BETONARMENİN KALICILIĞI (DURABİLİTE, DAYANIKLILIK) I Doç Dr. Halit YAZICI Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü
GENEL BĐLGB LGĐLERLER -YAPI; KENDĐSĐNDEN NDEN BEKLENEN ĐŞLEV LEVĐ BULUNDUĞU ÇEVRESEL KOŞULLAR ALTINDA UZUN YILLAR BOYUNCA, BÜYÜK K TAMĐR R ve BAKIM MASRAFLARINA YOL AÇMADAN A YERĐNE GETĐREB REBĐLMELĐ, YIPRATICI ETKĐLERE KARŞI DAYANIKLI OLMALIDIR.
DOĞA A YASASI GENEL BĐLGB LGĐLERLER 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
DURABĐLĐTE SEMBOLLERĐ AYASOFYA (ISTANBUL) SERVĐS ÖMRÜ: M.S. 537 ĐBADETE AÇILIA ILIŞI (941 YIL KĐLĐSE K + 422 YIL CAMĐ & MÜZE) M PĐRAMĐTLER (CHEOPS, KHEFREN, MYKRENOS) 4500 YAŞINDA MISIR ATASÖZÜ: ĐNSANLIK ZAMANDAN KORKAR, ZAMAN PĐRAMP RAMĐTLERDEN
GENEL BĐLGB LGĐLERLER 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 Bakım öncesi SERVĐS ÖMRÜ Bakım sonrası Son Zaman
BETON DĐZAYNID A M A Ç ĐŞLENEB LENEBĐLĐRLĐK MUKAVEMET KALICILIK (DURABĐLĐTE) EKONOMĐ SLUMP, MĐN. M SIKIŞTIRMA ENERJĐSĐ,, KOHEZYON, AYRIŞMAYAN, MĐN. M TERLEME, HOMOJEN SINIF DAYANIMI GEÇĐRĐMS MSĐZLĐK + ÖNGÖRÜLEN SERVĐS ÖMRÜ KIT KAYNAKLARIN VERĐML MLĐ KULLANIMI O P T Đ M Đ Z A S Y O N P R O B L E M Đ
ÇĐMENTO HARCI ĐÇ YAPISI KAPĐLER BOŞLUKLAR JEL BOŞLUKLARI JEL PARTĐKÜLLER LLERĐ (lifsi Yapı,, Amorf, Çapraz Bağlı,, 90 A ) A CSH + CAH, vb. HĐDRATE H BĐLEB LEŞENLER ENLER + Ca(OH) 2 + HĐDRATE OLMAMIŞ ÇĐMENTO + SU BOŞLUKLARININ BIRAKTIĞI I GÖZENEKLER. G
ÇĐMENTO HARCI ĐÇ YAPISI
ÇĐMENTO HARCI ĐÇ YAPISI
ÇĐMENTO HARCI ĐÇ YAPISI
ÇĐMENTO HARCI ĐÇ YAPISI Ca(OH) 2 ve CSH kristalleri (S/Ç=0.6 24ºC de 5 gün g hidrate olmuş)
ÇĐMENTO HARCI ĐÇ YAPISI Monosulfat Alimünat ve etrenjit in in hekzegonal kristal yapısı
ÇĐMENTO HARCI-BO BOŞLUKLU YAPI SIKIŞTIRMA BOŞLUKLARI HAVA BOŞLUKLARI KAPĐLER BOŞLUKLAR JEL BOŞLUKLARI
ÇĐMENTO 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
ÇĐMENTO 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
ÇĐMENTO 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
ÇĐMENTO 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
ÇĐMENTO HAMURUNUN GEÇĐRĐML MLĐLĐĞĐĐĞĐ ÇĐMENTO HAMURUNUN GEÇĐRĐML MLĐLĐĞĐĐĞĐ SU GĐRĐŞĐG ĐŞĐ ANA ETKEN BETONUN GEÇĐRĐML MLĐLĐĞĐĐĞĐ Agrega ( boşluksuz) Çimento hamuru (boşluklu yapı) SU ÇIKIŞI
BETONUN GEÇĐRĐML MLĐLĐĞĐĐĞĐ BETONUN GEÇĐRĐML MLĐLĐĞĐĐĞĐ BÜYÜK ÖLÇÜDE ÇĐMENTO HARCINA BAĞLIDIR! MĐKTARI TĐPĐ DAĞILIMI ÇATLAKLAR DURABĐLĐTE GÖRÜNÜM SAĞLIKLI ORTAM JEL BOŞLUKLARI ÇĐMENTO HARCININ ~ %28 (15-20 A A ÇAP ~ SU MOLEKÜLÜ BOYUTU) TEHLĐKES KESĐZ KAPĐLER BOŞLUKLAR ÇĐMENTO HARCININ ~ %40-%0 %0 (AĞ ŞEKLĐNDE d~1.3µ; ; PERMEABĐLĐTE, DONMA ÇÖZÜNME NME) TEHLĐKEL KELĐ
