ÇELİK TEL DONATILI PÜSKÜRTME BETON MEHMET YERLİKAYA 1
İçindekiler : PÜSKÜRTME BETON KARIŞIM DİZAYNI PÜSKÜRTME BETON TEKNİĞİ SİLİS DUMANI DİZAYN UYGULAMALAR REFERANSLAR 2
SUNUŞ Çelik tel donatılı püskürtme betonlar pekçok ülkede yaygın olarak başarıyla kullanılmasına rağmen, ülkemizde bu alanda çok az uygulama yapılmıştır. İlk uygulamalar, Çayeli Bakır İşletmelerinde ıslak sistem olarak başlamıştır. Bu alanda yazılmış Türkçe eserlerin az oluşu ve edinilen bilgi ve tecrübelerin benzer uygulamaları yapacak mühendislerle paylaşma arzusu,bizim bu el kitabını hazırlamaya sevketti. Kitabı hazırlarken, büyük oranda M.Vandewalle nin hazırladığı Tunnelling the World kitabı esas alındı. Kitapta yer alan bilgiler, çelik tel donatılı püskürtme beton tahkimatı konusunda temel bilgileri içermektedir.dizayn ve testler konusunda daha detaylı bilgi için, ekte sunduğumuz referans listesi yardımcı olabilir. Mehmet Yerlikaya Beksa Çelik Kord San ve Tic AS 3
PÜSKÜRTME BETON 1.TARİHÇE 1907 İlk~ püskürtme beton makinası 1907 yılında Carl Ethan Akeley (ABD) tarafından, dinazor modeli yapmak amacı ile üretildi. 1915 Dizayn,Cement Gun Company tarafından geliştirildi. 1950 Kuru karışımın hava basıncı ile iletilmesi ve sürekli akışı geliştirildi. Agregaların kuru karışımda kullanılmasına başlandı. 4
Meynadier ve Aliva daha sonra bu sistemi iyileştirdi. 1960 Islak püskürtme sistemi kullanılmaya başladı. 2.TARİF Kuru karışım harçlarının püskürtülmesi işlemine Gunit ismi verildi. 1930 lu yıllarda Amerikan Demiryolu Mühendisleri Birliği, Shotcrete kelimesini, Gunit işlemini tarif etmek amacıyla kullanmaya başladı. 1966 yılında, ACI shotcrete kelimesini hem kuru, hem de yaş sistem ile püskürtülen harçlar ve betonlar için uyarladı. Resim 1. Meynadier kuru sistem püskürtme beton makinası 5
Resim 2. Schwing ıslak sistem püskürtme beton makinası TS 11747, püskürtme betonu şu şekilde tarif etmiştir: Püskürtme beton, onarım veya yapım amacı ile önceden hazırlanmış olan betonun hava basıncı yardımı ile yüksek hızla uygulama yüzeyi veya uygulama alanına püskürtülerek elde edilen betondur. 3.PÜSKÜRTME BETONUN İŞLEVİ Betonun kaya yüzeylerine püskürtülmesiyle çatlak ve yarıklar doldurulur,kısmen desteklenen parçalar birbirine bağlanır ve yüzeyin bozulması önlenir. Kaya yüklerinin, stabil kayalara transferi sağlanır. Eğer yapışma zayıfsa, eğilmeye çalışan bir membran olarak rol oynar. Yapışma, betonun özeliklerine ve kaya yüzeyine bağlıdır.pürüzlü,iyi yıkanmış kaya yüzeylere yapışma, çatlaklı,çamurlu ve su gelen yüzeylere 6
göre daha iyidir. Kaya yüzeylerinin temizlenmesi, püskürtme başlığından su ve basınçlı havanın püskürtülmesi ile yapılır. Sızıntı sular,hasara yol açabilir.püskürtme beton yapılmadan önce,bu noktalardan delikler açılarak boru sokulmalı ve drenaja bağlamalıdır. Kayaçların özeliklerine göre,sızıntı sular, betona etki ederek mekanik özeliklerini zayıflatabilirler. Hızlı mukavemet artışı sağlayabilmek amacı ile, priz hızlandırıcı katkı kullanılabilir.nihai dayanımdaki düşüş, bazen öngörülenden daha fazla olabilir. 