Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü ÖZEL BETONLAR YÜKSEK PERFORMANSLI BETONLAR-2 Doç. Dr. Halit YAZICI http://kisi.deu.edu.tr/halit.yazici/
YÜKSEK PERFORMANSLI BETONLAR LİFLİ BETONLAR LİF DONATILI KENDİLİĞİNDEN YERLE EN BETONLAR ÇİMENTO BULAMACI EMDİRİLMİ LİFLİ BETON (SIFCON) REAKTİF PUDRA BETONLARI (RPC) ECC
SIFCON (SLURRY INFILTRATED FIBER CONCRETE) SIFCON, KISA KESİLMİ ÇELİK TELLERİN KALIPLAR İÇERİSİNE DÖKÜM ÖNCESİ DOLDURULUP, ÇOK AKICI KIVAMDAKİ ÇİMENTOLU BULAMACIN KALIBA ENJEKSİYONU VEYA POMPALANMASI İLE ÜRETİLEN ÇOK YÜKSEK SÜNEKLİĞE SAHİP BİR KOMPOZİTTİR.
GELENEKSEL LİFLİ BETONDA LİF İÇERİĞİ %0.25 - %2-3 SIFCON DA LİF İÇERİĞİ %6-20 ÇOK YÜKSEK TOKLUK
YÜKSEK MEKANİK ÖZELLİKLERİ VE ÖZELLİKLE YÜKSEK ENERJİ YUTABİLME YETENEĞİ SIFCON UN POTANSİYEL KULLANIM ALANLARINI GELİ TİRMEKTEDİR. SIFCON; PATLAMA VE DARBE ETKİSİNE MARUZ KALABİLECEK YAPILARDA (CEPHANE, SIĞINAK V.B.) ENERJİ YUTMA KAPASİTESİ YÜKSEK OLMASI İSTENEN YAPI BÖLGELERİNDE DEPREM ETKİLERİNE KAR I GÜÇLENDİRMEDE
SIFCON BULAMACININ (HAMURUNUN) GENEL ÖZELLİKLERİ SIFCON BULAMACI; ÇİMENTO SİLİS DUMANI SU SÜPERAKI KANLA TIRICI GİBİ BİLİNEN MALZEMELERLE ÇOK AKICI KIVAMDA OLACAK EKİLDE ÜRETİLİR
ÇİMENTOLU BULAMAÇ; YÜKSEK AKICILIKTA AYRI MAYA KAR I DİRENÇLİ SEGREGASYON YAPMAYAN YÜKSEK DAYANIMLI YOĞUN LİF AĞINDA TAM DOLULUĞU SAĞLAMAYA OLANAK VERECEK KADAR İNCE MALZEMELERLE ÜRETİLMELİDİR!
ÇİMENTO BULAMACININ REOLOJİK ÖZELLİKLERİ DENEYLERLE KONTROL EDİLMELİDİR MİNİ YAYILMA V-KUTUSU J-KUTUSU
SIFCON ÜRETİMİ LİFLER KALIBA YERLE TİRİLİR REOLOJİK AÇIDAN YETERLİ OLAN BULAMAÇ KALIBA DÖKÜLÜR
. Yüksek Y performanslı lifli betonlar, sürekli s çelik lif hasırlar veya yüksek y oranlarda süreksiz çelik lifler kullanılarak larak üretilmektedir. Bu gelişmi miş kompozitlerin üretimi özel fabrikasyon yöntemleri y ve özel bir teknoloji gerektirir. Yüksek Y performanslı lifli betonlar, SIMCON ve SIFCON olmak üzere iki türe t ayrılır. r.
Lifli betonda olduğu u gibi, SIFCON da da süreksiz liflerden oluşan bir matris mevcuttur ve bu sayede kompozit malzeme önemli derecede çekme dayanımı kazanabilmektedir. Bilindiği i gibi, lifli betonda karışı ışıma katılabilecek lif hacmi oldukça a kısıtlk tlı kalmaktadır.
