BETON BASINÇ DAYANIMININ BELİRLENMESİ Sakarya Üniversitesi
Betonun basınç dayanımı, eksenel basınç yükü etkisi altındaki betonun kırılmamak için gösterebileceği direnme kabiliyeti olarak tanımlanabilir. Basınç mukavemeti beton kalitesinin bir ölçüsüdür ve sınıflandırma bu kaliteye göre yapılır. Çünkü bunu etkileyen faktörler genellikle diğer bütün mekanik özelliklerini de aynı şekilde etkiler.
TAHRİBATLI DENEY METOTLARI Beton basınç dayanımının belirlenmesinde kullanılan tahribatlı deney metotları ile Standart deney yöntemi ve Karot numunelere uygulanan basınç dayanımı yöntemi kastedilmektedir. Her iki yöntemde de hazırlanan veya kesilen beton numunelerinin deney presinde kırılması esasına dayanır.
Standart Deney Yöntemi Taze betondan hazırlanan standart boyutlu numunelerin beton standartlarında belirtilen süre ve koşullarda kür edildikten sonra kırılmaya tabi tutuldukları yöntemdir.
Beton numuneler taze halde iken ölçüleri belirlenmiş (15x30 cm lik silindir veya 15x15x15 cm lik küp) metal, ahşap veya plastik kalıplara standartlara uygun şekilde yerleştirilmektedir. Kalıp içersinde 24 saat bekleyen ve prizini alıp kısmen sertleşen beton kalıbından sökülerek genellikle 28 gün olmak üzere kür havuzuna konulmaktadır. Beton numuneler 23 C derece ısıya sahip temiz su içersinde bekletilen beton numuneler 28. gün sonunda kür havuzundan çıkartılmak suretiyle, kırılma işlemine tabi tutulmaktadır. Deney presi olarak adlandırılan makine vasıtasıyla üniform basınç yükü uygulanarak numuneler kırılmaya maruz kalmaktadır.
Standart deney yöntemini etkileyen faktörler Standart basınç deneyi yöntemi kolay bir deney olmasına rağmen deney sonuçlarını etkileyen bazı faktörler mevcuttur. Deney metoduna göre sonuçları etkileyen faktörleri aşağıda belirtilen şekilde gruplamak mümkündür.
Numune şekli ve boyutu: Silindir veya küp numune olsun genellikle numune boyutları küçüldükçe dayanım değerleri artmaktadır. Küp numuneler üzerinde elde edilen basınç dayanımları, silindir numuneler üzerinde elde edilen basınç dayanımlarından daha fazla olmaktadır. Tüm koşullar sabit tutulduğunda, standart silindir numuneden elde edilen dayanım standart küp numuneden elde edilen dayanımın yaklaşık %85 i kadardır. Ayrıca silindir numunelerde boy-çap oranı arttıkça dayanım azalmaktadır.
Numunenin nem durumu: Numunelerin kürü yapılırken standart yöntemle deneye tabi tutulacak numunelerin %95 bağıl nem ortamında tutulmaları gerekmektedir. Kırılma esnasında ise normal nem oranına sahip olmaları istenmektedir. Aynı betondan üretilen fakat nem oranları farklı betonlarda dayanım farklılığı oluşmaktadır. Kuru numuneler nemli numunelere göre daha yüksek dayanım göstermektedirler.
Yükleme hızı: Genellikle standart deney yönteminde numuneler 2 3 dakika içersinde kırılmaktadır. Beton numuneye uygulanan yükün hızı azaldıkça numune daha küçük bir yük altında kırılmaktadır. Yani daha düşük yük hızı uygulanan numunelerde elde edilen basınç dayanım değeri az olmaktadır. Deney ortamı sıcaklığı: Deneyin yapıldığı ortam sıcaklığı yükseldikçe numunelerden elde edilen dayanım değerleri düşmektedir.
σ=p/a σ = Gerilme değeri (kg/cm2) P = Numunenin kırılma yükü (kg) A = Numune kesit alanı (cm2)
Karot Yöntemi Sertleşmiş betondan kesilerek çıkartılan karot numunelerin kırılmaya tabi tutuldukları Karot numunelere uygulanan basınç dayanım yöntemi dir. Numuneler karot makinesi olarak adlandırılan özel bir alet vasıtasıyla alınırlar.