4.PÜSKÜRTME BETON SİSTEMLERİ Püskürtme beton, kuru karışım ve ıslak karışım olmak üzere 2 şekilde uygulanır. Uygulama yapılan yerin özeliklerine, uygulama hızına ve istenen beton kalitesine bağlı olarak bu 2 sistemden birisi tercih edilir. KURU SİSTEM Bu sistemde çimento,kum ve agrega homojen olarak karıştırılır.bu karışım dağıtım elemanına gönderilir ve basınçlı hava ile büyük bir hızla uygulama yüzeyine püskürtülür.karışıma ilave edilen su miktarı, operatör tarafından betonun püskürtülmesi sırasında el ile ayarlanır. Agreganın ve kumun nem oranı, % 3- % 6 arasında olmalıdır.eğer bu değerlerden az ise, uygulama yerinde toz problemi olur.fazla olursa tıkanma sorunu yaşanır. Püskürtme ucuna (nozul) malzeme taşıyan hortum çapı,en büyük agrega çapının en az 3 katı olmalıdır. Kuru karışım, nozuldan geçerken tamamen ıslanmalı ve su basıncı bunu sağlayacak mertebede ayarlanmalıdır.( 6 kg/cm2 min.) SU Su/çimento oranı, 0.40-0.45 arasında bulunmalıdır.az su toz oluşumuna çok su ise betonun yüzeyden akmasına yol açar. Son yıllarda,su girişinin nozul ucundan geriye (1-3 metre) alınması halinde,kuru karışımın daha homojen ıslandığı, toz oluşumunun ve geri dökülmenin azaldığı gözlenmiştir. 7
Şekil 1. Kuru püskürtme sistemi 1-Püskürtülen kuru karışım 2-Karıştırıcı 3-Basınçlı hava girişi 4-Malzeme çıkışı 5-Şaft 6-Basınçlı hava ISLAK PÜSKÜRTME Başlıca 2 tip dağıtım elemanı kullanılır. - Yeğin akım iletim sistemi. İletim hava basıncı ile sağlanır. - Yoğun akım iletim sistemi. İletim pistonlu pompa ile sağlanır. Günümüzde pistonlu iletim sistemi daha çok tercih edilmektedir. Pompalanarak püskürtme başlığına gelen beton /harç,burada basınçlı hava ve katkı ilave edilerek yüzeye püskürtülür. Kaliteli,yüksek dayanımlı bir beton elde etmek için, su/çimento oranını düşürmek gerekir.bu amaçla su azaltıcı katkı kullanılması tavsiye edilir. Birçok uygulamalarda, priz hızlandırıcı katkı püskürtme başlığında ilave edilir.katkı dozajının püskürtme betonun kalitesi üzerinde büyük etkisi vardır. Uygulama yüzeyindeki beton yoğunluğunun,püskürtme hızına değil, iyi bir agrega dağılımına,beton karışımına ve püskürtme yöntemine bağlı olduğu unutulmamalıdır. 8
Resim 3. Putzmeister ıslak püskürtme beton makinası Şekil 2 Pistonlu Pompa 9
Şekil 3..Islak püskürtme beton başlığı kesiti Bazı firmalar, her iki sistemi de kullanan püskürtme beton ekipmanları geliştirmişlerdir.(aliva 285 vb). Resim 4. Aliva 285 Islak sistemden kuru sisteme birkaç dakika içinde geçebilir. 10
KURU VE YAŞ PÜSKÜRTME YÖNTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRMASI Kuru sistem genelde daha yaygın kullanılmaktdır. Ekipmanlar daha hafif ve ucuzdur. Kuru malzeme daha uzak mesafeye iletilebilir. Yaş sistemin ekipman maliyeti, kuru sistemin 3 10 katı daha yüksektir. Buna karşılık, yaş sistem ile 20 m3/saat lik bir tüketim hızına ulaşılabilir ve geri dökülme daha azdır. Kuru sistem toz üretir ve püskürtme beton kalitesi,ıslak sisteme göre daha azdır. Beton için gerekli su miktarı, operatör tarafından el ile ayarlanır.az veya çok su, geri dökülmeyi arttırır ve dayanımı azaltır.islak sistemde ise, su miktarı beton santralında ayarlanır ve sabittir. Buna karşılık, bu makinaların uygulama sonrası temizlenmesi daha zahmetlidir. FAKTÖR KURU SİSTEM ISLAK SİSTEM EKİPMAN TOPLAM YATIRIM AZ BAKIM KOLAY TOPLAM YATIRIM DAHA FAZLA UYGULAMA KÜÇÜK ÖLÇEKLİ ALANLAR GERİ SIÇRAMA DUVARDA %15-40 DAHA BÜYÜK RUTİN DESTEKLEMELER %5-10 ARASINDA KALİTE TOZ TAVANDA %20-50 OPERATÖRÜN DENEYİMİ ÖNEMLİ İŞÇİ SAĞLIĞINA OLUMSUZ ETKİSİ VAR. DAHA ÜNİFORM KARIŞIM UYGULANIR. ÇOK AZ TOZ OLUŞUR. KAPASİTE ~ 5 m3/saat 10-20 m3/saat 11