Genellikle kullanılan lan lif türüne t ve karışı ışımın işlenebilirliğine ine göre g lif hacmi %1-3 aralığı ığında olabilmektedir. Buna karşı şılık SIFCON da lif hacmi %5-30 aralığı ığında olabilmektedir. Genellikle, SIFCON, 30 mm uzunluğundaki undaki çengelli lifler için, i in, %4 ile %14 arasında değişen en hacimsel oranlarda lif içermektedir i [1].
Bu teknolojide öncelikle lifler kalıba yerleştirilmekte ve daha sonra çimento esaslı akıcı kıvamlı hamur kalıba dökülmekte veya pompalanmaktadır. Bu sebeple, kullanılacak lacak hamurun lif matrisinin arasına işleyebilecek i şekilde tasarlanmış olması gereklidir.
Ayrıca, kullanılabilecek labilecek lif hacmi, lif türüne t ve vibrasyon uygulanıp p uygulanmamasına na bağlıdır. Kısa K liflerle uzun liflere kıyasla k daha yoğun bir yapı oluşturulabilmektedir. Yüksek lif hacimleri için i in vibrasyon gerekebilir.
Yüksek performanslı lifli betonlar, deformasyon sertleşmesi davranışı sergilerler. Deformasyon sertleşmesi çoklu çatlama mekanizmasının n bir sonucu olup bu sayede çok yüksek y enerji yutma kapasitesi değerleri erleri elde edilebilmektedir.
Naaman ve Haraji tarafından yapılan çalışmada, çelik liflerin çatlak gelişimini imini önleme, tokluk, çekme dayanımı, yorulma, düktilite ve darbe dayanımındaki ndaki artış ışa a katkısı incelenmiştir. Lifli beton, davranış ışa a bağlı olarak geleneksel lifli beton ve yüksek y performanslı lifli beton olarak sınıflands flandırılmıştır. Geleneksel lifli beton, kısa k süreksiz liflerin betona karış ıştırılması ile üretilmektedir. Maksimum lif uzunluğu, u, lif miktarı ve lif geometrisi işlenebilirlik ihtiyaçlar larını karşı şılamak için i in sınırls rlıdır. r. Çelik lif hacmi için i in üst limit %2 ve %3 arasındad ndadır r (Naaman( & Haraji 1990).
Bununla birlikte, %2 den daha az lif içeriklerinde lifin başlıca katkısı, çatlamadan sonraki düktilite ve enerji yutma kapasitesi üzerindedir. Nihai dayanım m ve çekme deformasyonu kapasitesi gibi diğer özelliklerdeki gelişme, ekil 1 de 1 görüldg ldüğü gibi, önemsiz mertebededir (Shah( 1988)
Lifli betonda (Vf( Vf= = %2) ve SIFCON da gerilmeşekil değiştirme ilişkisi
Deformasyon sertleşmesi çoklu çatlama mekanizmasının n bir sonucudur. Bu olay, aynı zamanda, kompozitin dayanıkl klılığını ve geçirimsizli irimsizliğini ini de arttırır
SIFCON ile ilgili dört d temel değişkenden bahsedilebilir. Bunlar, bağlay layıcı matrisin dayanımı,, lif hacmi, lif yönlenmesi y ve lif türüdür. t r. Bağlay layıcı matrisin elastisite modülü,, basınç ve çekme dayanımı SIFCON un davranışı ışını etkiler. Lif yönlenmesi y SIFCON malzemesinin davranışı ışını büyük k oranda etkiler. Lifler yükleme y eksenine dik veya paralel yönlenmiy nlenmiş olabilirler. Dayanım, düktilite,, enerji yutma gibi özellikler lif yönlenmesine göre g farklı değerler erler alır.
