LABORATUVAR ORTAMINDA BETON ÜRETİMİ: Laboratuvar koşullarında genel olarak iki şekilde beton üretimi ve karıştırma yapılabilir. Bunlar; kürekle ve betoniyer denilen karıştırma cihazları kullanılarak yapılmasıdır. Kürekle karıştırmada üç kez kuru üç kez yaş olarak karıştırılır. Beton dayanımı açısından tercih edilmemektedir. Betoniyerle karışım en iyi karıştırma metodudur. Betoniyer kullanımında malzemenin ekleme sırası homojenliği daha iyi sağlama açısından aşağıdaki şekilde yapılabilmektedir. a) İri agreganın bir kısmı ve yoğurma suyunun bir kısmı b) Çimento c) Kum ve suyun kalan kısmı d) Orta büyüklükte agrega e) İri agreganın kalan kısmı 1 BETON DENEYLERİ: Betonun tasarım ve üretim sonrası istenilen özelliklerinin kontrolü için yapılan deneyler iki gruba ayrılabilir. a) Taze beton deneyleri: Kıvam, birim hacim ağırlık, sıkışmış hava miktarı, beton sıcaklığı deneyleridir. b) Sertleşmiş beton deneyleri: Genel olarak basınç, çekme, eğilme deneyleridir. Taze beton deneyleri: Betonun işlenebilme özeliğinin birtakım yöntemlerle deneysel olarak bulunabilmesi ve sayısal olarak belirtilebilmesi gerekmektedir. Ancak, işlenebilme özeliği içerisinde yer alan kolayca karılabilme, taşınabilme, segregasyon yapmadan yerleştirilebilme, sıkıştırılabilme ve yüzeyin düzeltilmesi gibi taze betonda aranılanılan özeliklerin tümünü deneysel olarak belirleyebilecek tek bir yöntem henüz mevcut değildir. 2 Taze betonun kıvamının (ve işlenebilirliğinin) araştırılabilmesi için en çok kullanılan deney yöntemleri: 1) Çökme (slump) deneyi 2) Vebe deneyi 3) Sıkıştırma faktörü deneyi 4) Yayılma tablası deneyi 1) Çökme (Slump) Deneyi Yöntemi (TS EN 206-1): Bu deneyle taze beton kütlesinin kendi ağırlığı altında akmasına karşı betonun kayma direnci ölçülmektedir. Çökme deneyi için metalden yapılmış, alt ve uçları açık olan kesik koni şeklindeki bir huni ile, huninin içerisine yerleştirilecek betonu şişlemek için, ucu yuvarlatılmış bir çelik kullanılmaktadır. Çökme deneyi ıslaklığı az olan betonlar için (aşırı kuru, çok kuru, ve kuru kıvamdaki betonlar için) uygun değildir. Çökme miktarı 2.5 cm den daha az olan betonların işlenebilirliğine dair sağlıklı bilgi vermemektedir. 3 4 1
Deney başlamadan önce huninin içi nemli bir bezle silinmekte ve düz ve su emmeyen bir yüzey üzerine yerleştirilmektedir. Hazırlanan taze beton, mala yardımı ile huninin içerisini üç tabakada her tabaka, şişleme çubuğu ile ayrı ayrı 25 defa şişlenerek yerleştirilmektedir. En üst tabakanın şişlenmesi işleminden sonra kalıbın üstü mala veya şişleme çubuğu ile tesviye edilmektedir. Bütün bu işlemlerden hemen sonra huni yavaşça, düşey olarak yukarı çekilmektedir. Kalıbından kurtulan beton, ıslaklık derecesine bağlı olarak, az veya çok miktarda bir çökme göstermektedir. Boş huni hemen çökme yapan yığının yanına konularak ve şişleme çubuğu huninin üzerine yatay olarak yerleştirilerek, çubuğun alt seviyesi ile çökme yapmış olan betonun üst yüzünün ortalama yüksekliği arasındaki mesafe cetvelle ölçülmektedir. Ölçülen değer, betonun çökme değeri olarak ifade edilmektedir. 