Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği i BölümüB Beton ve Betonarme Yapılarda Kalıcılık k (Durabilite( Durabilite) Doç. Dr. Halit YAZICI http://kisi.deu.edu.tr/halit.yazici/
MÜHENDİS - MİMARIN MARIN GÖREVG REVİ İSTENEN DAYANIMDA DAYANIKLI (DURABİLİTE) EKONOMİK İŞLEVSEL LEVSEL- FONKSİYONEL GÜZEL- ESTETİK YAPININ; BELİRL RLİ BİR R GÜVENLG VENLİKLE YÜKLER TAŞINMALI KALICI DENECEK KADAR UZUN ÖMÜRLÜ KIT KAYNAKLARIN VERİML MLİ KULLANIMI İHTİYACA CEVAP VEREN İNSAN DOĞASI OLMASINI SAĞLAMAKTIR. 5
NEDEN BU KADAR YAYGIN Suya dayanıkl klı İstenen şekil verilebilir (başlang langıçta plastik kıvamda, sonra sert ve sağlam) Uzun ömürlü Kolay Temin edilebilme Ekonomik Bakım m masrafları düşük
BETON ÇOK FAZLI (KOMPOZİT) MALZEME Su Kimyasal Katkı Çimento BETON Mineral Katkı Đri agrega Đnce Agrega
ÇĐMENTO BAĞLAYICI ĐRĐ AGREGA İSKELET ĐNCE AGREGA DOLGU SU MĐNERAL KATKI KĐMYASAL KATKI HİDRATASYON + İŞLENEBİLİRLİK PUZOLANİK REAKSİYON + FİLLER TAZE ve SERTLEŞMİŞ BETON ÖZELLİKLERİNİ GELİŞTİRMEK
BETON DÜNYADA D EN YAYGIN KULLANILAN TAŞIYICI SİSTEM S STEM MALZEMESİDİR
Petronas kuleleri: BETONARME 451.9 m yükseklik y
Proje adı Süre Maliyeti Sahibi Kat sayısı Burj Gökdeleni (Şubat 05 ~ Haziran 09) 876,000,000 $ EMAAR 160 Haberleşme (L160) Yükseklik 800m üstü 260.000 m 3 beton Çekirdek betonu: 80-100 MPa Ofis (L153) Ofis (L123) Rezidans (L108) Otel (L39)
UYGUN BİR B ŞEKİLDE; BETON TASARLANMIŞ, ÜRETİLMİŞ, YERLEŞTİRİLM LMİŞ SIKIŞTIRILMI TIRILMIŞ, BAKIMI YAPILMIŞ ve KORUNMUŞ ise UZUN YILLAR HERHANGİ BİR R BAKIM VE ONARIM GEREKTİRMEDEN RMEDEN HİZMETH ZMETİNİ SÜRDÜRÜR. R.