BULAMAÇTAKİ TİPİK ÖZELLİKLER; YÜKSEK ÇİMENTO VE/VEYA ÇİMENTOLU MALZEME MİKTARI DÜ ÜK SU / TOZ ORANI DÜ ÜK AGREGA MAKSİMUM ÇAPI (Genellikle <1mm)
SIFCON UN MÜHENDİSLİK ÖZELLİKLERİNİ ETKİLEYEN ANA PARAMETRELER ÇİMENTOLU BULAMACIN REOLOJİSİ VE DAYANIMI LİF TİPİ VE MİKTARI LİF YÖNLENMESİ SIFCON BULAMACINDAKİ YÜKSEK ÇİMENTO İÇERİĞİ YÜKSEK HİDRATASYON ISISI VE RÖTRE PROBLEMLERİNE NEDEN OLARAK SIFCON UN MEKANİK VE DURABİLİTE ÖZELLİKLERİNİ ETKİLEYEBİLİR! MİNERAL KATKILARIN KULLANIMI HEM ÇİMENTO DOZAJINI AZALTMADA HEM DE SIFCON UN MÜHENDİSLİK ÖZELLİKLERİNİ (MEKANİK VE DURABİLİTE) GELİ TİRMEDE ETKİLİ OLABİLİR
SIFCON ÜRETİMİNDE STANDART KÜR BUHAR KÜRÜ YÜKSEK BASINÇLI BUHAR KÜRÜ (OTOKLAV KÜRÜ) KULLANILABİLİR
SIFCON üretiminde daha çok, cam lifi veya çelik lifler kullanılmaktad lmaktadır. Çelik lifler yüzeyi pürüzlp zlü,, ucu çengelli, deforme vb. tiplere ayrılır. r. Değişik ik boyut, dayanım m ve görünüm m oranında nda (boy/çap) çelik lifler kullanılabilmektedir. labilmektedir. En çok kullanılan lan lif türü uçları çengelli türdt rdür. r.
SIMCON ise, sürekli s çelik lif hasır r içerisine i özel olarak dizayn edilmiş çimento esaslı hamurun dökülmesi d ile üretilen, geleneksel betona kıyasla k yüksek y düktilite ve yüksek dayanım m gibi üstün n mühendislik m özellikleri gösteren kompozit bir malzemedir. Bu kompozit malzemeler, yapılar ların n tamiri, güçg üçlendirilmesi ve yapılarda düktilite ve/veya dayanım m açısından a gerekli iyileştirmeleri yapmak için i in oldukça a uygundur. Ayrıca, patlama yüklerine y ve kurşun un (roket) işlemesine i karşı yüksek dayanıkl klılık gösterirler ve havaalanı pistleri gibi ağıa ğır r trafik yükleri y altında üstün n performans gösterirler g
Geleneksel lifli betonlar, köprk prü döşemelerinde kaplama olarak, yol kaplaması olarak, hidrolik yapılarda, şev stabilizasyonunda, tünel t kaplamalarında, ince kabuklarda, prefabrik elemanlarda vb. uygulamalarda donatı ile veya donatısız olarak, dünyand nyanın n her yerinde başar arıyla uygulanmaktadır
Bununla birlikte, yüksek y performanslı lifli betonlar, daha yeni malzemeler olduğundan undan henüz z yaygın n olarak kullanılmamaktad lmamaktadır. SIFCON, tamirat işlerinde i ve yeni binaların inşas asında başar arılı bir şekilde kullanılmaktad lmaktadır. SIFCON, aşağıa ğıdaki amaçlar için i in kullanıld ldığında geleneksel betonun üzerinde üstün n performans göstermiştir: tir: (1) askeri ekipman ve silahların bulunduğu özel kısımlark mları ayırmada kullanılan lan parçalanmaya alanmaya dayanıkl klı duvarlarda (Scheneider( Scheneider, 1988) (2) bir füze f silosunun 1/8 ölçekli modelinde (3) 5 cm kalınl nlığında prefabrik panellerde
SIFCON, patlama yüklerine y ve kurşun un (roket) işlemesine i karşı yüksek dayanıkl klılık k gösterir g ve havaalanı pistlerinde kullanıld ldığında, uçak u trafiğinden inden dolayı çatlama göstermez. SIFCON, bu gibi durumlarda geleneksel betona göre g maliyet açısından a daha uygundur (Scheneider,, 1988) ve ağıa ğır r hasar görmg rmüş öngerilmeli beton köprk prü kirişlerinin tamirinde daha kısa k zamanda kullanıma hazırd rdır. r. SIFCON kullanımı ile sadece 2 günde g 48 MPa basınç dayanımı elde edilebilmiştir (Mondragon( & Scheneider,, 1986). KöprK prü böylelikle, geleneksel beton ile yapılmas lması durumuna kıyasla, k çok daha kısa k sürede s servise alınabilmi nabilmiştir
Erdem tarafından yapılan çalışmada kolon-kiri kiriş sisteminin SIFCON ve SIMCON ceket ile deprem etkisine karşı takviyede kullanılmas lması araştırılm lmış ( ekil 2), duktilite ve enerji yutma kapasitesinde büyük b artış ışlar sağland landığı ifade edilmiştir
SIFCON ve SIMCON un kolon-kiri kiriş sisteminin takviyesinde kullanılmas lması
Basınç Gerilmeleri Altında SIFCON Kompozitlerinin Davranışı SIFCON malzemesinin tipik gerilme-şekil ekil değiştirme ilişkisi ekil 3 de 3 görülmektedir. g [Homrich and Naaman,, 1987; Naaman vd., 1991]. Genellikle, basınç dayanımına na ulaşı şıldığında şekil değiştirme %1.5 değerinin erinin üzerindedir. Ayrıca, SIFCON %10 dan fazla birim şekil değiştirme yapmasına rağmen basınç dayanımının n %60 ından fazlasını koruyabilmektedir. Aynı dayanım m sınıfında, s nda, SIFCON malzemesinin tokluğu u normal betona kıyasla 50 kat daha fazladır.
