İstanbul daki betonarme betonlarının kalitesinin tespiti (1972) (1976) Katkıların şantiye koşullarında taze ve sertleşmiş beton üzerinde etkisinin incelenmesi YAPI MERKEZİNDE BETON KONUSUNDA KİLOMETRE TAŞLARI AR-GE BÖLÜMÜ Yapı Maden Kireçtaşı Ununun puzolanik etkinlik testleri sonucunda çimento ile kısmen ikame edilebileceği ispatlandı. Kendiliğinden Yerleşen Betonda çok uzun süreli Beton deneyleri sonucunda kür şartlarının mekanik seri üretimde kullanma büyüklükler üzerinde etkisi aşamasına gelindi. Betonda boyut etkisi (2002) Geri kazanılmış B1500 betonu Yapı Merkezi Beton agregalı beton deneyleri (1999) Mevhibe İnönü tünelinde Laboratuvarı kurulması kullanılmak üzere Hava Ölçer Yüksek dayanımlı (2000) Ard germeli Prefabrik elemanlarda aleti geliştirildi. betonlarda gerilmeşekildeğiştirme ilişkisi düğüm noktası boyut toleransı kavramı Betonda Kümülatif (1998) tasarlandı ve Prekast elemanlarla toplamlar yöntemi (Cusum) (1995) 1:1 test edildi. l Betonda lekelenme oluşturulan çerçevenin ile kalite kontrol geliştirildi. probleminin çözülmesi şantiyede 1:1 testi (1993) (1994) Cam lifli betonda yatay yükler altında B1700 betonu alkali çürümesinin davranış testi Geliştirilen Nokta Yük deneylerle ispatı deney aleti ile betonun (1978) (1992) Çelik lifli püskürtme Yağmurlama test kalite kontrolu (1989) beton kaplama tasarımı düzeneği geliştirilmesi (1979) B1000 Yapı Merkezi Betonda Yıkıntısız yöntemle (1977) betonu Beton kalite kontrol sistemi geliştirildi. Söğütlüçeşme Ağır beton (1997) Şartnamesi Kartaltepe yaklaşım dolgusunda viyadük deneyleri uçucu küllü çimento enjeksiyonu Betonda büzülme araştırma raporu kirişlerinin Punch deneyi ile betonun Hafif agregalı beton projesi başlatıldı 1:1 test çekme dayanımının belirlenmesi edilmesi
KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETON ARAŞTIRMA PROJESİ AMACIMIZ : ÖZELLİKLE JAPON BETON TEKNOLOJİSİNDE KULLANIMI YAYGINLAŞAN AN KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETON KONUSUNDA BİLGİ BİRİKİMİMİZİ OLUŞTURMAK VE GELİŞTİRMEK SÜRDÜRÜLEBİLİR R ÜRETİM VE ÇEVRE AÇISINDAN, ATIK MALZEMELERİN (TAŞ Ş UNU, UÇUCU KÜL VB.) DEĞERLENDİRİLMESİİLMESİ ARAŞTIRMA PROJESİ İ ÇERÇEVESİNDE DENEYSEL ALETLERİN TASARIMI VE İMALATINI SAĞLAMAK UYGULAMAYA DÖNÜK OLARAK KATMA DEĞER ERİ İ YÜKSEK ÜRÜN TASARIMI
AR-GE BÖLÜMÜ TARAFINDAN YÜRÜTÜLEN KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETON DENEYLERİ İ HAKINDA KISA BİLGİ FÖYÜ HAZİRAN / 2002
Deneylerimiz Hakkında Genel Bilgiler : Aralık 2001 de Bölümümüz tarafından teori ve uygulamayı y içerecek şekilde hazırlanan ve sunulan Kendiliğinden Yerleşen Beton raporumuzu takiben Ocak- Mart 2002 de Kendiliğinden Yerleşen Beton da çok önemli bir işlevi üstelenecek olan özellikle Kireçtaşı Ununun ve Uçucu külün (Orhaneli) puzolanik etkinliği deneylerle araştırılmış ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Mayıs 2002 itibarı ile de Kendiliğinden Yerleşen Beton konusundaki ilk deneylere başlanmış ve çok kısa sürede tamamlanarak (Çizelge 2) Prefabrikasyon A.Ş nin üretimlerinde kullanılma aşamasına gelinmiştir. i Şantiye bazında ise kısa bir eğitim sürecini i takiben Kendiliğinden d Yerleşen Beton (KYB) hayata geçirilebilecektir.