DOĞA A YASASI GENEL BİLGB LGİLERLER TERMODĐNAM NAMĐK K DENGE HALĐ MADDELER EN DÜŞÜK D K ENERJĐLĐ DOĞAL KONUMLARINA GEÇMEYE EĞĐE ĞĐLĐMLĐDĐR DEMĐR R OKSĐT ENERJĐ ÇELĐK PASLANMA DEMĐR R OKSĐT DOĞAL TAŞ BĐNLERCE YIL DOĞADA OLUŞMU MUŞ YÜKSEK DERECELĐ TERMODĐNAM NAMĐK K STABĐLĐTEYE TEYE SAHĐPT PTĐR. 13
TÜM M YAPI MALZEMELERİ ZAMANLA YIPRANIRE, BOZULUR, YAŞLANIR MÜHENDİS S BU YIPRANMA KOŞULLARINI DİKKATE ALARAK TASARIM YAPMALIDIR AKSİ HALDE EKONOMİK K KAYIPLAR ve GÜVENLİK K ZAAFİYETLER YETLERİ KAÇINILMAZ OLUR
GENEL BİLGB LGİLERLER YAPAY TAŞ OLUMSUZ KOŞULLAR (BETON, BETONARME) BOZULMA Başlangıç Bakım sonrası P E R F O R M A N S Minimum kabul Edilebilir sınır Bakım öncesi SERVĐS ÖMRÜ Bakım sonrası Bakım öncesi Son Zaman 15
BETONARME YAPILARIN İÇ VE DIŞ ETKENLERLE BOZULMASI Fiziksel ve mekanik Kimyasal ve biyolojik Donatı korozyonu çatlama dökülme, kapak atma dayanım ve rijitlik kaybı deformasyonlar Boşluk yapısının değişimi ve geçirimliliğin artışı Bozulma olayının hızlanması 16
FĐZĐKSEL VE MEKANĐK ETKĐLER KÜTLE KAYBI ÇATLAMA AŞINMA, EROZYON, KAVĐTASYON DONMA ÇÖZÜLME, BUZ ÇÖZÜCÜ TUZLAR, ISLANMA KURUMA, YANGIN, YÜKSEK SICAKLIK AŞIRI YÜKLEME, TEKRARLI YÜKLEME, YORULMA, BOY VE HACĐM DEĞĐŞĐMĐ DARBE ETKĐSĐ 17
KĐMYASAL VE BĐYOLOJĐK ETKĐLER I. GRUP HĐDROLĐZ, YIKANMA II. GRUP Agresif kimyasallarla iyonizasyon reaksiyonları III. GRUP GENLEŞEN KARAKTERDE ÜRÜN AÇIĞA ÇIKARTAN REAKSĐYONLAR Ca ++ IYONLARININ ÇÖZÜNEBĐLĐR VEYA ÇÖZÜNMEYEN ÜRÜNLERE BAĞLANMASI Ca ++ ve Mg ++ Đyonlarının CSH yapısında yerdeğişimi -SÜLFAT ETKĐSĐ -DEF -TOMASĐT OLUŞUMLARI -ASR -ACR -CaO VE MgO NUN GECĐKMĐŞ REAKSĐYONLARI -DONATI KOROZYONU 18
TÜM M ETKİLER LERİN N BİR B R ARADA Örnek: Deniz suyu etkisi OLMASI (Fiziksel+Mekanik+Kimyasal+Biyolojik Etki) Etkilerin Diğer Etkileri Tetiklemesi Kimyasal Etki Mekanik Etki Geçirimliliğin Artması Çatlak 19
ÇİMENTO HARCI İÇ YAPISI KAPĐLER BOŞLUKLAR JEL BOŞLUKLARI JEL PARTĐKÜLLER LLERĐ (lifsi Yapı,, Amorf, Çapraz Bağlı,, 90 A ) A ) CSH + CAH, vb. HĐDRATE BĐLEB LEŞENLER ENLER + Ca(OH) 2 + HĐDRATE H OLMAMIŞ ÇĐMENTO + SU BOŞLUKLARININ BIRAKTIĞI I GÖZENEKLER. G 20
Beton: Karmaşı şık k içi yapı Gözenekler Kum tanesi Çimento tanesi Kalsiyım hidroksit
ÇİMENTO HARCI-BO BOŞLUKLU YAPI SIKIŞTIRMA BOŞLUKLARI HAVA BOŞLUKLARI KAPĐLER BOŞLUKLAR JEL BOŞLUKLARI 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 Kapiler boşluklar Jel boşlukları Sıkıştırma boşlukları Hava boşlukları Kalıcılığı (dayanıklılık, durabilite) büyük ölçüde etkiler 22
ÇİMENTO HARCI-BO BOŞLUKLU YAPI SIKIŞTIRMA BOŞLUKLARI HAVA BOŞLUKLARI KAPĐLER 10-2 10-4 10-6 Kapiler boşluklar Sıkıştırma boşlukları Hava boşlukları Kalıcılığı (dayanıklılık, durabilite) büyük ölçüde etkiler BOŞLUKLAR JEL BOŞLUKLARI 10-8 10-10 Jel boşlukları 23
ÇİMENTO HARCI-BO BOŞLUKLU YAPI SIKIŞTIRMA BOŞLUKLARI HAVA BOŞLUKLARI KAPĐLER BOŞLUKLAR JEL BOŞLUKLARI 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 Kapiler boşluklar Sıkıştırma boşlukları Jel boşlukları Hava boşlukları Kalıcılığı (dayanıklılık, durabilite) büyük ölçüde etkiler 24
ÇİMENTO HARCI-BO BOŞLUKLU YAPI SIKIŞTIRMA BOŞLUKLARI 10-2 Sıkıştırma boşlukları HAVA BOŞLUKLARI KAPĐLER BOŞLUKLAR JEL BOŞLUKLARI 10-4 10-6 10-8 10-10 Kapiler boşluklar Jel boşlukları Hava boşlukları Kalıcılığı (dayanıklılık, durabilite) büyük ölçüde etkiler 25
ÇİMENTO HARCI İÇ YAPISI CSH 26
ÇİMENTO HARCI İÇ YAPISI Kalsiyum hidroksit Ca(OH)2 27
ÇĐMENTO HARCI ĐÇ YAPISI E T R E N J Đ T 28
ÇİMENTO HARCI İÇ YAPISI Monosulfate C3A.CaSO4.12H2O 29
BETONUN GEÇİRİML MLİLİĞİİĞİ BETONUN GEÇĐRĐML MLĐLĐĞĐĐĞĐ BÜYÜK ÖLÇÜDE ÇĐMENTO HARCINA BAĞLIDIR! MĐKTARI TĐPĐ DAĞILIMI ÇATLAKLAR DURABĐLĐTE GÖRÜNÜM SAĞLIKLI ORTAM JEL BOŞLUKLARI ÇĐMENTO HARCININ ~ %28 (ort.. 15-20 A A ÇAP ~ SU MOLEKÜLÜ BOYUTU) TEHLĐKES KESĐZ KAPĐLER BOŞLUKLAR ÇĐMENTO HARCININ ~ %40-%0 %0 (AĞ ŞEKLĐNDE d~1 µm; PERMEABĐLĐTE, DONMA ÇÖZÜLME LME) TEHLĐKEL KELĐ 30
HİDRATASYONUN GELİŞİ İŞİMİ Su/çimento oranı 0.5 % 0 Hidratasyon % 50 Hidratasyon 3.7 ml Boş kapiler gözenekler % 100 Hidratasyon 7.4 ml Boş kapiler gözenekler 60 ml Su 40 ml Çimento Hidrate Çimento 33.5 ml kapiler su 12.0 ml Jel suyu 30.8 ml Hidratasyonun katı ürünleri 20.0 ml hidrate olmamış çimento Hidrate Çimento 7.0ml kapiler su 24.0 ml Jel suyu 61.6 ml Hidratasyonun katı ürünleri %42.8 KATILAR HACMĐ %85.6 KATILAR HACMĐ 31
HİDRATASYONUN GELİŞİ İŞİMİ Serbest su 32
HİDRATASYONUN OLGUNLUĞU SU/ÇĐMENTO ORANINA BAĞLIDIR. Kapiler Boşlukların Bloke Edilmesi için S/Ç Gerekli Olgunluk Süresi 0.40 3 GÜN 0.45 7 GÜN 0.50 14 GÜN 0.60 6 AY 0.70 1 YIL >0.70 ĐMKANSIZ BETONUN PERMEABĐLĐTE KATSAYISI ĐÇĐN N KABUL EDĐLEB LEBĐLĐR R DEĞER ER (USA BUREAU OF RECLAMATION WORKS) 1.5 10 10-11 m/s BU DEĞER ER 1000 MĐSLM SLĐ DEĞĐŞ ĞĐŞEBĐLMEKTEDĐR! 33
ÇĐMENTONUN HĐDRATASYONUH 34
BETON ÇATLAKLARI 35
BETONDA ÇATLAK BETONDA ÇATLAK OLUŞUMU UMU KAÇINILMAZ BĐR R OLAYDIR. ÇATLAK VARSA ONA DĐK D K DOĞRULTUDA ÇEKME GERĐLMES LMESĐ VARDIR. GERĐLMELER LMELERĐN N OLUŞMASI ĐÇĐN DEFORMASYONLARIN TUTULMASI GEREKĐR. R. TĐPĐK K OLUŞUM UM YERLERĐ VARDIR. DEĞĐŞĐ ĞĐŞĐK ÖZELLĐKLER GÖSTERG STERĐRLER. RLER. 36
BETONDA RÖTRER RÖTRE (BÜZÜLME) ENGELLENĐRSE ÇATLAK OLUŞUR. UR. RÖTRE nin (BÜZÜLME) ZARARLARI 1. ÇATLAKLAR OLUŞMASI 2. DONATIDA PARAZĐT T GERĐLMELER OLUŞMASI ÇATLAKLAR ÇEKME DAYANIMINI DÜŞÜRÜRD ĐÇERĐYE GĐREN G SU ĐLE BĐRLB RLĐKTE DONA DAYANIKLILIK KĐMYASAL ETKĐLERE DAYANIKLILIK AZALIR! 37
ÇATLAK OLUŞUMLARI UMLARI ve TİPLERT PLERİ TAZE BETON SERTLEŞMĐŞ BETON ERKEN DON HASARI PLASTĐK BÜZÜLME YAPISAL HAREKETLER FĐZĐKSEL KĐMYASAL BĐYOLOJĐK TERMAL YAPISAL (MEKANĐK) BÜZÜLME (RÖTRE) OTURMA ERKEN KALIP ALMA ZEMĐN OTURMASI BÜZÜLME YAPABĐLEN AGREGALAR KURUMA RÖTRESĐ TERLEME DONATI KOROZYONU ALKALĐ-AGREGA REAKSĐYONU ASĐT ETKĐSĐ SÜLFAT ETKĐSĐ KARBONATLAŞMA DEF DONMA ÇÖZÜLME MEVSĐMSEL SICAKLIK FARKLARI ERKEN TERMAL BÜZÜLME AŞIRI YÜKLEME SÜNME YANLIŞ DĐZAYN MESNET ÇÖKMESĐ DIŞ ĐÇ 38
ÇATLAK OLUŞUMLARI UMLARI ve TİPLERT PLERİ K Eğilme çatlakları F Bağıl rötre çatlağı O O E C Soğuk derz Soğuk derz N O O Bağıl rötre çatlağı O C C K I B B A I A I Kesme çatlağı Aderans çatlağı J Eğilme çatlağı G H H G G C I Zamanında yapılmayan etkisiz derzler I I D L M N Pas lekeleri D 39
ÇATLAK OLUŞUMLARI UMLARI ve TĐPLERT PLERĐ TS500 /ŞUBAT/ 2000 13.3 ÇATLAK KONTROLU Yapılar ların n görünüşünüg bozacak veya donatının korozyonuna neden olabilecek genişlikte çatlakların n oluşmas masına izin verilmemelidir. ω max 0.4 mm Yapı içi i normal çevre koşullar ulları 0.3 mm Yapı içi i nemli ve yapı dışı normal çevre koşullar ulları 0.2 mm Yapı dışı nemli çevre koşullar ulları 0.1 mm Yapı içi i ve dışıd agresif çevre koşullar ulları 40
OTURMA ÇATLAKLARI Donatı Çatlaklar Su ve Çimento Harcı Đri Agrega OTURMADAN ÖNCE OTURMADAN SONRA SUYU FAZLA, GRANÜLOMETRĐSĐ BOZUK VE ĐYĐ SIKIŞTIRILMAMIŞ TAZE BETONLARDA DAHA BELĐRGĐN BĐR ŞEKĐLDE ORTAYA ÇIKAR 41
OTURMA ÇATLAKLARI 42
PLASTİK K OTURMA A Yeri : Donatı üstü ve derin kesitlerde Nedeni: Aşırı terleme, Erken yaşlarda hızlı kuruma Önlem : Terlemeyi azalt (hava katkısı), yeniden vibrasyon 43