5 Taze beton karışımının yapısına ve ıslaklık derecesine bağlı olarak betonun göstereceği farklı çökme şekilleri: Gerçek çökme Kayma çökmesi Tamamen çökme Gerçek çökme, kütlenin şeklinde fazla bozulma ve kırılma olmadan meydana gelen beton üst kesitinde aşağı yukarı eşit miktarda oluşan çökmedir. Bu durum, betonun yeterli kohezyona sahip olduğunu göstermektedir. Kayma çökmesi, beton kütlenin bir yanında çok az, diğer yanında çok fazla çökmenin oluştuğu tarzdır. Bu tarz çökme, beton kütlenin yeterli kohezyona sahip olmadığını ve yerleşebilirlik özeliğinin iyi olmadığını göstermektedir. 6 Tamamen çökme, genel olarak beton karışımının çok sulu olduğunu betonda çok az miktarda çimento kullanıldığını işaret etmektedir. Genel olarak, aynı çökme değerine sahip betonların benzer ölçüde işlenebilirlik gösterdiği ve aynı amaçlarla kullanılabilecekleri kabul edilmektedir. Bu nedenle çökme deneyi betonun homojenliğini ve kalitesini kontrol edebilmek için kullanılabilen bir yöntemdir. Değişik kıvamdaki betonların çökme değerleri (TS 802) 7 Çökme değerine göre kıvam sınıfları (TS EN 206-1) Sınıf S1 S2 S3 S4 S5 Slamp ( Çökme ), mm 10-40 50-90 100-150 160-210 220 2) Yayılma tablası deneyi: Yayılma değeri 340mm-630mm arasında olan taze betonun kıvam değişiminin belirlenmesinde daha uygundur. Bu sınırlar dışında kıvama sahip betonlarda diğer kıvam tayini yöntemleri kullanılmalıdır. Bu yöntemde, belirli yükseklikten serbest düşürülen levha üzerindeki betonun yayılmasını ölçme yoluyla taze betonun kıvamı belirlenir. 8 2
Yayılma tablası düz, yatay bir zemine yerleştirilir. Tabla yüzeyi serbest su kalmayacak şekilde nemlendirilir. Tabla üzerine konulan kesik koni kalıbı iki eşit tabaka halinde ve her tabakada sıkıştırma çubuğu ile 10 defa hafifçe tokmaklanarak sıkıştırılmak suretiyle yerleştirilir. Kesik koni kalıbın üst yüzeyi düzeltilir. Kalıp 3-6sn içinde yukarı çekilir. Yayılma tablasının üst plakası 40mm yükseklikten 15 defa serbest düşü yapılır. Düşürme işlemleri tamamlandıktan sonra üst plâkaya yayılan beton tabakasının en büyük boyutları, plâka kenarlarına paralel iki doğrultuda cetvelle d 1 ve d 2 olarak ölçülür. Bu iki değerin ortalaması alınarak taze betonun yayılma değeri belirlenir. Yayılma tablası ve özellikleri: 9 10 Deneyde kullanılan kalıp ve sıkıştırma çubuğu Ölçülen yayılma değerleri ve sınıfları Sınıf F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 Yayılma çapı, mm 340 350-410 420-480 490-550 560-620 11 630 SERTLEŞMİŞ BETON DENEYLERİ a) Basınç deneyi: Bu deney, betonun tasarım aşamasında öngörülen beton sınıfının kontrolü için yapılmaktadır. Betonun basınç dayanımı, eksenel basınç yükü etkisi altında kırılana kadar gösterdiği direnme kabiliyeti (eksenel basınç yükü etkisiyle, betonda oluşan maksimum gerilme) olarak tanımlanabilir. Mühendislik uygulamalarında beton dayanımları arasında en çok basınç dayanımının kullanılmasının nedenleri: 1) Basınç dayanımının bulunabilmesi için uygulanan deney yönteminin, diğer dayanım türlerinin bulunabilmesi için uygulanan yöntemlerden daha basittir. 2) Genelde yapıların tasarımında, betonun basınç dayanımı değeri esas alınmaktadır. Birçok yapıda, betonun önemli miktarda çekme, eğilme, yorulma gibi değişik yüklere maruz kalmayacağı varsayılmakta ve betonun üzerine gelen en önemli yüklerin basınç yükleri oldukları kabul edilerek hesap yapılmaktadır. 12 3
