak yapılarda, betondan beklenen özelliklerden birisi de göçmeden önce büyük deformasyonlar yapıp, ortaya çıkan enerjiyi sönümlemesi diğer bir deyişle sünek (düktil) davranış gösterebilmesidir. Belirli özellikleri olan liflerle takviye edilmiş lifli beton ilk görünüşte normal beton karışımlarına benzemesine rağmen, değişik yükler altında gösterdiği davranış ve performans açısından geleneksel betondan oldukça farklı bir özelliğe sahiptir. Sözü edilen davranış farklılığı, beton içerisinde gelişigüzel dağılan liflerin, çatlakların ilk oluşum anında çatlak sonlarındaki gerilmeleri kendi üstlerine ya da sağlam alanlara transfer ederek işlevlerini yerine getirmelerinden kaynaklanmaktadır. Bu şekilde betonu yıkılmaya götürecek olan çatlakların oluşumu ve büyümesi engellenir, kırılma daha büyük yüklerde meydana gelir. Kompozitlerin ani yüklemelere ya da tekrarlı yüklemelere karşı yeterli dayanıma sahip olması ve yük altında yutulabilen enerji miktarının fazlalığı açısından liflerin sağladığı artış, lifli betonların avantajları arasında sayılabilir. Bu çalışma kapsamında, betonda kullanılan liflerin boyutu ve dozajı gibi değişkenlerin taze beton özelliklerine ve sertleşmiş betonun mekanik davranışlarına etkileri araştırılmak üzere deneysel bir program yürütülmüştür. Deneysel çalışmalarda üretilen betonlarda değişken olarak iki farklı boyutta çelik lif (I: l=3 mm d=.55 mm, II: l=6 mm d=.75 mm), üç farklı lif dozajı (4, 8, 12 kg/m 3 ) seçilmiştir. Üretilen betonlar, taze haldeki özellikleri saptandıktan sonra 7. ve 28. günlerde serbest basınç ve orta noktadan tekil yüklemeli eğilme deneyleri ile test edilmişlerdir. Elde edilen deney verileri ile karışımların nihai dayanımları, elastisite modülleri, enerji yutabilme kapasiteleri bulunmuş ve çelik lif içermeyen kontrol örnekleri ile karşılaştırılmıştır.

2 Deneysel Çalışma Malzemeler: Deneysel çalışmada üretilen betonlarda PKÇ/A 42.5 tipinde çimento, kireçtaşı kökenli kırmataş ve doğal dere kumu (Dmax=15 mm), mikrosilika, hiperakışkanlaştırıcı ve şehir şebeke suyu kullanılmıştır. Karışımlar: Bir metreküp betonda kullanılan malzeme miktarları Tablo 1 de verilmektedir. Tablo 1. Bileşen miktarları Bileşen Miktar (kg/m 3 ) Çimento mm agrega mm agrega 325 Kum 484 Su 178 Lif Mikrosilika 82.5 Akışkanlaştırıcı 4.4 Deneyler: Hazırlanan her karışım için hava sıcaklığı, beton sıcaklığı, slump, taze beton birim hacim ağırlığı ölçülmüştür. Sıkıştırma şişleme ve sarsma tablası kullanılarak sağlanmıştır. 24 saat sonra kalıplarından çıkarılan örnekler deney yaşına kadar standart kürde saklanmışlardır. Basınç deneyleri için gerilme-birim deformasyon, eğilme deneyleri için yük-sehim ilişkileri çıkarılmıştır. Numuneler maksimum gerilmeye ulaştıktan sonra yükün % 15 azaldığı ana kadar yüklemeye devam edilmiştir. Maksimum yükten sonra sistematik deformasyon okuması yapılamamış, ancak son andaki okuma gerçekleştirilebilmiştir. Deney Sonuçları: Taze betonların çökme değerleri, lif dozajına göre grafik olarak Şekil 1 de, sertleşmiş betonların 7 ile 28 günlük basınç ve eğilme dayanımları ise sırasıyla Şekil 2 ve Şekil 3 te verilmiştir.