PLASTİK K OTURMA A B B Yeri : Üst bölgeler b (kemer), Kolon üstleri 44
PLASTİK K OTURMA A B C B Yeri : Farklı derinlikteki kesit, Asmolen mantar döşeme d 45
PLASTİK K OTURMA Çatlaklar Etriyeler a) Derin kiriş Etriyeler Çatlaklar b) Kolon 46
PLASTİK K OTURMA ÇATLAKLARI 47
PLASTİK K BÜZÜLME B (RÖTRE) ÇATLAĞI Buharlaşma Terleme HAZIR BETONDA PLASTĐK K RÖTRE R ÇATLAKLARI DAHA FAZLA! NEDENĐ- DAHA ĐYĐ GRANÜLOMETRĐ, DAHA YÜKSEK ÇĐMENTO DOZAJI, ĐYĐ SIKIŞTIRMA, TERLEMEYĐ ZORLAŞTIRIYOR. BUHARLAŞMA HIZINA TERLEME YETĐŞEMĐYOR. 48
PLASTİK K RÖTRE R ÇATLAĞI 49
PLASTİK K BÜZÜLMEB DÖŞEMEDE PLASTİK BÜZÜLME ÇATLAKLARI
PLASTİK K RÖTRE R ÇATLAĞI
PLASTİK K RÖTRE R ÇATLAĞI
PLASTİK K RÖTRER Yeri : Diyagonal, Yollar, döşemeler d Nedeni: Erken yaşlarda hızlh zlı kuruma, az miktarda terleme Önlem : Erken kür k r koşullar ullarının n iyileştirilmesi D 53
PLASTİK K RÖTRER E Yeri : Rastgele, Betonarme döşemeler d Nedeni: Erken yaşlarda hızlh zlı kuruma, az miktarda terleme Önlem : Erken kür k r koşullar ullarının n iyileştirilmesi D 54
PLASTİK K RÖTRER E F Yeri : Donatı Üstü,, Betonarme döşemeler d Nedeni: Erken yaşlarda hızlh zlı kuruma, yüzeye y yakın n donatı, az miktarda terleme Önlem : Erken kür k r koşullar ullarının n iyileştirilmesi 55 D
ERKEN TERMAL BÜZÜLMEB G Yeri : Dış kısıtlama, Kalın n Duvarlar Nedeni: Aşırı ısı üretimi, hızlh zlı soğuma Önlem : Isıyı azalt, ve/veya izolasyon yapılmas lması 56
ERKEN TERMAL BÜZÜLMEB G H Yeri : Đç kısıtlama, Kalın n DöşemelerD Nedeni: Aşırı sıcaklık k farklılıklar kları,, hızlh zlı soğuma Önlem : Isıyı azalt, ve/veya izolasyon yapılmas lması 57
UZUN DÖNEMLD NEMLİ KURUMA BÜZÜLMESB LMESİ I I Yeri : Đnce Döşeme D ve duvarlar Nedeni: Yetersiz derzler, AşıA şırı büzülme, yetersiz kürk Önlem : Su miktarını azalt, kür k r koşullar ullarını düzelt 58
ZAMANINDA KESİLMEYEN DERZ 59
KABUK ŞEKLİNDE SOYULMA J Yeri : Kalıp p yüzeyi, y PürüzsP zsüz z görünümlg mlü beton Nedeni: Geçirgen olmayan kalıp, zengin karışı ışımlar, k Önlem : Kür K r koşullar ullarını ve perdah işlemlerini i düzeltd mlar, kötü kür 60
Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği i BölümüB Beton ve Betonarme Yapılarda Kalıcılık k (Durabilite( Durabilite) Doç. Dr. Halit YAZICI http://kisi.deu.edu.tr/halit.yazici/