SIFCON da basınç gerilmesişekil değiştirme ilişkisi
Homrich ve Naaman,, 75 mm çapında, 150 mm yüksekliğindeki indeki silindir örnekler kullanarak yaptıklar kları çalışmada, lif türü, t, lif yönelmesi, y matris dayanımı ve kalıp p boyutunun SIFCON un basınç dayanımına na etkilerini incelemişlerdir. lerdir. Söz S z konusu çalışmada, yüzeyi y pürüzlp zlü, kancalı ve deforme lifler kullanılm lmıştır. Yüke Y paralel yönlenme durumunda, deforme liflerin daha iyi performans gösterdikleri, g yüke y dik yönlenme y durumunda ise, çengelli ve deforme liflerin daha yüksek y dayanım verdiği i ancak maksimum gerilmeden sonra düşüşün d n de fazla olduğu, u, çengelli liflerin genellikle deforme tipe göre g daha yüksek y basınç dayanımı gösterdiği i belirtilmektedir [Naaman and Homrich,, 1989; Naaman vd., 1991]. Çengelli lifler kıyaslandk yaslandığında 30 mm boyundaki lif kullanımının n 50 mm lif kullanımına na kıyasla k basınç dayanımını arttırd rdığı görülmüştür r [Lankard[ Lankard,, 1984; Naaman vd., 1991].
Örnek boyutunun lif boyunun üç katından daha düşük k olması durumunda. Karot örneklerinin, kalıba dökülmd lmüş örneklere kıyasla k %15-30 daha yüksek basınç dayanımı gösterebildikleri belirtilmektedir. Liflerin yükleme y eksenine dik yönlenmesi durumunda, paralel yönlenme y durumuna kıyasla, k basınç dayanımı oldukça fazla olabilmektedir. Ancak maksimum gerilmeden sonraki düşüşd liflerin yüke y paralel olması durumunda daha azdır. Bu durum ekil 4 den gözlenebilmektedir g [Naaman[ and Homrich,, 1989].
Lif yöneliminin y SIFCON un dayanımına na etkisi
Naaman vd.. deneysel çalışmadan elde ettikleri verileri kullanarak SIFCON un basınç altındaki davranışı ışını modellemeye çalışmışlardır. r. Buna göre gerilme-şekil ekil değiştirme eğrisi e üç farklı bölümden oluşmaktad maktadır; yükselen y kısım, k alçalan alan kısım m ve plato ( ekil( 5). Yükselen Y kısım k maksimum gerilmeye kadarki bölümdb mdür. Alçalan kısım m eğrinin e eğiminin e negatiften pozitife döndüğü gerilme değerine erine kadarki bölümken, b plato bölgesi b ise plato gerilmesine asimptot olan bölümdür.