HĐDRATASYONUN GELĐŞĐ ĐŞĐMĐ % 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
HĐDRATASYONUN GELĐŞĐ ĐŞĐMĐ Serbest su
HĐDRATASYONUN 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 WORK) 1.5 10 10-11 m/s BU DEĞER ER 1000 MĐSLM SLĐ DEĞĐŞ ĞĐŞEBĐLMEKTEDĐR!
ENV 206 ya GÖRE G MĐNĐMUM M MUM KÜR K Betonun dayanım kazanma hızı Sıcaklık ºC Kür sırasında ortam koşulları Güneşsiz nem % 80 Orta Güneş veya Rüzgar Nem % 50 Kuvvetli Güneş veya Rüzgar, Nem % < 80 SÜRELERĐ (gün) Hızlı * Orta Aşınma etkisi olacaksa kür k r süresi s iki katına çıkarılmalı Yavaş 5 10 15 5 10 15 5 10 15 2 2 1 3 3 2 3 3 2 4 3 2 6 4 3 8 5 4 4 3 2 8 6 5 10 8 5 * Düşük Su/Çimento oranı ve Hızlı dayanım kazanan Çimento
HĐDRATASYON DERĐNL NLĐĞĐ HĐDRATE ÇĐMENTO HĐDRATE OLMAMIŞ ÇĐMENTO TANECĐĞĐ ORTALAMA ÇAP D = 30µ 5.2µ HĐDRATE OLMAMIŞ (YUMUŞAK BÖLGE) HĐDRATASYON DERĐNL NLĐĞĐ ÜÇ AYDA 5.2 µ
ÇĐMENTO BĐLEB LEŞENLERĐNĐN HĐDRATASYONU 1.0 C 4 AF 0.8 C 3 A 0.6 0.4 0.2 C 3 S C 2 S 0 1 10 100 180
PERMEABĐLĐTE KATSAYISI 140 120 100 80 60 40 20 0 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Kür r süresine s bağlı olarak permeabilite katsayısının n değişimi imi Zaman (gün) Permeabilite katsayısı (m/s) Taze 2 x 10-6 5 4 x 10-10 6 1 x 10-10 8 4 x 10-11 13 5 x 10-12 24 1 x 10-12 Son 6 x 10-13
PERMEABĐLĐTE ÖLÇÜM M DÜZENED ZENEĞĐ Su (Basınçlı) Örnek
( a) SUYUN BETON ĐÇERĐSĐNE TAŞINIMI Su Buharı Boşluk Yüzeyi Yüzeyde adsorplanmış su Serpinti suyu ( b) 100 Beton yüzeyinin nem içeriği (bağıl) Kapiler Yoğuşma Hızlı ıslanma Katı cisimlerin serbest yüzeyleri komşu moleküllere bağ kuvvetlerinin eksikliği nedeniyle fazla bir enerji (yüzey enerjisi) açığa çıkarırlar. Çimento harcı boşluklarında, bu yüzey enerjisi boşluklar içindeki su buharı moleküllerini yüzeye çeker. Yavaş kuruma ıslanma Zaman
2 Beton SUYUN BETON ĐÇERĐSĐNDEKĐ TAŞINIM MEKANĐZMASI 3 1 Buharlaşma Çiçeklenme 4 4 3 Beton 2 1 Beton 4 1 2 3 (a) Kapiler Emme (b) Su içindeki yapı (c) 1. Kapiler emme ve hidrostatik basınç sonucu suyun taşınımı 2. Su ve eriyik maddelerin beton bünyesine sızması 3. Suyun buharlaşması veya yapı elemanını terketmesi 4. Zararlı madde birikimi ve kristalizasyon
BETON ÇATLAKLARI
BETONDA ÇATLAK BETONDA ÇATLAK OLUŞUMU UMU KAÇINILMAZ BĐR R OLAYDIR. ÇATLAK VARSA ONA DĐK D K DOĞRULTUDA GERĐLME VARDIR. GERĐLMELER LMELERĐN N OLUŞMASI ĐÇĐN DEFORMASYONLARIN TUTULMASI GEREKĐR. R. TĐPĐK K OLUŞUM UM YERLERĐ VARDIR. DEĞĐŞĐ ĞĐŞĐK ÖZELLĐKLER GÖSTERG STERĐRLER. RLER.