12
KARIŞIM DİZAYNI Püskürtme beton dizaynı,klasik beton dizaynına benzemekle beraber, bazı farkları vardır.ana farklılık, agrega dizaynı ve çimento miktarıdır. Genel kural olarak, en büyük agrega çapı 16 mm yi aşmamalıdır.bu sınır aşıldığında,geri sıçrama büyük oranda artar. 8 mm yi aşan agregaların yaklaşık %60-70 i geri dökülür.püskürtme beton karışımları hazırlanırken bu konu gözönünde bulundurulmalıdır. Uygulanmış püskürtme beton içindeki çimento miktarı, beton santralında hazırlanan karışıma göre daha yüksektir. Bunun sebebi, agrega ve kumun geri sıçrama miktarının çimentodan fazla olmasıdır. Kuru karışımlarda kullanılan çimento miktarı : - ince harçlar 0-4 mm 450-600 kg/m3 - P. beton 0-8 mm 350-450 kg/m3 - İri agregalı p. beton 0-15 mm 300-350 kg/m3 Püskürtme betonun dizaynı yapılırken aşağıda belirtilen hususlara da dikkat edilir : * Nozulun çapı ve dizaynı, * Püskürtme hızı, * Kaya yüzeyinin özellikleri, * Katkıların dozajı ve tipi * Donatı Şekil 4. DIN 1045 e göre agrega dağılımı (max. agrega çapı 16 mm) 13
Şekil 5 DIN 1045 e göre agrega dağılımı (max. agrega çapı 8 mm) KATKILAR Priz Hızlandırıcı Priz hızlandırıcı kimyasal katkılar aşağıdaki amaçlarla kullanılır : - Tünelde en kısa sürede püskürtülen betonun dayanımını arttırarak destek sağlamak - Geri sıçramayı azaltmak - Tek defada en fazla beton kalınlığını sağlamak Priz hızlandırıcılar toz veya sıvı halde betona ilave edilirler. 14
PÜSKÜRTME BETON TEKNİĞİ YÜZEYİN HAZIRLANMASI Sadece temiz yüzey üzerine püskürtme beton uygulanabilir.çok tabakalı püskürtme beton uygulanacak ise, tabakalar arasında iyi bir aderans sağlanmalıdır.bu amaçla yüzey üzerinde biriken toz tabakası temizlenmelidir.böylelikle çok tabakalı püskürtme beton,tek tabaka gibi tasarlanabilir. Yüzey temizlemek için en çok kullanılan yöntem, basınçlı su +hava püskürtülmesidir. Gerekir ise, basınçlı hava +kum ile de temizlik yapılır. Dikkat edilmesi gereken husus, sadece yıkanmış nemli yüzeylere püskürtme beton uygulanması gerektiğidir. Aksi durumda, mevcut kuru yüzey,taze betondaki suyu emecek, yapışma ve beton kalitesi azalacaktır. Yüzeyden sürekli su geliyor ise, drenaj yapılmalıdır. Eğer beton, kum gibi yumuşak bir yüzeye püskürtülecekse, önce ince bir tabaka püskürtme harç uygulanması, daha sonra da kalın tabakanın püskürtülmesi gerekir. Böylelikle beton ve yumuşak zemin birbirine karışmaz. Resim 5 Püskürtme başlamadan önce kaya yüzeyleri basınçlı su ile temizlenir, serbest duran kaya parçaları yüzeyden uzaklaştırılır. 15