3) Betonun basınç dayanımı ile çekme ve eğilme dayanım arasında yaklaşık da olsa, bir korelasyon bulunmaktadır. Bu nedenle, basınç dayanımı bilindiği takdirde, diğer türdeki dayanımların büyüklükleri hakkında bir fikir elde edilebilmektedir. 4) Basınç dayanımının bilinmesi, betonun diğer özelikleri hakkında bilgi sağlamaktadır. Örneğin, basınç dayanımının yüksek olması, betondaki su geçirimliliğin az olduğunu ve dayanıklılığının yüksek olduğunu işaret etmektedir. Basınç dayanımının bulunabilmesi için uygulanan deney yöntemleri arasında en çok kullanılanlar şunlardır: a) Standart deney yöntemi: Taze betondan hazırlanan standard boyutlu numunelerin beton standardlarında belirtilen süre ve koşullarda kür edildikten sonra kırılmaya tabi tutuldukları yöntemdir. b) Hızlandırılmış deney yöntemi: Taze betondan hazırlanan numunelerin bir iki gün gibi kısa süreyle yüksek sıcaklık ve nem içeren ortamda kür edildikten sonra kırıldıkları hızlandırılmış küre tabi tutulan numunelere uygulanan basınç dayanımı yöntemidir. c) Karot deney yöntemi: Sertleşmiş betondan kesilerek çıkartılan karot numunelerin kırılmaya tabi tutuldukları karot numunelere uygulanan basınç dayanımı yöntemidir. d) Beton test çekici yöntemi: Beton test çekici denilen bir alet yardımıyla sertleşmiş betonun yüzey sertliğini hasarsız olarak ölçerek betonun basınç dayanımı hakkında yaklaşık bir bilgi elde edildiği yöntemdir. 13 14 Standart deney yöntemi (TS EN 12390-3): En yaygın olarak kullanılan deney yöntemidir. Bu yöntemin uygulanmasında beton standartlarında belirtilen boyutlara sahip standart silindir (veya küp) numuneler kullanılmaktadır. Bu numuneler beton taze iken silindir veya küp kalıplara, beton standartlarının belirttiği tarzda, yerleştirilmekte ve bir gün sonra kalıplarından çıkartılmaktadır. Kalıplarından çıkartılan sertleşmiş beton numuneleri, deney tarihine kadar (genellikle betonun yaşı 28. güne gelinceye kadar) beton standartlarının belirttiği kür ortamında saklanır. Kürden çıkarılan silindir numunelerin üst yüzeyine başlık yapıldıktan bir gün sonra basınç cihazı ile üniform basınç yükü altında kırılmaya tabi tutulmaktadır. Yüklemeye, sabit bir hızla ve darbe tesiri yapmayacak tarzda, deney numunesi kırılıncaya kadar devam edilir. Deney numunesinin kırıldığı anda yük (kırılma anındaki maksimum yük) değeri belirlenir. (P). 15 16 4
b) Çekme deneyi: Betonun çekme dayanımı, üç değişik deney yöntemiyle bulunabilmektedir: 1) Doğrudan çekme dayanımı deneyi: Çekme yüklerinin doğrudan uygulanması ile çekme dayanımının elde edildiği yöntemdir. 2) Yarmada çekme dayanımı deneyi: Çekme yüklerinin dolaylı olarak uygulanması ile çekme dayanımının elde edildiği yöntemdir. 3) Eğilmede çekme dayanımı deneyi: Beton kirişlere eğilme yüklerinin uygulanması ile eğilme dayanımının ve böylece çekme dayanımının elde edildiği yöntemdir. 