Bu bilgi föyünde aşağıdaki özellikler kısaca incelenmiştir : 1) Katkı kullanım oranlarının basınç dayanımı ve maliyet bazında etkinliğiğ araştırılmıştır. 2) Çimento ve puzolanın değişen oranlarda kullanımının yerleşebilirlik ve basınç dayanımı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu kapsamda farklı puzolanik madde oranları için istenen beton sınıfına göre çimento/(çimento+puzolan) oranı % 27-% 55 olarak a seçilmiştir. Toplam ince madde miktarı (çimento+puzolan) o çoğunlukla u 550 kg/m 3, su / ince madde (çimento+puzolan) oranı ise genellikle sabit= 0.35 olarak seçilmiştir. Puzolan kullanılması, toplam ince madde miktarı (sabit) içinde çimentonun azaltılarak -özellikle C20-C35 sınıfı betonlarda- ekonomi sağlanması bakımından büyük önem taşımaktadır. 3) Puzolan bulunamadığı durumlar için ise iri agrega yüzdesi azaltılarak yeni bir karışım tasarımı yapılmıştır. 4) Kendiliğinden Yerleşen Betonun üretiminde kullanılacak yöntemler ve dikkat edilecek bazı kurallar da kısaca takdim edilmiştir.
YAPI MERKEZİ ATÖLYE TARAFINDAN GELİŞTİRİLEN EKİPMANLAR 3 14 / 54 4 14 / 40 8 8 / 30 6 14 / 35 60 cm 50 cm Yayılma testi Doldurma yeteneği testi (L kutusu literatürde mevcuttur, içindeki kafes ise tarafımızdan geliştirilmiştir) 80 cm Yayılma ve doldurma yeteneği testi (Konsan firmasının deney düzeneğinden esinlenerek geliştirilmiştir)
KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETONDA TEMEL İLKELER Toplam ince madde içeriği sabit Çimento İkincil bileşen aynı Puzolanik bileşen (kireçtaşı unu, uçucu kül) Çok ince kum (D maks < 1 mm) Hamurun deformasyon yeteneğini dikte ettiren faktörler Akışkanlaştırıcı k katkı Uygun su / ince madde içeriği Daneler arası sürtünmenin azaltılması Düşük iri agrega hacmi Optimum gradasyon İnce madde içeriği Değerlendirme notu : Kendiliğinden Yerleşen Beton da ince madde nin nerede ise çimento kadar önemli diğer bileşeni olan ikincil bileşen (dane boyutu <1 mm) özellikle puzolanik olması durumunda beton sınıfına göre 1m 3 betonda 300 kg/m 3 e varabilen ölçüde kullanılarak maliyet / dayanım optimizasyonu gerçekleştirilir.