Karot alım yerlerinin seçilmesi Karot alınacak yerin seçilmesi işleminde yapının neresinden karot alınacağına karar vermeden önce taşıyıcı elemanlardaki olası gerilme dağılımlarını, yapı elemanlarındaki dayanım farklılığını ve karot alınma amacının bilinmesi gerekir.
Bir yapıda kolondan karot alınacağı takdirde en yüksek dayanım altta, en düşük dayanım ise üstte olacak şekilde aşağıdan yukarıya doğru artan dayanım değerleri mevcuttur Bir yapıda kolondan karot alınacağı takdirde en yüksek dayanım altta, en düşük dayanım ise üstte olacak şekilde aşağıdan yukarıya doğru artan dayanım değerleri mevcuttur
Karot boyutlarının seçilmesi Karot boyutlarını seçerken en önemli etken narinlik oranı olarak tanımlanan yükseklik/çap oranıdır. Genellikle λ ile ifade edilen narinlik oranı, 1 2 arasında değişkenlik gösterir. Ulusal standartlarında küp kullanılan ülkelerde narinlik oranı büyüklüğü 1 veya 1 e yakın değerde alınır.
Karot kesme işlemi Sertleşmiş betonlarda karot alınırken beton numunesi alınmadan önce işaretlenen ölçüm yerleri donatı tarayıcı cihaz ile taranır. Donatının en az bulunduğu noktalar seçilmelidir. Karot alınacak yerler işaretlenip ve ölçüm yerleri numaralandırılır. Yapı bileşenlerinin adı, betonun yaşı, karotların yerleştirme doğrultusunda ya da bu doğrultuya dik doğrultuda (yatay veya düşey) alındıkları ve yapı bileşenlerinin boyutları ile karot alma doğrultusuna paralel boyutu belirtilmelidir.
Karot laboratuar deneyleri Karot numunelerin kürü ve hazırlanması işlemlerinde laboratuarda hazırlanan deney numuneleri deney anına kadar oda sıcaklığında ve saklanmalıdır. Deney numuneleri deney esnasında hava kurusu halde olmalıdır. Eğer deney numunesinin alındığı yapı veya yapı bileşeni hizmet şartlarında sürekli olarak su ile temasta ise deney numunelerinin kürü su içinde yapılmalıdır. Yapılardan alınan deney numuneleri incelenerek, deney şartlarına uygun olmayan numuneler deneye alınmamalıdır. Numunelere başlık yapılırken % 70 kükürt ve % 30 grafitten meydana gelen karışım kullanılmalıdır.
Karot basınç değerlerine etki eden faktörler Karot narinliği: Karot narinliği olarak tanımlanan λ değeri, basınç dayanımını önemli ölçüde etkiler. Bu nedenle anılan geometrik oranına etkisi karot basınç deney sonuçlarının değerlendirilmesinde bir düzeltme faktörü ile özenle göz önünde tutulmalıdır. Karot basınç dayanımları, standart ø150*300 mm cinsinden ifade edilecek ise mümkün mertebe alınacak karotların narinlik oranları 2 ye oldukça yakın ve 2 olmalıdır.
Karot çapı: Genellikle karot numunenin çapı 15 cm olmalıdır. Numune çapları betonda kullanılan en büyük agrega tane boyutunun üç katından fazla olmalıdır. Bu konuda yapılan çalışmalar neticesinde belirli numuneler üzerinde tek tek elde edilen basınç dayanım değerleri, numune çapı küçüldükçe, ortalama değerden daha çok sapma göstermektedir. Yani küçük çaplı numunelerde daha fazla sayıda numune kullanılmalıdır.
Karotun (düşey/yatay) alınma şekli: Beton döküm yönünden, kaynaklanan malzemenin heterojenliği karotların basınç değerlerini etkiler. Genellikle yatay alınmış karotlar düşey alınmış karotlara kıyasla narinlik oranı ve yaştan bağımsız olmak üzere daha zayıf dayanım göstermektedirler. Donatı etkisi: Karot alımı esnasında numune içinde bulunan donatının basınç dayanımı üzerindeki etkisi dikkate alınmalıdır. İçinde donatı bulunan karotun basınç dayanımında azalma olmaktadır. Beklenen muhtemel dayanım azalma oranı yaklaşık %10 civarındadır.