1) Doğrudan Çekme Dayanımı Deneyi: Betonun doğrudan çekme yükleri altındaki dayanımını bulabilmek için standard bir deney yöntemi yoktur. O nedenle, böyle bir deneyde kullanılmak üzere standard boyutlu ve şekilli numuneler de bulunmamaktadır. 17 Doğrudan çekme deneyi uygulanabilen numune şekilleri Doğrudan çekme yüklerinin etkisiyle bulunabilen çekme dayanımı betonun sahip olduğu hakiki çekme dayanımıdır. Ancak, mevcut deney yöntemleri, betona doğrudan çekme yükleri uygulayabilmek hem zahmetli hem de zordur. O nedenle, betonun çekme dayanımının bulunabilmesi için doğrudan çekme deney yöntemi nadiren kullanılmaktadır. 18 2) Yarmada Çekme Dayanımı (Dolaylı Çekme Dayanımı)-TS 3219 Dolaylı çekme yükleri altında betonun çekme dayanımının elde edilebilmesinde genellikle silindir şekilli beton numuneler kullanılmaktadır. Küp şekilli beton numunelerin kullanılabilmesi de mümkündür. Deneyin uygulanmasında, numune deney presinin üzerine, numune ekseni presin alt tablasına paralel olacak tarzda yatırılmaktadır. Numunenin yan yüzünün alt ve üst kısımlarına aynı düşey doğrultuda olacak şekilde belirli boyutlarda ahşap çıtalar yerleştirilmektedir. Deney cihazı vasıtasıyla uygulanan basınç yükü numune kırılıncaya kadar devam ettirilmekte ve kırılma yükü (P) ölçülmektedir. Böyle bir yükleme altında, silindir numunenin kırılma şekli, numunenin ortadan yarılarak iki parçaya ayrılması şeklinde gerçekleşmektedir. 19 Silindir şekilli beton numuneye basınç yükünün uygulanması durumunda, beton yük ekseninde kısalmaya ve yük eksenine dik olan yatay eksende ise uzamaya maruz kalmaktadır. Betonun içerisinde küçük bir eleman incelenecek olursa, bu elemanın üzerinde basınç gerilmeleri ve basınç gerilmeleri nedeniyle ortaya çıkmış olan çekme gerilmeleri bulunmaktadır. 20 5
P = Kırılmaya neden olan maksimum basınç yükü, N L= Silindir numunenin boyu, mm D = Silindir numunenin çapı, mm ( 3) Eğilme Dayanımı (Eğilmede Çekme Dayanımı)-TS 3284 Betonun eğilme dayanımının bulunabilmesi için beton kiriş numuneler hazırlanmakta ve belirli bir yükleme koşullarında eğilme yükü altında kırılmaya tabi tutulmaktadır. Eğilme dayanımı deneylerinde genellikle kare kesitli kirişler kullanılmaktadır. Kiriş kesiti 10x10 cm veya 15x15 cm'dir. Numunelerin hazırlanması için kalıplara yerleştirilen taze beton sıkıştırılmakta ve deney gününe kadar 20 o C sıcaklıkta ıslak küre tabi tutulmaktadır. Eğilme deneyi yükleme durumuna iki farklı şekilde yapılabilmektedir. a) Orta noktadan yüklenmiş (3 noktalı) eğilme deneyi yöntemi: Beton kirişin oturtulduğu mesnetler arasındaki mesafenin orta noktasından (L/2 mesafesinden) yüklenmesi durumundaki deney yöntemidir. 21 22 b) L/3 uzaklıktaki iki noktadan yüklenmiş (4 noktalı) eğilme deneyi yöntemi: Beton kirişin oturtulduğu mesnetlerden L/3 uzaklıktaki iki noktadan yüklenmesi durumundaki deney yöntemidir. Orta noktadan yüklenen dikdörtgen kesitli kiriş numunelerde eğilme dayanımı, σe ( N/mm2): P: Maksimum eğilme yükü, N b, d = Numune boyutları, mm L = Mesnetler arası mesafe, mm 23 24 6
İki noktadan yüklenen dikdörtgen kesitli kiriş numunelerde eğilme dayanımı, σe ( N/mm2 ): P: Maksimum eğilme yükü, N b, d = Numune boyutları, mm L = Mesnetler arası mesafe, mm 25 7