3 25 2 slump (cm) lif tipi I lif tipi II lif dozajı (kg/m 3 ) Şekil 1. Karışımların lif dozajlarına göre çökme değişimi basınç dayanımı (MPa) lifsiz tipi,4kg/m3 tipii,4kg/m3 tipi,8kg/m3 tipii,8kg/m3 tipi,12kg/m3 tipii,12kg/m beton yaşı (gün) Şekil 2. Karışımların lif tipi ve oranlarına göre zamana bağlı basınç dayanımları

4 eğilme dayanımı (MPa) lifsiz tipi,4kg/m3 tipii,4kg/m3 tipi,8kg/m3 tipii,8kg/m3 tipi,12kg/m3 tipii,12kg/m beton yaşı (gün) Şekil 3. Karışımların lif tipi ve oranlarına göre zamana bağlı eğilme dayanımları Her bir beton karışımı için 28. günde yapılan basınç deneyindeki gerilme-deformasyon değerlerinden yararlanarak en küçük kareler yöntemi ile bulunan elastisite modülleri Tablo 2 de verilmiştir. Tablo 2. Karışımlara göre elastisite modülleri Karışım No Dizayn Tipi Lif Tipi Lif İçeriği (kg/m 3 ) Elastisite Modülü (MPa) I-4-16 I 4 43 II-4-16 II I-8-16 I II-8-16 II I I II II Bu değerlerin lif tipi ve dozajına göre değişen grafik gösterimi Şekil 4 te sunulmaktadır.

5 45 4 y = -,368x ,761x R =,322 elastisite modülü (MPa) y = -,9116x ,73x R =,485 lif tipi I lif tipi II lif dozajı (kg/m 3 ) Şekil 4. Lif dozajına göre karışımların elastisite modülü değişimleri Enerji yutabilme kapasiteleri, serbest basınç deneylerinde gerilme ile birim şekil değişimi eğrisinin altında kalan alan, eğilme deneylerinde ise yük ile sehim eğrisi altında kalan alan olarak tanımlandığından iki durum için de değerleri hesaplanmıştır. Yüklemeler maksimum yükün % 15 azaldığı noktaya kadar yapıldığından eğri altında kalan alanlar da bu noktaya kadar hesaplanabilmiştir. Bu şekilde elde edilen tokluk değerleri Tablo 3 te, grafik gösterimleri ise Şekil 5, Şekil 6, Şekil 7 ve Şekil 8 de verilmektedir. Tablo 3. Üretilen betonların enerji yutabilme kapasitesi değerleri Karışım No Lif Tipi Lif İçeriği (kg/m 3 ) Enerji yutabilme 7 G basınç (kg.cm/cm 3 ) Enerji yutabilme 28 G basınç (kg.cm/cm 3 ) Enerji yutabilme 7 G eğilme (kg.mm) Enerji yutabilme 28 G eğilme (kg.mm) - 1, , ,98 23,64 I-4 I 4 1,2685 1, ,64 542,78 II-4 II 4, ,619 24,42 239,51 I-8 I 8 1, , ,59 99,91 II-8 II 8 1, , , ,2 I-12 I 12 1, , ,8 1933,49 II-12 II 12 3, , , ,56

6 3 bağıl enerji yutma kapasitesi (%) 2 1 dizayn -16; lif tipi I dizayn -16; lif tipi II lif dozajı (kg/m3) Şekil 5. 7 günlük basınç deneyinden elde edilen enerji yutabilme değerleri 3 bağıl enerji yutma kapasitesi (%) 2 1 dizayn -16; lif tipi I dizayn -16; lif tipi II lif dozajı (kg/m3) Şekil günlük basınç deneyinden elde edilen enerji yutabilme değerleri

7 3 bağıl enerji yutma kapasitesi (%) 2 1 dizayn -16; lif tipi I dizayn -16; lif tipi II lif dozajı (kg/m3) Şekil 7. 7 günlük eğilme deneyinden elde edilen enerji yutabilme değerleri 3, bağıl enerji yutma kapasitesi (%) 2, 1, dizayn -16; lif tipi I dizayn -16; lif tipi II, lif dozajı (kg/m 3 ) Şekil günlük eğilme deneyinden elde edilen enerji yutabilme değerleri