SIFCON un basınç gerilmesişekil değiştirme
Çekme Gerilmeleri Altında SIFCON Kompozitlerinin Davranışı SIFCON un direkt çekme özellikleri konusunda daha az bilgi mevcuttur. Naaman vd.. yüksek y ve düşük k lif içerikli i 3x1.5 SIFCON örnekleri üzerinde direkt çekme deneyleri yapmış ışlardır. r. Liflerin %80-90 90 ı yükleme eksenine paralel yönlenmiş durumdadır. r. Tüm T örnekler düşük d k ve orta seviyedeki gerilmelerde çoklu çatlak gelişimi imi göstermig stermişlerdir. Maksimum yüke y kadar oluşan çatlaklar oldukça a küçük üçüktür.
Fakat maksimum yüke y ulaşı şıldıktan sonra örneğin kırılması tek bir çatlağın n açılmasa lması,, liflerin sıyrs yrılması ile oluşmaktad maktadır. Esas çatlak oluştuktan ve yük y k düştükten d sonra birçok diğer küçük üçük çatlağın n kapandığı gözlenmiştir. Aslında bu aşamadan a amadan sonra ölçülen uzama bu kritik çatlağın n açılmasa lmasını göstermektedir. Bu yüzden y bu noktadan sonra hesaplanan birim şekil değiştirme yanılt ltıcı olmaktadır. Araştırmac rmacılar bu aşamadan a amadan sonra oluşan çatlak açılmasa lmasını,, birim şekil değiştirmeyi %2 ile sınırlayarak birim şekil değiştirmeye dönüştürmd rmüşlerdir. ekil 6 da 6 çekme halinde yük y k uzama eğrisi e ve dönüştürülmüş gerilme birim şekil değiştirme eğrisi e gösterilmektedir.
Çekme etkisindeki SIFCON da çatlak açılmasa lmasının şekil değiştirmeye dönüşümüd
Özellikle yüksek y oranda lif içeren i SIFCON örnekleriyle çarpıcı sonuçlar elde edilmiştir. %16.7 lif hacminde (30 mm boyunda), liflerin yükleme y yönüne y ne paralel yönlenmesi durumunda, basınç dayanımı 34.5 MPa olan hamur kullanıld ldığında 41.4 MPa çekme dayanımı elde edilmiştir. Benzer sonuçlar ların, 50 mm boyunda liflerin %12.2 oranında nda kullanılmas lması halinde de elde edildiği i belirtilmiştir tir
Aynı bağlay layıcı kullanılarak larak silindir basınç dayanımı ölçülmüştür. Rasgele yerleştirilmi tirilmiş 30/50 lifler hacimce %9.5 kullanıld ldığında 89.7 MPa,, 50/50 lifler %7.1 oranında nda kullanıld ldığında ise 67.6 MPa basınç dayanımı elde edilmiştir. Uçları çengelli lifler kullanıld ldığında, 30 mm için i in hacimce %16, 50 mm için i in %12 değerine erine ulaşı şılabildiği i ancak bu durumda aşıa şırı miktarda vibrasyona ihtiyaç duyulduğu u ve bu oranların pratik olmadığı belirtilmektedir
Naaman yaptığı çalışmalarda elde ettiği i sonuçlar ları yorumlarken, benzer lif içerii eriği i indeksine (Vfl( Vfl/d; lif hacmi*lif boyu/lif çapı) ) sahip örneklerin benzer dayanımda olduklarına dikkat çekmiştir. Örneğin, 30 mm boyundaki uzun çengelli lifin %10 oranında nda kullanımı ile 50 mm boyundaki uzun çengelli liflerin %5 oranında nda kullanımı benzer sonuçlar vermiştir. Bir başka deyişle, benzer lif geometrisi durumunda, lif indeksi sabit tutularak, lif boyu değiştirilerek benzer dayanımlar elde edilebilmektedir. Lif indeksi SIFCON un modellemesi için i in önemli bir parametredir.