Kür süresi ve koşulları: Uygulamalı beton teknolojisinden gayet iyi bildiği gibi ortalama şantiye koşullarında yerinde dayanım standart laboratuar numunelerinin dayanımının %77 si kadardır. Üretilen betonun, yapıda sürekli biçimde kuru hava (%55 60 bağıl nem) koşullarında kür edilmesi koşullarında bu oran %50 60 aralığına kadar düşebilir. Eleman bazında bakıldığında anılan oran kolonda %65, döşemelerde %50, kirişlerde %75 alınmaktadır. Bu değerler 150 mm küp standart laboratuar dayanımları cinsindendir.
Karot numunelerinin nem oranı: Karot numunelerinin nem oranı basınç dayanımını etkileyen önemli bir faktördür. Tamamen suya doymuş karotların dayanımları kuru ortamda kür edilmiş karotların dayanımlarına kıyasla daha düşük olmaktadır.
Tahribatlı Yöntemlerin Dezavantajları Uygulama, silindir veya küp şeklindeki özel deney numuneleri ile sınırlıdır. Deney sonunda numune kırıldığı için bir numune üzerinde ancak bir kez basınç dayanımı ölçümü yapılabilmektedir. Kırılma yöntemlerinin uygulanabilmesi oldukça pahalı aletlerle yapılabilmektedir.
TAHRİBATSIZ DENEY METOTLARI Tahribatlı yöntemlerin getirdiği dezavantajları azaltmak amacıyla betonun kırılma işlemine tabi tutulmadığı deney yöntemleri geliştirilmiştir. Bu tür yöntemlerle basınç dayanımının bulunabilmesinde kırılma işlemi yer almadığı için, bunlara Tahribatsız (Hasarsız) deney yöntemleri olarak genel bir isim verilmektedir
Tahribatsız Metotlarının Avantajları Değişik şekil ve boyutlardaki betonlar üzerinde uygulayabilmek mümkündür. Tahribatsız deney yöntemlerinin uygulamasında kullanılan aletler, kırılma yöntemindeki aletlerden çok daha ucuz, basit ve çabuktur. Betonun kırılma işlemi yer almadığı için aynı beton üzerinde değişik zamanlarda tekrar tekrar ölçüm yapabilmek mümkündür.
Yapıdaki betonun değişik bölümlerinin aynı nitelikte olup olmadığı veya çok sayıdaki aynı elemanın (prekast elemanlar gibi) aynı özelliklere sahip olup olmadıkları kolayca kontrol edilebilmektedir. Yangın veya don gibi etkenler altında, beton kalitesinin ne ölçüde değişmiş olacağı kolayca kontrol edilebilmektedir.
Fakat tahribatsız yöntemlerin avantajlarının yanı sıra her tahribatsız yönteme has sınırlılıklar mevcuttur. Tahribatsız yöntemler betonun diğer mekanik özellikleri ile basınç dayanımı arasındaki ilişkiler baz alınarak oluşturulmaktadır. Bu nedenle tahribatsız testler tamamen tahribatlı yöntemlerin yerine kullanılamaz. Öncesinde kırılma testleri ile kalibre edilmelidirler.
Beton Test Çekici (Schmidt) Metodu Beton test çekici olarak adlandırılan alet, sertleşmiş betonun yüzey sertliğini ölçmektedir. E. Schmidt isimli İsviçreli bir mühendis tarafından 1948 yılında geliştirilen alet, Schmidt çekici veya Beton tabancası gibi isimlerle de anılmaktadır.
Darbe silindiri Test yapılan yüzey Kılıf Gösterge ve gösterge kılavuzu Skala (taksimat) Tespit düğmesi Çekiç kılavuz çubuğu Disk Ön kapak İki parçalı yüzük Arka kapak Basınç yayı Çengel Çekiç kütlesi Tutma yayı Darbe yayı Kılavuz yuvası Keçe temizleyici Kırılmaz cam pencere Serbest bırakma vidası Kilitleme somunu Pim Çengel yayı
Deneyin Yapılışı (TS 3260) 1. Uygun bir alet seçilir ve doğru çalışıp çalışmadığı kontrol edilir. 2. Beton yüzeyinin düzgün, temiz, kuru ve kalıba gelen tarafı tercih edilir. 3. Yüzeyde çatlamış fakat kopmamış bir tabaka var ise bu tabaka bir aşındırıcı araç ile alınmalıdır. 4. İyi sıkıştıramama ve çimento şerbetinin akıp gitmesi parçalanma veya yontma sonucu oluşan kaba yüzeyler güvenilir sonuçlar vermezler. 5. Gerçeğe yakın iyi bir ortalama bulmak için en azından 9 ve genellikle 25 i aşmayan okuma elde etmek gerekir.