PERSONEL İyi bir püskürtme beton uygulaması sadece makineye ve beton karışımlarına değil, püskürtme operatörünün yeteneklerine de bağlıdır.onun kontrolu ile geri sıçrama en az seviyede tutulur. Pompa operatörleri ise, karışımı sabit bir akış hızı ile püskürtme operatörüne gönderirler. Bu alanda yetişmiş iyi personel kullanmak oldukça zordur. Unutulmaması gerekir ki, tünelde çalışanların güvenliği bu kişilere bağlıdır. ROBOT Yıllar önce, püskürtme beton uygulanması sadece el ile yapılan bi işlemdi. Beton kalitesi, her zaman iyi,üniform değildi.beton kalınlığı değişkendi. Çalışanlar kendilerini tozdan ve geri sıçrayan malzemelerden korumak zorundaydı. Robot ile yapılan ıslak püskürtme işleminde bu sorunlar ortadan kalkmıştır. Hızlı kazı tekniği, aynı hızla parelel ilerleyen kaplama tekniğine ihtiyaç duymuştur. 10 m3/saatin üzerindeki kapasitesiyle ıslak püskürtme beton makinaları, hızlı tünel tekniğinin ilerlemesine yardımcı olmuştur. PÜSKÜRTME BAŞLIĞI MESAFESİ Püskürtülen beton yüzeyi ile püskürtme başlığı arasında 0,60 m-1,80 m arasında mesafe bulunur. Bu mesafe, en iyi sonucu alacak şekilde ayarlanır. Amaç en az geri sıçramayı ve en yüksek derecede sıkışmayı sağlamaktır. 16
Şekil 6. Püskürtme başlığının doğru kullanılması YAPIŞMA Tünel dizaynı,zemin ve kaplamanın birbirlerine olan etkisi göz önünde bulundurularak yapılır.bu nedenle, kaplama mümkün olduğunca zemine yakın olmalıdır.doğal gerilmeleri korumak amacıyla, zemin mümkün olduğunca bozulmadan korunmalıdır. Püskürtme beton kaplamanın kuru, temiz bir zemine yapışma gücü, zaman içinde artar.zemin ıslak, yumuşak ve pürüzsüz ise yapışma genelde zayıftır. İyi uygulanmış bir püskürtme beton kaplama su geçirmez. Ancak zeminden gelen suya karşı uygulama yapıldığında, çimento partikülleri uzaklaşır dayanım düşer ve yapışma azalır. Sert, kuru granit benzeri kayaçlarda yapışma, 1,4 Mpa ya ulaşırken, yumuşak ıslak zeminde sıfıra inebilir. Yumuşak veya ıslak zeminlerde püskürtme beton, invert ile takviye edilmeli, böylece yüklerin inverte transferi sağlanmalıdır. Rötre çatlakları yapışmayı azaltır.püskürtme betona ilave edilen çelik teller rötre çatlaklarına mani olurlar. Bu şekilde hasır donatılı püskürtme betona kıyasla daha mükemmel yapışma sağlanır. 17
GERİ SIÇRAMA Yüklenicinin bakış açısından,kayıp püskürtme beton: Kayıp Püskürtme Beton=Geri Sıçrama + Fazla kazının doldurulması+atık Proje dizaynında öngörülen püskürtme beton miktarı, uygulamada bu miktarın 2 katına çıkabilir.dolayısıyla maliyetlerde önemli bir faktördür. Resim 6.Püskürtme yapılan yüzeyin altına plastik örtü serilerek geri dökülen beton tartılır.içinde bulunan tel miktarı ve oranı,dizayn değerleri ile karşılaştırılır. BASINÇLI HAVA İHTİYACI Düzenli bir püskürtme beton uygulaması için yeterli havayı temin eden bir hava kompresörü gereklidir.basınçlı hava miktarı, ekipmana ve işlem şekline bağlıdır. KURU SİSTEM Hortum iç çapı-basınç ilişkisi aşağıdaki tabloda verilmiştir. 18
Hortum iç çapı (mm) 25 32 38 51 64 Kompresör kapasitesi m3/dakika(7atm basınçta) 10.0 12.5 17.0 21.0 28.0 Eğer 30 metre ve daha kısa malzeme hortumu kullanılıyor ise hava basıncı, 175 kpa dan (1.75 atm) daha düşük olmamalıdır.hava basıncı, her 15 metre ilave uzunluk için 35 kpa, her 8 metre kot farkı için 35 kpa arttırılmalıdır. ISLAK SİSTEM En az hava ihtiyacı, 7 atm basınçta 3 m3/ dakikadır. KÜR Püskürtme betona, klasik betonda olduğu gibi, dayanım ve dayanıklılığını arttırması için,kür uygulanması gerekir.en iyi metod, püskürtme betonu ıslak tutmaktır.çok tabakalı yapılmayacak ise,püskürtme malzemeler ile (parafin vb. ) ile kür yapılabilir. Eğer ortamda rutubet % 85 in üzerinde ise, ilave kür uygulanmayabilir. 19