SIFCON örneklerinin tokluğu u normal betona kıyasla k 600-800 kat fazladır r ve çengelli lifler deforme liflere kıyasla k daha üstündür. Ancak deforme lifler kullanılmas lması halinde ise başlang langıç modülünün çengelli türe kıyasla k üç kat fazla olduğu görülmüştür
SIFCON un çekme dayanımı tahmininde kullanılacak lacak bağı ğıntılar henüz z tam olarak geliştirilememi tirilememiştir. tir. Naaman ve Homrich SIFCON un çekme dayanımının n lif yönlenmesine bağlı olarak basınç dayanımının n %15-25 25 i aralığı ığında kabul edilebileceğini ini ifade etmektedir. Burada basınç ve çekme örnekleri aynı lif oranına na ve yönlenmesine sahiptir. Bu çalışmada, çekme durumunda liflerin %80-90 90 ını yükleme yönüne y ne doğru yönlenmiy nlenmiş durumdadır. r. Dolayısıyla yla liflerin rasgele dağı ğılması durumunda önerilen oranın n daha düşük d k olması beklenebilir. Ayrıca söz s z konusu çalışmada 3.8 cm genişli liğinde inde örnekler kullanıld ldığını ve boyut etkisinin dikkate alınmad nmadığını belirtmek gerekir
SIFCON un çekme gerilmesişekil değiştirme modeli
Donatılı SIFCON malzemesinde aderans özellikleri Hazma ve Naaman SIFCON içine i ine gömülüg çelik çubukların n aderans özelliklerini incelemişlerdir. lerdir. Çalışmada hacimce %5 50/50 lif kullanılm lmıştır. SIFCON un basınç dayanımı 61.4 MPa mertebesindedir. Elde edilen dikkat çekici sonuçlar şu şekilde özetlenebilir. Ortalama aderans dayanımı 17.3 MPa olarak belirlenmiş,, 27.6 MPa değerine erine ulaşan an sonuçlar elde edilmiştir. Normal betona kıyasla k aderans gerilmesi 2-44 kat fazladır. Aderans rijitliği normal betona kıyasla k %50-160 daha fazladır. SIFCON da çekip çıkarma deneyi sonucu 20 kat fazladır.
SIFCON da maksimum yükte y düşme d olmadan donatı 10 kat daha fazla sıyrs yrılabilmektedir. Maksimum yükün y n %70 ine kadar çatlak oluşmamaktad mamaktadır. 1.25 cm gibi ince bir örtü tabakası ile bile normal betona kıyasla k daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. Aderans boyu 4db ile 8db arasında değişmektedir. Burada db donatı çapını simgelemektedir. Gerekli aderans boyu ACI 318-95 95 te normal beton için i in önerilenin %40-50 si mertebesindedir
SIFCON da Büzülme SIFCON da kullanılan lan bağlay layıcı hamur oldukça a yüksek y büzülme b değerleri erleri gösterebilirken % 5-185 lif içerii eriğinde inde büzülmenin %0.02-0.05 0.05 mertebelerine düştüğü ve normal betona yaklaştığı görülmüştür
Eğilme Etkisinde SIFCON Naaman vd.. tarafından yapılan çalışmada SIFCON ile dokuz betonarme kiriş üretilmiştir. tir. Kirişlerin ikisi dışıd ışındakilere ACI 318 de önerilen maksimum donatı oranın üzerinde donatı yerleştirilmi tirilmiştir. tir. 50/50 lifler %4.3 oranında nda kullanıld ldığında basınç dayanımı yaklaşı şık k 53 MPa civarındad ndadır. 30/50 lifler %8.8 kullanıld ldığında basınç dayanımı yaklaşı şık k 77 MPa dır.
SIFCON kirişler normal betonla hazırlanm rlanmış kirişlere kıyasla %2.5-3.6 kat daha düktildir ve 3.3-3.7 3.7 kat daha fazla enerji yutmuşlard lardır. r. Donatı oranının n 3.5ρmax değerini erini aşmasa masının n zararlı etki yaptığı tespit edilmiştir. %8.8 oranında nda 30/50 lif içeren i SIFCON kirişi, i, %4.3 oranında nda 50/50 lif içeren i kirişle kıyaslandk yaslandığında %14 fazla dayanım m ve düktilite göstermiştir. tir. Etriyeli ve etriyesiz SIFCON kirişleri arasında davranış ve çatlak gelişimi imi açısından a fark yoktur. Bir başka deyişle, SIFCON etriye ihtiyacını ortadan kaldırmaktad rmaktadır. r. Deney süresince ACI 318 yaklaşı şımıyla edilen kayma gerilmesi yaklaşı şık k 3.45 MPa dır. Tüm T m kirişlerde çoklu çatlak gelişimi imi gözlenmig zlenmiştir.
