Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESĐNDE ÖZEL KONULAR -3- Doç. Dr. Halit YAZICI Yüksek Performanslı betonlar http://kisi.deu.edu.tr/halit.yazici/
Puzolanların hidratasyon ısısına etkisi
Puzolanların dayanıma etkisi
Uçucu külün dayanıma etkisi Compressive Strength, MPa 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 day 3 days 7 days 28 days 56 days 90 days 0 10 20 30 40 50 60 70 FA, %
Portland çimentosu ve curuflu çimento S/Ç=0,53 BASINÇ DAYANIMI (MPa) 48 46 44 42 40 38 36 34 28G PÇ 90G-PÇ DS IK 90G-PÇ 28G-CÇ 32 90G-CÇ DS IK 90G-CÇ 30 200 250 300 350 400 450 500 ÇİMENTO DOZAJI (kg/m 3 ) S/Ç oranı 0.53 olan karışımların 28, 90 günlük ve deniz suyu ıslanma-kuruma çevrimleri etkisi sonrası basınç dayanımları
0,5 0,45 0,4 Genleşme (%) 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 Genleşme Sınırı Puzolanların ASR genleşmesine etkisi 0,05 0 0 3 6 9 12 15 Zaman (gün) Kontrol ST5+UK5 ST5+UK10 ST5+UK15 ST5+UK20 ST5+UK25 ST5+UK30 ST5+UK35 ST5+UK40 ST: silika tozu UK: uçucu kül Kontrol: PÇ
Yüksek fırın curufunun harçların basınç dayanımına etkisi 80 1 Gün 3 Gün 7 Gün 28 Gün 56 Gün 90 Gün 180 Gün Basınç Dayanımı (MPa) 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 YFC (%)
Yüksek Fırın Curufunun basınç dayanımına etkisi
Kür yaşının Portland çimentosu ve puzolan içeren çimentoların kalsiyum hidroksit içeriklerine etkisi
Kür yaşının ve Yüksek fırın curufu içeriğinin Portland çimentosu-curuf karışımı hamurlarının Kalsiyum hidroksit içeriğine etkisi
Farklı çimentoların Normal sıcaklıklarda basınç dayanımı gelişimi
Genleşen çimento : Mekanizma
Su/çimento oranının dayanıma etkisi
Su/çimento oranının genleşmeye etkisi
Agrega Ekonomi Rijitlik, elastisite modülü Boyutsal stabilite Aşınma dayanıklılığı
Hafif agregalı beton
Beton özelliklerini etkileyen agrega özellikleri
Boşlukların azaltılması
Boşlukların azaltılması
Kimyasal katkılar
Kimyasal katkılar Betonun bazı özelliklerini geliştirmek veya değiştirmek için kullanılırlar
Betonda buz oluşumu
Hava sürükleyici Reçine tuzları, petrol asitleri, sentetik deterjanlar
Avantajlar Donma-çözünmeye direnç Đşlenebilirlikte artış Terleme ve ayrışmada azalma eğilimi
Dezavantajlar Dayanımda düşüş (yaklaşık hava içeriğindeki %1 artış, %5 mukavemet kaybı) Geçirimlilikte artış aşırı dozda kullanımı prizi geciktirebilir
Aktif yüzeyli moleküller (sürfaktan) Uzun-zincir organik moleküller, bir ucu hidrofil (suyu çeken), diğer ucu hidrofob (suyu iten) hidrofil uç bir yada birkaç polar grup içerir örneğin, COO -, SO 3-, or NH 3+
Düşük oranda su azaltıcılar: en az %5 su azaltma (örnek, linyosülfanat) Tip A : normal Tip D : su azaltıcı ve priz geciktirici Type E : su azaltıcı ve hızlandırıcı Yüksek oranda su azaltıcı: En az %12 su azaltma Superakışkanlaştırıcı (sentetik polimerler: naftalin, melamin veua akrilik esaslı) Tip F : normal Tip G : su azltıcı ve priz geciktirici
Süperakışkanlaştırıcı Đşlenebilirliği arttırmak Mukavemeti arttırmak Çimento tasarrufu
Süperakışkanlaştırıcı Sabit işlenebilirlikte %25 to %30 su azaltma (normal akışkanlaştırıcı: %5 to 10 su kesme). Terleme ve kusmaya yol açmaz (normal dozajlarda) kolloidal boyutlu uzun zincir molekülleri terleme suyunun yolunu keser.
Fiziksel etki ve dağılma
Naftalin esaslı süperakışkanlaştırıcının etrenjit morfolojisine etkisi SA Yok SA Var
Mode of Action of Superplasticizers "Chemical" Effects: Changes in morphology
Priz kontrol katıları Taze betonda reolojik değişiklikler Katılaşma: kıvamın kaybolması Prize başlama: betonun işlenebilirliğini kaybetmesi Priz sonu: betonun tamamen katılaşması Setleşme: zamanla dayanım kazanma
Priz hızlandırıcı: priz süresini azaltır. geciktirici: priz süresini uzatır
Priz hızlandırıcı katyonların (kalsiyum iyonları) ve anyonların çözünürlüğünü arttırır. Priz geciktirici ise çimento katyonlarının ve anyonlarının çözülmesini engeller
Bazı belirli anyonlar (Cl, NO 3-, or SO4 2- ) silika ve alüminatların çözünürlüğünü azaltırken, kalsiyum iyonlarının çözünürlüğünü ise arttırırlar. Düşük konsantrasyonlarda kullanıldığında ilk etki baskındır, yüksek konsantrasyonlarda ise ikinci etki baskındır.