7. 9 ile 25 arasında değişen ayrı ayrı alınan okumalar 300x300 mm yi geçmeyen bir alan üzerinde kısıtlama bütün bir taşıyıcıyı veya bileşen üzerinde rast gele okumalar almaktan normal olarak daha iyidir. 8. 20-50 mm lik karelajlar yapılmalı,bunların kesiştiği yerler okuma noktaları olarak alınmalıdır.bu işlem,deneyi yapana okuma noktalarının seçiminde daha objektif olmasını sağlar. 9. Durum gerektirirse,bir taşıyıcı veya bileşen üzerinde birden fazla deney yapılmalıdır.
10. Deneyler arasındaki farklar o taşıyıcı veya bileşen betonu değişkenliği için bir ölçü olacaktır. Böylelikle deneyler beton döküm derinliğine göre değişik sonuçlar verecektir. Buda beton döküm derinliğinin üst ve altlarında yerleşerek sıkışmanın ve çimento şerbetinin akmasının doğurduğu su-çimento oranları arasındaki farklılıkların yansımasıdır.
11.Beton döküm derinliği daha az olan yerlerdeki sonuçlarında daha düşük değerler elde edilir. 12.Ortalamayı alırken en büyük ve en küçük değerler hariç olmak üzere, bütün okumalar 13.Genellikle okumalar arasındaki farkların, beton dayanımı arttıkça küçüldüğü, kalın agreganın miktarı ve büyüklüğü arttıkça büyüdüğü görülür. 14.Çarpmaların uygulanacağı noktalar, çarpmalardan veya beton bileşenindeki sürekliliğin önemli ölçüde kesintilere uğradığı yerlerden en az 20 mm uzaklılkta olmalıdır.
15.Beton donatı demirlerinin yüzeye olan uzaklıkları normal ise sertlik değerleri üzerine bir etkisi yoktur. 15.Fazla narin olan kirişler, kalınlığı 100 mm den az olan ince paneller ve döşeme betonları, çarpma altında titreşen bölgelerde daha düşük değer verir. 16.Uygulama yönleri çoğunlukla yatay veya düşeydir. Ancak uygulama değiştirmemek koşuluyla, deney herhangi bir yönde gerçekleştirilebilir. 17.Deneyin yapıldığı belirli bir yön için düzeltmeler veya kalibrasyon değerleri aletle birlikte verilmelidir.
19.Her deneyde elde edilen 9 ile 25 adet arasındaki okumanın ortalaması, en büyük ve en küçük okumalar, standart sapma ve değişme katsayısıları belirtilir. 20.Sertlik deney çekicinin uygulandığı yapı bileşenin betonu ile aletin kalibrasyonun da kullanılan deney numunesin betonu arasındaki benzerliği derecesini belirtir.
Beton Test Çekici Değerini Etkileyen Faktörler Darbenin uygulandığı yön: Aynı kalitedeki bir beton blokta yer çekimi etkisiyle,yukarıdan aşağıya doğru yapılan uygulamalarda daha yüksek, aşağıdan yukarıya doğru yapılan uygulamalarda ise daha düşük okumalar alınmaktadır. Beton yüzeyinin ıslak veya kuru olması durumu: Yüzeyi ıslak olan betonlarda daha düşük geri sıçrama değerleri elde edilmektedir.
Beton yüzeyinde karbonatlaşmanın olup olmaması durumu: Karbonatlaşmış beton yüzeylerinden diğer normal betonlara göre daha yüksek değerler elde edilmektedir. Darbenin beton yüzeyindeki iri agregalar üzerine veya donatılar üzerine uygulanıp uygulanmaması durumu: Test çekicinin betondaki iri agrega üzerine uygulanması durumunda veya darbe uygulanan yüzeyin hemen altında betonarme demir çubuklarının bulunması durumunda daha yüksek geri sıçrama değerleri elde edilir.