İlk çatlak rasgele olarak çekme bölgesinde b oluşmaktad maktadır. Ancak, her zaman en alt liften başlamamaktad lamamaktadır. Yüklemenin Y devamı halinde eski çatlağa a benzer çatlaklar oluşmaktad maktadır. Yoğun lif içeren i SIFCON da yüklemeyle çatlak genişli liği artmamakta, çatlak sayısı artmaktadır
İlk çatlak oluşumu umu eğilme e dayanımının n tahmininde kullanılmaktad lmaktadır. Basınç dayanımı 11 100 psi olan 30/50 lif içeren i karışı ışımda eğilme e dayanımı 29.7 MPa bulunmuştur. 50/50 liflerin kullanıld ldığı bir diğer çalışmada (Hamza, A. M. ve Naaman,, A. E., 1996) ise basınç dayanımı 5890 psi olan karışı ışımda eğilme e dayanımı 40.6 MPa,, basınç dayanımı 61 MPa olan karışı ışımda eğilme e dayanımı 33.6 MPa,, basınç dayanımı 70 MPa olan karışı ışımda 41 MPa eğilme dayanımı elde edilmiştir. 50/50 liflerle yapılan SIFCON da eğilme dayanımı basınç dayanımının n %58 i i olarak bulunmuştur. 30/50 lifler kullanıld ldığında ise SIFCON un basınç dayanımı artmakta ve söz s z konusu oran %39 a düşmektedir.
Lif Donatılı Betonlarda Korozyon Betondaki geleneksel donatının n korozyonu elektro-kimyasal kimyasal bir reaksiyondur. Anodik bölgede demir iyonlarına na ayrışı ışır. Katodik bölgede oksijen anodik bölgeden gelen elektronlarla hidroksil iyonları oluşturur. Elektro-kimyasal kimyasal korozyon için i in potansiyel olmasına rağmen betonun yüksek y alkalinitesi ve düşük permeabilitesi gömülü çeliği i korozyondan korur. Ancak, yüksek y alkali ortamın n ve pasif etkinin koruyuculuğunu unu kaldıran iki genel mekanizma vardır
Alkali parçac acıkların n su ile yıkanmasy kanması sonucu veya karbondioksit ile reaksiyon yaparak kısmi k nötralizasyon n sonucu alkalinitenin düşmesi, Oksijenin varlığı ığında klorid iyonlarının n elektro-kimyasal kimyasal etkisi. Klorid iyonları alkali betonda da demirin pasifliğini ini bozabilir. Elektrokimyasal korozyonu etkileyen faktörler aşağıa ğıda sıralanmıştır: Ortam: ıslanma-kuruma bölgeleri, b suyun oksijenin ve kloridlerin girişi, i, Klorid: klorid içeren agregalar, priz hızlandh zlandırıcı katkılar, buz çözücü tuzlar, deniz suyu.. Karbonatlaşma, Betonun geçirgenli irgenliği. i.
Çelik Liflerin Korozyonu Çelik liflerin korozyonu iki kategoride sınıflandırılabilir: labilir: Beton yüzeyinden y korozyon, Çatlaklar boyunca korozyon.
Birinci tipte, beton yüzeyinden y korozyon esas olarak karbonatlaşma nedeni ile oluşur. ur. Büyük B k miktarda kalsiyum hidroksit içeren i çimento, ph ı yüksek (12-13) 13) alkali bir malzeme oluşturur. Bu ortamda çeliğin in yüzeyinde onu korozyondan koruyan çözülmez bir oksit filmi oluşur. ur. Ancak, atmosferik karbondioksit (CO2) karbonat (CaCO3) oluşturmak üzere kalsiyum hidroksit (Ca(OH)2) ile reaksiyona girer. Bu durum ph ın 8-9 civarına düşmesine d neden olur ve betonun koruyucu alkalinitesi kaybolur. Oksijen ve suyun bulunması halinde çeliğin in korozyonu oluşur. ur. Beton kalitesine ve karbondioksit konsantrasyonuna bağlı olarak karbonatlaşma cephesi beton içerisine i zamanla işleyebilir.