8 Sonuçlar Deneylerden elde edilen sonuçlar aşağıda sunulmuştur: Beklenildiği üzere betona katılan lif miktarının artmasıyla taze betonun çökme (slump) değerlerinde ciddi azalmalar meydana gelmiştir. Örneğin, maksimum lif dozajına sahip karışımlarda lifsiz karışımlara göre % 8 slump azalması görülmüştür. Lif tipi ve lif içeriğinin beton basınç dayanımı üzerine önemli bir katkısı olmadığı saptanmıştır. Eğilme dayanımındaki en büyük artışlar her iki lif tipi için de 12 kg/m 3 lif dozajında elde edilmiştir. II. lif tipinin dozaj artışının, eğilme dayanımlarındaki artışa etkisi I. lif tipine göre daha yüksektir. Lif katkısının eğilme dayanımına olumlu etkisi erken yaşlarda daha yüksek iken nihai dayanımlara etkisi aynı yaştaki kontrol betonlarına göre daha azdır. Lif tipi ve lif dozajının elastisite modülü değerleri üzerinde kayda değer bir etkisi olmadığı belirlenmiştir. Betonların özellikle enerji yutabilme kapasitelerini arttırmak için kullanılan liflerde, II. lif tipi I. lif tipine göre daha büyük artışlar sağlamıştır. II. lif tipi ile, 7 günlük basınç deneyi verilerine göre, 12 kg/m 3 lif dozajında lifsiz numunelere kıyasla % 27, 28. günde ise % 253 ye varan artışlar sağlanmıştır. Eğilme deneyi sonuçlarına göre, 7 günlük numunelerde % 278, 28 günlük numunelerde % 973 lere kadar çıkabilen enerji yutabilme kapasitesi artışları yakalanmıştır. Elde edilen deney sonuçları ışığında, çelik liflerin yüksek performanslı beton özelliklerine önemli kazançlar sağladığı söylenebilir. Kullanılan çelik lifler betonun basınç gerilmesi altındaki özelliklerine pek bir etki yapmazken, çekme ve eğilme dayanımlarına artışlar getirmiştir. Yüksek performanslı betonda çelik lif kullanımıyla, bu çalışmanın birinci derecede önemli amaçlarından biri olan süneklikte yüksek artışlar sağlandığı görülmüştür.

9 Yararlanılan Kaynaklar ACI Committee 544.4R-85. (1988). Design Considerations for Steel Fiber Reinforced Concrete, ACI Structural Journal, Vol.85, No 5. ACI Committee 544.1R-96. (1996). Fiber Reinforced Concrete. ACI No544 Committee Report. (1988). Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete Journal of Fiber Reinforced Concrete Institute, Vol:85, No:6, pp Arslan, A., & Ulucan, Z.Ç. (1997). Çelik Liflerin Erken Yaştaki Betonarme Kirişlerin Göçmesine Etkisi, İmo Teknik Dergi, s ASTM C 118/85. (1985). Annual Book of ASTM Standarts. ASTM1116-C-91. (1991). Annual Book of ASTM Standarts. Bentur, A., & Mindness, S. (199). Fibre Reinforced Cementitious Composites Elsevier Applied Science, London And Newyork. Brandt A.M. (1982). On The Calculation of Fracture Energy in SFRC Elements Subjected to Bending, International Conference on Bond in Concrete, edited by Bartos, Scotland, pp Dramix Çelik Tel Donatılı Betonlar İçin Tasarım Esasları, Beksa A.Ş. Gopalaratnam, V.S., Shah, S.P., Batson, G.P., Criswell, M.E., Ramakrishnan, V., & Wecharatana, M. (1991). Fracture Toughness of Fiber Reinforced Concrete, ACI Materials Journal, Vol:88, No:4, pp Reinhard, H.W., & Naaman, A.E. (1991). High Performance Fiber Reinforced Cement Composites, Proceedings of the International Workshop High Performance Fiber Reinforced Cement Composites by RILEM, ACI, Stuttgart University and University of Michigan.

Benzer belgeler

Çelik Tel ve Matris Dayanımlarının Betonların Kırılma Enerjisine Ortak Etkisi

Çelik Tel ve Matris Dayanımlarının Betonların Kırılma Enerjisine Ortak Etkisi Yuşa Şahin, Fuat Köksal Bozok Üniversitesi, Müh. Mim. Fakültesi, İnşaat Müh.Bölümü, Yozgat/Türkiye (0 354) 242 10 01-104 fuatkoksal@gmail.com