Ultrasonik Hız Yöntemi Ultrasonik hız metodu, beton içerisinden geçen ultrasonik dalganın, geçme hızını ölçmekten ibarettir. Hızın hareket zamanı, elektronik olarak ölçülür. Algılayıcılar arasındaki uzaklık, hareket zamanına bölündüğünde dalga ilerlemesinin ortalama hızı elde edilir.
V t l V = l/t = Ses hızı, (km/sn) = Ses geçiş süresi, (sn) = Ölçü boyu, (km)
Ultrasonik hız metodu beton içerisinden geçen ultrasonik dalganın,geçme hızını ölçmekten ibarettir. Algılayıcılar arasındaki uzaklık hareket zamanına bölündüğünde dalga ilerlemesinin ortalama hızı elde edilir. Ölçülen bu hız betonun bir çok özelliğinin belirlenmesinde kullanılır. Bu teknik,yerinde ve laboratuar numunelerinde rahatlıkla kullanılabilir. Elde edilen sonuçlar betonun şeklinden ve büyüklüğünden etkilenmemektedir. Ancak yinede çok küçük numuneler deneye tabi tutulurken dikkatli olunmalıdır.
Ultrasonik hız tekniği, betonun mukavemetinin, homojenliğinin, elastisite modülün, döküm özelliklerinin ve çatlakların varlığının belirlenmesinde kullanılabilir. Eğer çatlaklar tamamıyle su ile dolu ise çatlakların yerinin belirlenmesi oldukça zorlaşmaktadır.
Genel olarak çok yüksek hızların (< 4570 m/s) çok kaliteli betonun göstergesi ve çok düşük hızların da (< 3050 m/s) kalitesiz betonun göstergesi olduğu bilinmektedir. Hızdaki periyodik ve sistematik değişimler, betonun kalitesinde de aynı şekilde değişimler olduğunu göstermektedir.
Ultrasonik hız ve mukavemet arasındaki ilişkiler bir çok değişkenden etkilenir. Betonun yaşı, su muhtevası, agrega çimento oranı, agrega tipi ve donatı yeri değişkenlerinden sayılabilir. Bu sebepten dolayı ultrasonik hız metodu betonun sadece kalite kontrolün de kullanılmalıdır. Genel olarak hız datasının mukavemet parametreleriyle kolerasyonları başarılı olmaktadır.
Deneyin Yapılışı 1.Ölçüm noktaları, cihazın gönderici ve alıcı uçları karşılıklı paralel olacak şekilde seçilmeli ve cm cinsinden ölçülmeli hesaplamada km kullanılmalıdır. 2.Düzgün olmayan (pürüzlü) beton yüzeyi ölçüm noktaları zımparalanarak düzgün hale getirilir. 3.Alıcı ve gönderici uçlara kontak maddesi sürülür. 4.Uçlar beton ölçüm noktalarına sıkıca bastırılır ve cihazdan geçiş süresi (μs) mikro saniye cinsinden okunur ve saniyeye çevrilir.
Olabilecek Önemli Hatalar Kontak maddesi çok kalın olabilir. Uçlar yüzeye sıkıca temas etmeyebilir. Deney numunesi çok nemli olabilir. Çatlak veya bozulmuş kısımlar olabilir. Ses geçiş doğrultusunda paralel çok sıkı donatı bulunabilir. Cihazı yapan firma tarafından verilen en az ve en çok kalınlık sınırları aşılabilir.
Ses hızı ile betonun kalitesinin tahmin edilmesi Ses hızı (v) km/sn Beton kalitesi > 4,5 Mükemmel 3,5 4,5 İyi 3,0 3,5 Şüpheli 2,0 3,0 Zayıf < 2,0 Çok zayıf
Bileşik Metotlar Beton test çekiciyle elde edilen geri sıçrama değerlerinin kullanılmasıyla beton basınç dayanımı yaklaşık olarak bulunabilmekle beraber, bu yöntem, beton yüzeyinin sertliği ile ilgilidir. Geri-sıçrama değerleri, betonun içerisinde bulunan boşluklar ve yoğunluk hakkında bir bilgi vermemektedir. Sadece, basınç dayanımları yüksek olan betonların yüzeylerinin de daha sert olacağı esasına dayanmaktadır.