Betonda çelik lifler olması durumunda lifler beton yüzeyine çok yakınd ndır r ve herhangi bir koruyucu tabaka yoktur. Büyük B çaplı donatı çubuklarındaki olası bozulma küçük üçük k lifleri tamamen yok edebilir [Hannant,, 1976]. Ayrıca, çelik çubuk durumunda çelik beton ara-yüzeyinde çatlaklar oluşabilir, çünk nkü,, oluşan korozyon ürünlerinin hacmi ilk halinden daha büyüktb ktür. Bu genleşme neticesinde oluşan kuvvetler betonun çekme dayanımını aşar ar ve çatlama meydana gelir.
Bu çatlaklar nem girişine, ine, karbonatlaşmaya ve korozyonun ilerlemesine neden olur. Ancak, çelik lifler durumunda, liflerin çapları küçük k olduğundan undan genleşme neticesinde oluşan kuvvetler de küçük k olur. Böyle B küçük üçük k genleştirici kuvvetlerin lif beton arayüzeyinde çatlamaya neden olduğunun unun belirlenmesi incelenmelidir. İkinci tipteki korozyon (çatlaklar( boyunca korozyon) esas olarak büzülmeden veya yük y k uygulamasından kaynaklanır. Genelde çelik lif donatılı beton büzülme b şartları ve yük y k uygulamaları altında çatlaklara karışı yüksek dirence sahiptir. Çatlak genişli liği i 0,1 mm den düşük k olduğu u zaman, çatlak içi yüzü çelik lifleri ileri derecede korozyondan koruyan yüksek y alkali şartı güçlendirir. Ancak, zararlı etkilerde (çatlak( genişli liğinin inin 0,1 mm den büyük k olduğu, u, buz çözücü tuz etkisindeki köprk prü döşemelerinde veya deniz suyundaki kazıklarda) klarda) çatlaklar çelik liflerin korozyonunu hızlandh zlandırır, r, nem girişini ini ve karbonatlaşmay mayı arttırırlar. rlar. Çatlaklar boyunca korozyon gelişir ir ve liflerin çaplarında azalma meydana gelir.
BETONUN ÇELİĞİ KOROZYONDAN KORUMASI FİZİKSEL KORUMA ZARARLI MADDELERİN, SUYUN KOLAYCA ÇELİĞE ULA MASININ ENGELLENMESİ (BETONUN GEÇİRİMSİZLİĞİNE ve PAS PAYI TABAKASI KALINLIĞINA BAĞLI) KİMYASAL KORUMA BETONUN ÇELİĞE YÜKSEK DERECEDEN ALKALİ BİR ORTAM SUNMASI (ph 12.6-13.5) (PASSİVİZASYON) Beton yüzeyi Donatı Çubuğu ph 12.5 MĐKROSKOBĐK OKSĐT TABAKASI (PASĐF TABAKA) DONATININ PASLANMASI MÜMKÜN DEĞĐL (PASĐF TABAKANIN STABĐL KALMASI DURUMUNDA)
BETONUN ÇELİĞİ KOROZYONDAN KORUMASI ÇELĐK DONATI Beton yüzeyi KARBONATLAŞMA ph < 9.5 11.5 KLORÜRLER Cl - > KRĐTĐK DEĞER ASĐDĐK SIVILAR PASĐF TABAKANIN ÇÖZÜLMESĐ KĐMYASAL KORUMANIN SONU DONATININ KOROZYONU MÜMKÜN (oksijen ve nem varlığında) GEÇĐRĐMLĐ, YETERSĐZ KALINLIKTA PAS PAYI TABAKASI FĐZĐKSEL ve KĐMYASAL KORUMA YETERSĐZ KOROZYONUN KISA SÜREDE GÖRÜLMESĐ MUHTEMEL
DENĐZ SUYU ETKĐSĐ TUZLA ĐSKELESĐ
Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü ÖZEL BETONLAR YÜKSEK PERFORMANSLI BETONLAR-2 Doç. Dr. Halit YAZICI http://kisi.deu.edu.tr/halit.yazici/