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 AZALIR! KĐMYASAL ETKĐLERE DAYANIKLILIK
BETONDA RÖTRER HĐDROLĐK K RÖTRER BOŞLUKLARDAK LUKLARDAKĐ SUYUN KAYBI TERMĐK K RÖTRER KÜTLE BETONLARINDA ĐÇ-DIŞ SICAKLIK FARKI BÜNYESEL RÖTRER ÇĐMENTO HĐDRATASYON H ÜRÜNLERĐNĐN DAHA AZ HACĐM M KAPLAMASI ERKEN PLASTĐK K RÖTRER TERLEMENĐN N BUHARLAŞMAYI KARŞILAYAMAMASI KARBONATLAŞMA RÖTRESR TRESĐ KARBONATLAŞMA SONRASINDA ORTAYA ÇIKAN SUYUN BUHARLAŞMASI 3Ca(OH) 2 +CO 2 CaCO 3 +H 2 O
RÖTREYĐ ETKĐLEYEN FAKTÖRLER ĐÇ ETKĐLER KĐMYASAL BĐLEB LEŞĐM M (CaO, MgO ve SO 3 ) ÇĐMENTO DOZAJI HĐDRATASYON ISISI KARMA SUYU FAZLALIĞI AGREGA NIN ELASTĐSĐTE TE MODÜLÜ DIŞ ETKĐLER HAVA NEMĐNĐN N DÜŞÜKLD KLÜĞÜ RÜZGAR HIZI SICAKLIĞIN IN YÜKSEKLY KSEKLĐĞĐ
RÖTREYĐ ETKĐLEYEN FAKTÖRLER PROJE DETAYLARI ELEMAN YÜZEYY ZEYĐ / HACĐM M ORANININ FAZLALIĞI ELEMANDAKĐ DONATI YÜZDESY ZDESĐNĐN N DÜŞÜKLD KLÜĞÜ DONATILARIN SĐMETRS METRĐK K YERLEŞTĐRĐLMEMELER LMEMELERĐ DĐLATASYON DERZLERĐNĐN N DÜZENLD ZENLĐ OLMAYIŞI
RÖTRE ZARARLARINI AZALTMA BETON DĐZAYNID ÇĐMENTO DOZAJI GEREKSĐZ Z YERE ARTTIRILMAMALI YOĞURMA SUYU GEREKLĐ OLAN EN AZ DÜZEYDE D TUTULMALI ĐRĐ AGREGA ĐYĐ CĐNS OLMALI, MÜMKÜN N OLAN EN FAZLA ORANDA KULLANILMALI LĐFLERĐN N KULLANIMI ( 0.6 0.9 kg/m 3 ) ÇĐMENTO AZ RÖTRE R YAPAN, HĐDRATASYON H ISISI DÜŞÜK, D ÇOK ĐNCE OLMAYAN ÇĐMENTO KULLANILMALI. KÜR PROJE DETAYI GERĐLMELER LMELERĐN ÜNĐFORM DAĞILIMI SAĞLAMAK ĐÇĐN, DONATI KESĐT ĐÇERĐSĐNE DÜZGD ZGÜN N YERLEŞTĐRĐLMEL LMELĐ
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
TAZE BETON SERTLEŞMĐŞ BETON ÇATLAK OLUŞUMLARI UMLARI ve TĐPLERT PLERĐ 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
ÇATLAK OLUŞUM UM ve ZAMANLARI Yükleme, Servis Koşulları Alkali-Agrega Reaksiyonu Korozyon Kuruma Büzülmesi Erken Termal Büzülme Plastik Büzülme Plastik Oturma 1 saat 1 gün 1 hafta 1 ay 1 yıl 50 yıl 1 saat 1 gün 1 hafta 1 ay 1 yıl 50 yıl