Çizelge Ç g1 AR-GE Bölümünün Kendiliğinden ğ Yerleşen ş Beton için Öngördüğü ğ Karışım ş Bileşenleri ş ve Literatürsel Karşılaştırması (Bkz. Çizelge 2 DK 44-47, 49, 54) Miktar ve oran Miktar Oran V Literatürsel öneriler (kg/m 3 ) (t/m 3 ) (lt/m 3 ) M ç 400 3.1 129.0 M u.kül (veya M un ) 150 2.12 70.8 M ince m adde = M ç + M u.kül 550 199.8 450-600 kg/m3, 160-190 lt/m3 (+ M un ) M su 192.5 1 192.5 150-200 lt V hava 20 M akışkanlaştırıcı 3.8-6.6 (% 0.7-1.2) M ince madde M su / M ç 0.48 M su / M ince madde 0.35 0.28-0.45 D maks 20 mm V hamur 390 340-420 420 lt/m 3 V top. agrega 587.7 M No I 714.1 2.7 0.45 264.5 750-920 kg/m3 300-340 lt/m3 M taş tozu 474.3 2.69 0.3 176.3 M dağ kumu 377.6 257 2.57 025 0.25 146.9 Mince agrega (i.a) 852 323.2 710-900 kg/m 3, V i.a = 0.4-0.5 V harç V harç 715.5 M su / (M ince madde +M kum ) 0.14 0.12-0.17 V i.a / V no I 122 1.22 V i.a / V hamur 0.83 V i.a / V harç 0.45 < Ya yılma 65-75 cm 65-75 cm L kutusu H 1 /H 2 oranı > 0.8 > 0.8 f 1 17-22 MPa f 28 C 60 C 50 Teorik 0.5
Ele ekten geçe en (%) AR-GE BÖLÜMÜ KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETONDA AGREGA GRADASYONU 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 19 25 İnce İri Talbot eğrisi (Dmaks= 16 mm) Toplam ince madde içeriği > 500 kg/m 3 olan kendiliğinden yerleşen beton üretimleri için AR-GE önerisi (% 45 No 1, % 30 Taş tozu, % 25 Dağ kumu, Dmaks= 16 mm) Toplam ince madde içeriği iği = 450 kg/m 3 olan elemanlarda l (öngermesiz) kendiliğinden d yerleşen beton için denenmiş gradasyon (% 30 No 1, % 34 Taş tozu, % 36 38 Dağ kumu, Dmaks= 16 mm)
ÇİZELGE 2 MAYIS AYINDA GERÇEKLEŞTİRİLEN KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETON DENEY SONUÇLARI No Katkı Çimento (kg/m 3 ) Puzolanik bileşen (Uçucu kül) (kg/m 3 ) 1 gün (MPa) 28 gün (MPa) Kırım yoğunluğu (t/m 3 ) Su emme Numune sayısı 1. 2. Ort. 1. 2. Ort. 1 2 Laboratuvar denemeleri DK 44 YKS Glenium 51 18.1 18.9 18.5 61.1 60.1 60.6 2.34 2.33 4 8.5.2002 % 0.6 DK 45 YKS Ace 30 22.22 21.9 22.1 71.11 69.99 70.5 236 2.36 236 2.36 4 8.5.2002 % 0.6 DK 46 Sika Viscocrete 18.7 18.9 18.8 61.1 64.1 62.6 2.38 2.38 4 8.5.2002 % 0.77 DK 47 Onto 400 150 11.9 11.0 11.4 67.3 64.3 65.8 2.34 2.36 4 9.5.2002 %0.9 DK 49 Chryso 20.0 20.2 20.1 64.8 61.9 63.3 2.29 2.31 4 9.5.2002 % 0.85 DK 54 Konsan Smartflow 21.1 22.4 21.8 5 29.5.2002 % 1 DK 48 YKS Ace 30 300 200 22.7 22.1 22.4 70.8 66.9 68.8 2.37 2.35 4 9.5.2002 % 0.96 DK 50 YKS Ace 30 250 300 6.2 6.3 6.3 43.1 43.1 43.1 2.22 2.22 9.5.2002 % 0.5 DK 55 Konsan 450 0 18.3 18.2 18.3 29.5.2002 Smartflow % 1.2 Üretimde yapılan uygulama Ü 1 YKS Ace 30 250 300 55.1 56.4 55.8 2.34 2.30 2 9.5.2002 % 0.85 Ü 2 YKS Ace 30 435 115 2 23.5.2002 % 0.85 Ü 3 Konsan Smartflow 450 0 31.7 MPa (4 saatlik 2 30.5.2002 % 1.2 kür sonucu) Not : DK 54 ve DK 55 hariç tüm DK serisinde su / (çimento+uçucu kül) oranı 0.35'dir. DK 54'de 0.29, DK 55'de 0.38'dir. Üretim tarihi
YAPI MERKEZİ KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN Ş BETON DENEYLERİ DAYANIM İLİNTİLERİ Toplam ince madde = sbt.= 550 kg/m 3 (çimento+uçucu kül) 80 Katkı tiplerine göre dayanımdaki değişimi Basınç day yanımı (MPa) -15 cm küp p- 70 60 50 40 30 20 10 1 günlük 28 günlük 400 350 Değerlendirme notu : 300 250 200 150 Çimento miktarı (kg/m 3) 100 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 Su / çimento oranı Deneysel sonuçlar su/çimento oranı, çimento miktarı ve basınç dayanımı açısından irdelendiğinde su sonuçlar ön plana çıkmaktadır : Beklendiği gibi sabit kür süresinde, artan su/çimento oranına bağlı olarak basınç dayanımı düşmektedir. Dayanımlarda aynı su/çimento oranı için farklılıklar gözlenmektedir. Bu farklılığn temel kaynağı da kullanılan katkının kullanım yüzdesi ve kimyasal bağ yapısından gelen farklılıktır (diğer tüm faktörler aynı iken 28 günlük dayanımlar ortalama 5 MPa aralığında dağılmaktadır) Artan çimento miktarı ile basınç dayanımı verilen kür süresinde artmaktadır. Normal çimento miktarının (300 kg/m 3 ) altındaki 250 kg/m 3 çimento dozajında bile 28 günde C 35 düzeyinde dayanım elde edilmektedir.
YAPI MERKEZİ KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETON DENEYLERİ DAYANIM İLİNTİLERİ Toplam ince madde = sbt.= 550 kg/m 3 (çimento+uçucu kül) 80 mı (MPa) -15 cm küp- Katkı tiplerine göre dayanımdaki değişimi Bas sınç dayanı 70 60 50 40 30 20 10 1 günlük 28 günlük 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 Uçucu kül / çimento oranı 0.2 0.0 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 Su / ince madde oranı Değerlendirme notu : Kendiliğinden yerleşen betonun (KYB) önemli büyüklükleri olan su/ince madde oranı (ince madde=çimento+uçucu kül) ve uçucu kül/çimento oranı ile basınç dayanımı değişimiğ ş incelendiğindeğ şu burgular söz konusudur : Verilen kür süresinde beklendiği gibi su/ince madde oranı arttıkça basınç dayanımı negatif eğim ile düşmektedir. Yüksek basınç dayanımlarını ( C 50) sağlamak için su/ince madde oranı 0.3-0.35 dolayında alınmalıdır. Artan uçucu kül (Orhaneli- C tipi) / çimento oranı ile birlikte basınç dayanımı beklendiği gibi azalmaktadır (Bu analiz toplam ince madde miktarı= 550 kg/m 3 için yapılmıştır, toplam ince madde miktarı değiştiğinde anılan oranlar da doğal olarak değişecektir).
KYB da 150 kg/m 3 daha az çimento kullanılarak aynı dayanım elde edilmiştir. AR-GE BÖLÜMÜ 80 KYB (çimento+uçucu kül) toplam ince madde= 450-550 kg/m 3 Referans beton (uçucu kül % 0) toplam ince madde = 350-450 kg/m 3 mı (MPa) -1 5 cm küp- Katkı tiplerine göre dayanımdaki değişimi Bas sınç dayanı 70 60 50 40 30 20 10 Su /çimento oranı daha yüksek ancak dayanım aynı 1 günlük 28 günlük 500 450 400 350 300 250 200 150 100 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 Çimento miktarı (kg/m 3 ) Su / çimento oranı Değerlendirme notu (tüm deney verileri, ince madde miktarı değişken) : Kendiliğinden yerleşen betonda (KYB) toplam ince madde içinde artan oranlarda uçucu kül (veya kireçtaşı unu) kullanılması ile daha az miktar çimento kullanılarak -ekonomi yaratarak- daha yüksek dayanımlar elde edilmesi sağlanmaktadır. Su/ ince madde miktarı (çimento+uçucu kül) sabit tutularak su/çimento miktarı arttırılabilmekte -daha az çimento kullanılmakta- buna karşın uçucu külün puzolanik işlevi nedeni ile dayanım azalmamaktadır.
KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETON HAZIRLANMASINDA MİKSERDEKİ KARIŞTIRMA AŞAMALARI 1. Yöntem : Çimento Puzolan Agrega (iri ve ince) Nemlendirme suyu (1/2) Karıştırılır (30 sn) Karıştırılır Suyun kalanı (1/2) Akışkanlaştırıcı Karıştırılır (120 sn) Uygunluk testi sonrası beton iletilir 2. Yöntem : Çimento Puzolan İnce agrega Su Akışkanlaştırıcı Karıştırılır İri agrega Karıştırılır (30 sn) (80 sn) Uygunluk testi sonrası beton iletilir Değerlendirme notu : Betoniyerde veya santralda beton üretiminde klasik beton üretiminde de uygulanan 1.Yöntemin gerek literatürsel gerekse kendi deneylerimize göre Kendiliğinden Yerleşen Beton üretiminde de aynen izlenmesi uygundur. 1.Yöntem bir kaç kez uygulandıktan sonra 2.Yöntem kullanılarak daha hızlı üretim yapılabilir.
PUZOLANİK BİLEŞENİN (TAŞ UNU, U.KÜL) DAYANIM ÜZERİNDEKİ ETKİSİ Bası nç dayan nımı, f 28 (MPa) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 M su /M ç = 0.39 M su /M ç = 0.56 M su /M ç = 0.70 86.6 60.8 %42 artış %24 47.2 33.2 37.1 26.7 M ç =400 +M un =190 M ç =350 +M un =190 M ç =295 +M un =245 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 (Erik ve Pentti, 1999) (Uğurlu, 2000) (Gibbs,1999) % 27 PÇ 42.5 + puzolanik bileşen Kontrol Kendiliğinden yerleşen beton Not : Literatürdeki Kendiliğinden Yerleşen Beton verilerinin büyük çoğunluğunda referans beton değerleri mevcut olmadığından burada referans değerleri olan az sayıda veri örneklenmiştir Değerlendirme notu: Puzolanik bileşenin dayanım üzerindeki pozitif katkısı yukarıda örneklenmiştir. Görüldüğü üzere çimentoya (M ç ) eklenen puzolanın (M un,m kül )dayanım üzerinde %24-42oranında önemli bir etkisi söz konusudur. Bu da karışım tasarımında çimentonun -dolayısı ile maliyetin- azaltılması imkanını sağlamaktadır.
Katkının maliyeti (Milyo on TL /m 3 ) 20 16 12 8 4 0 AR-GE BÖLÜMÜ KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETONDA AKIŞKANLAŞTIRICI KATKI MALİYETİ 11.6 14.2 13.1 15.7 15.7 7.7 Katkı A Katkı B Katkı C Katkı D Katkı E Katkı F % 1.1 % 1 % 0.8 % 1.3 % 1.2 % 1.0 Değerlendirme notu : Kendiliğinden yerleşen betonda kullanılan yeni nesil (polikarboksil bazlı) katkıların etkinliğinin belirlenmesi amacı ile yapılan deneylerde kullanılan katkılardan biri hariç (katkı F) tümü ithal katkıdır. İthal katkılara (ort. 1.85 $/kg) kıyasla dozaj ve dayanım açısından önemli bir farklılık getirmeyen yerli katkı k (~1.0 $/kg) ile klasik betona yakın bir maliyet ve maliyet/dayanım performansı elde etme imkanı olduğu gözlenmektedir. Pa) Birim day yanım maliye eti (Bin TL /M 300 250 200 150 100 Toplam ince madde = 550 kg/m 3 (400 kg/m 3 çimento + 150 kg/m 3 uçucu kül) Su/bağlayıcı madde oranı = 0.35 Klasik akışkanlaştırıcı katkı (% 1.5) maliyeti C50 için i 5.7x10 6 TL /m 3 50 0 28 günlük dayanımlar (C 50) bazında 185 235 186 238 248 120 Katkı AKatkı B Katkı CKatkı D Katkı E Katkı F
PREFABRİKASYONDA İ VE ŞANTİYEDEKİ İ UYGULAMALARA BAZI ÖRNEKLER
KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETONUN MALİYET KARŞILAŞTIRMASI Ma aliyet (Milyo on TL/m 3 ) 60 50 40 30 20 10 Normal beton KYB 1 C 50 C 50 45.7 44.8 KYB 2 C 40 49.0 Değerlendirme notu : 0 Çimento : 480 kg/m 3 Çimento : 400 kg/m 3 Çimento : 450 kg/m 3 su /çimento oranı = 0.35 Uçucu kül : 150 kg/m 3 Uçucu kül : - % 32 No 2 su /çimento oranı = 0.35 su /çimento oranı = 0.35 % 30 No1 % 45 No 1 % 30 No 1 + % 28 T.tozu + % 30 T.tozu + % 34 T.tozu + % 10 Kum + % 25 Kum + % 36 Kum Çimento Uçucu kül Kum Mıcır 1 Mıcır 2 Taş ş tozu Su Katkı Dayanım-maliyet ilişkileri konusundaki çalışmalarımız sonucunda çimento+puzolan (uçucu kül veya kireçtaşı unu) ve yerli akışkanlaştırıcış ş katkı kullanmak koşuluş ile Kendiliğindenğ Yerleşenş Beton (KYB 1) maliyeti Prefabrikasyon A.Ş de uygulanan aynı beton sınıfı (C 50) maliyeti ile aynı düzeye getirilmiştir (Daha düşük dayanımlı betonlar için de bu optimizasyonu yapmak mümkündür). Puzolanik maddenin olmaması durumu için ise maliyetlerde önemli bir farklılık getirmeyecek ikinci bir tasarım yapılmıştır (KYB2).
KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETON KONUSUNDA LİTERATÜRSEL VE DENEYLERİMİZDEN KAZANILAN ALTIN KURALLAR Konulacak polikarboksil akışkanlaştırıcının tümü nemlendirmeyi takiben 1dkiçinde konulmalı, üzerine suyun kalan kısmı eklenmelidir. Katkının koyulmasında gecikme olması veya sonradan ilave katkı eklenmesinin akışkanlık üzerinde etkisi yok denecek kadar azdır, ayrıca betonun kohezif yapısını bozar. Prefabrikasyon tesisinde (kapalı ortam) beton kovası ile yapılacak kademeli dökümlerde iki döküm arasındaki sürenin tercihen 10 dk yi, kesinlikle 20 dk. yı geçmemesi gereklidir (Dökümün beton hortumu ile kalıbın altından ve gövdeden yapılması durumunda zaman kullanımı daha esnek olabilir). 1 2 3 4 Akışkanlaştırıcının eklenme zamanı (dk) Şantiyede (açık ortam) yapılacak kademeli dökümlerde ise beton döküm işleminin kolon eleman kalıplarında gövdeden, kiriş tipi eleman kalıplarında alttan açılacak deliklere kelepçeli bağlanacak beton hortumları ile yapılmalıdır. Kalıp tümü ile dolduğunda elektrikli kumanda ile tek taraflı (shut-off) valf otomatik kapatılacaktır. Döşeme tipi elemanlar için ise birden fazla betoniyer tek seferde tüm döşeme dolmak koşulu ile aynı anda döküme başlamalıdır.
AR-GE BÖLÜMÜ OLARAK TEŞEKKÜR EDERİZ. Y.Müh. Levent ALPERGİN ve ekibi Y.Müh. Adnan DONDURMACI Y.Müh. Yusuf YENİLMEZ Tekniker Mehmet TOPÇU Tekniker Kenan ERDEM Ekipmanların hızla, en iyi şekilde imalatı için Güzel video çekimi ve deneylere katkısı için Üretimde 1:1 denemelerdeki katkısı için Deneylerde gösterdikleri gayret ve itina için Stajyer Gökhan AKTEMUR Ayrıca Y.Müh. Orhan MANZAK ve Y.Müh. Müfid BAYKAL a çeşitli katkıları için teşekkür ederiz.