Priz hızlandırıcı Soğuk havada şu amaçlarla kullanılır Betonun perdahlama işleminin makul sürede yapılması, koruyucu önlemlerin zamanında başlatılması için Kür ve koruma işlemlerinin süresini azaltmak için Erken dayanım gelişimini arttırmak, böylece kalıp alma süresini azaltmak ve yapının servise alınma süresini kısaltmak için
Kalsiyum klorür geçmişte en yaygın kullanılan priz hızlandırıcıdır. Ancak donatı korozyonu riski nedeniyle günümüzde tercih edilmemektedir. Kalsiyum formate, formik asit gibi klorür içermeyen priz hızlandırıcılar mevcuttur.
Priz geciktirici Sıcak hava koşullarının meydana getirdiği olumsuzlukları gidermek için kullanılır Taşıma, yerleştirme, sıkıştırma ve perdah işlemlerinin düzgün yapılabilmesi, Soğuk derz oluşumunun engellenmesi, Yüksek sıcaklığın hidratasyonu hızlandırmasıyla oluşan çatlama gibi hasarları engellemek için kullanılır.
Tip A: su azaltıcı Type B: geciktirici Type C: hızlandırıcı Type D: su azaltıcı ve geciktirici Type E: su azaltıcı ve hızlandırıcı Type F: yüksek oranda su azaltıcı Type G: yüksek oranda su azaltıcı ve geciktirici
Büzülme
Plastik büzülme: Beton Taze haldeyken buharlaşma yoluyla kaybedilen su Otojen büzülme: Kimyasal büzülme (hidratasyon ürünlerinin su + çimento hacminden daha az yer kaplanması) + (beton gözenek suyunun hidratasyon sonucu tüketilmesi) Termal büzülme: Betonun sıcaklığının içte artması dış yüzeyde düşmesi Kuruma Büzülmesi: Sertleşmiş betonun kurumayla suyunu kaybetmesi Karbonatlaşma büzülmesi : hidratasyon ürünlerinin CO ile reaksiyonu
Büzülmeyi azaltmak için önlemler Akışkanlaştırıcı kullanılarak su miktarının azaltılması Mineral katkılar kullanılarak çimento miktarının azaltılması Özel çimentolar ve genleşen bileşenler kullanılması. Büzülme azaltan kimyasal katkı kullanımı
Büzülme azaltıcı katkılar Büzülmede %35-60 azalma rapor edilmiştir. Kısıtlanmış büzülme çatlaklarını azaltır geçirimliliği ve makro boşlukları azaltır. Akışkanlığı arttırır Basınç, çekme dayanımını ve elastisite modülünü az bir miktar azaltır
Gözeneklerdeki buharlaşabilen suyun yüzey enerjisini azaltır böylece kuruma sırasında oluşan kapiler gerilme azalır
Plastik büzülme çatlakları Plastic Shrinkage Cracking Terleme kusma ile yüzeye çıkan su buharlaşma ile kaybolan suyu dengelemezse büzülme oluşur Büzülme engellenirse çatlaklar oluşur Yüksek yüzey/hacim oranına sahip kaplamalar, köprü kirişleri, tünel kaplamaları gibi yapılar risk altındadır
Büzülme ve sünme
Taze beton - Erken yaşlar Đlk 48 saat betonun performansı için çok önemlidir. Bu periyot betonun uzun dönemli davranışını, basınç dayanımını, elastisite modülünü ve durabilitesini kontrol eder.
Taze beton özellikleri Đşlenebilirlik Đşlenebilirlik kaybı Ayrışma/terleme/kusma Plastik büzülme Priz Sıcaklık
Đşlenebilirlik: Betonun minumum enerji ile ayrışmaya yol açmadan yerleştirilebilmesi Birçok parametreye göre seçilir (ekip ve ekipman, beton türü, karışım vb.) Örneğin nispeten kuru bir karışımın işlenebilirliği pompalama açısından yetersizdir ancak aynı karışım kütle betonu üretimi için yüksek işlenebilirlikte kabul edilebilir.
Beton çok kuru ise şantiyede yerleştirilemez buda çok büyük boşluklar demektedir.
Terleme ve ayrışma Kontrol eden parametreler: Su miktarı Çimento miktarı Çimento pastasının artması agregalar arasındaki sürtünmeyi azaltır Agrega tane dağılımı önemli Đnce/kaba agrega oranı Kumun incelik modülü Gözlemsel değerlendirme
Admixtures Water reducing Air entraining Fly ashes, pozzolans (fine)
Sıcaklık ve zaman Çok uzun süre karıştırma veya taşıma >>>> yüksek hava sıcaklığı >>> su ihtiyacında artış >>>> çökme kaybı
Çökme kaybı - nedenler Ani veya yalancı priz yapan çimento Taşıma, karıştırma ve perdahın aşırı uzun süre alması Aşırı hidratasyon ısısı
Elastisite modülü
Test parametreleri Çimento matrisi Arayüzey(ITZ) Agrega Örneğin nem durumu Yükleme ile ilgili faktörler Porozite Porozite ve Arayüzeyin kompozisyonu Elastisite modülü Betondaki hacim oranı Matrisin elastisite modülü BETONUN ELASTĐSĐTE MODÜLÜ
Farklı dayanım sınıflarındaki betonların elastisite modüllerinin zamanla değişimi (1 yıla kadar) Elastisite modülü ileriki yaşlarda basınç dayanımından daha hızlı gelişiyor
Kayaç tipi Granit Bazalt Çakıl Kireçtaşı Kumtaşı Hafif agrega Porozite Düşük porozite < %1 Orta derecede porozite % 1-5 Yüksek porozite %10 E (GPa) 70-140 20-40 7-30
Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESĐNDE ÖZEL KONULAR -3- Doç. Dr. Halit YAZICI Yüksek Performanslı betonlar http://kisi.deu.edu.tr/halit.yazici/