Eğilme çatlağı A A J I I I C K C E F Pas lekeleri B L M N N I I D D I H H G G Soğuk derz C O O O O O Bağıl rötre çatlağı Bağıl rötre çatlağı Kötü (etkisiz) derz Soğuk derz Kesme çatlağı Aderans çatlağı K B Eğilme çatlağı C G
Donatı OTURMA ÇATLAKLARI Su ve Çimento Harcı Đri Agrega Çatlaklar OTURMADAN ÖNCE OTURMADAN SONRA SUYU FAZLA, GRANÜLOMETRĐSĐ BOZUK VE ĐYĐ SIKIŞTIRILMAMIŞ TAZE BETONLARDA DAHA BELĐRGĐN BĐR ŞEKĐLDE ORTAYA ÇIKAR
OTURMA ÇATLAKLARI
PLASTİK K OTURMA A Yeri : Donatı üstü ve derin kesitlerde
PLASTİK K OTURMA A B B Yeri : Üst bölgeler b (kemer), Kolon üstleri
PLASTİK K OTURMA A B C B Yeri : Farklı derinlikteki kesit, Asmolen mantar döşeme d
PLASTİK K OTURMA
PLASTĐK K RÖTRE R 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.
PLASTĐK K RÖTRE R ÇATLAĞI
PLASTİK K RÖTRER Yeri : Diyagonal, Yollar, döşemeler d D
PLASTİK K RÖTRER E Yeri : Rastgele, Betonarme döşemeler d D
PLASTİK K RÖTRER E F Yeri : Donatı Üstü,, Betonarme döşemeler d D
ERKEN TERMAL BÜZÜLMEB G Yeri : Dış kısıtlama, Kalın n Duvarlar
ERKEN TERMAL BÜZÜLMEB G H Yeri : Đç kısıtlama, Kalın n DöşemelerD
UZUN DÖNEMLD NEMLİ KURUMA BÜZÜLMESB LMESİ I I Yeri : Đnce Döşeme D ve duvarlar
KABUK EKLİNDE SOYULMA J Yeri : Kalıp p yüzeyi, y PürüzsP zsüz z görünümlg mlü beton
KABUK EKLİNDE SOYULMA J K Yeri : Akış ışkan beton, döşemeler d
DONATI KOROZYONU
DONATI KOROZYONU
DONATI KOROZYONU L Pas lekeleri Yeri : Donatılı Betonarme Elemanlar
DONATI KOROZYONU L M Yeri : Kalsiyum klorid,, Prefabrike beton
DONATI KOROZYONU
ALKALİ-AGREGA AGREGA REAKSİYONU N Yeri : Nemli bölgeler b
ALKALĐ-AGREGA AGREGA REAKTĐVĐTES TESĐ ALKALĐ-AGREGA AGREGA REAKTĐVĐTES TESĐ BOZULMASI
DEF (GECĐKM KMĐŞ ETRENJĐT T OLUŞUMU) UMU)
SÜLFAT ETKĐSĐ
YÜKLEME ÇATLAKLARI SAF EĞİE ĞİLME SAF ÇEKME
YÜKLEME ÇATLAKLARI BURULMA KONSANTRE YÜK Eğilme Donatı Boyunca Aderans Çatlağı KESME
YÜKLEME ÇATLAKLARI MESNET ÇÖKMES KMESİ Mesnet Çökmesi Çatlaklar
BETONARMENİN KALICILIĞI (DURABİLİTE, DAYANIKLILIK) I Doç Dr. Halit YAZICI Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü