Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESĐNDE ÖZEL KONULAR -2-2- Doç. Dr. Halit YAZICI Yüksek Performanslı betonlar http://kisi.deu.edu.tr/halit.yazici/
Arayüzey-Geçiş Bölgesi Agrega Ara yüzey Çimento Hamuru
Arayüzey (ITZ) Đri Agreganın etrafını saran 10-50 µm kalınlığındaki geçiş bölgesi Bu bölge betonun diğer kısımlarından daha zayıf Mekanik özelliklere etkisi beklenenden daha fazla
Agrega Geçiş bölgesi Çimento pastası
Gerilme agrega beton Çimento hamuru Çimento hamuru ve agrega kırılmaya kadar doğrusal davranış gösterir Beton ise kırılmaya kadar doğrusal davranış göstermez Birim şekil değiştirme
Eğriselliğin nedeni? Dayanımın %50 si Kırılma anı Dayanımın %30 u Gerilme (% Dayanımın) Dayanımın %75 i Birim şekil değiştirme Mikro çatlak
1. Aşama (σ<0.3fc): Uygulanan gerilmenin basınç dayanımının %30 unun altında kaldığı aşamada geçiş bölgesindeki çatlaklar kararlıdır. Dolayısıyla gerilme-birim deformasyon eğrisi doğrusaldır.
2. Aşama (0.3fc<σ<0.5fc): Gerilme değeri basınç dayanımının %30 unu aştığı durumda gerilme arttıkça mikro-çatlakların uzunluğu, genişliği ve sayısı artmaya başlar. Dolayısıyla, gerilme arttıkça deformasyon gerilmeye oranla daha çok artar ve davranış doğrusallıktan uzaklaşmaya başlar. Ancak, basınç dayanımının %50 sine kadar geçiş bölgesinde bulunan mikro-çatlaklar kararlı kabul edilebilir, matristeki çatlama ihmal edilebilir düzeydedir.
3. Aşama (0.5fc<σ<0.75fc): Basınç dayanımının %50-60 ına ulaşıldığında matris çatlamaya başlar. Yükün daha da artması halinde geçiş bölgesindeki çatlak sistemi kararsız duruma geçer ve bağlayıcı matristeki çatlakların yayılması artar. Sonuç olarak gerilme-deformasyon eğrisi yataya doğru belirgin biçimde eğilir.
4. Aşama (0.75fc<σ): Deformasyon enerjisi belirli bir yük altında çatlakların kendiliğinden yayılması için gerekli olan kritik seviyeye ulaşırsa sonuç kırılma olur. Gerilme artışıyla matriste ve geçiş bölgesindeki çatlakların yayılma hızı yüksek olduğundan çatlak sistemi sürekli hale gelir, çok büyük deformasyonlar oluşur.
Dış yükün uygulanmasından önce bile bağlayıcı matris ile iri agrega arasındaki geçiş bölgesinde mikro-çatlaklar mevcuttur. Bu çatlakların sayısı ve büyüklüğü diğer faktörlerin yanısıra, geçiş bölgesinin dayanımına, betonun terleme karakteristiklerine ve kürüne bağlıdır. Normal kür koşulları altında (beton kurumaya veya termal büzülmeye maruzken) matris ile iri agrega arasındaki geçiş bölgesinde, elastisite modüllerinin farklı olmasından kaynaklanan ve çatlamalara sebep olan farklı deformasyonlar oluşur.
Đri agregaların etrafında toplanan su filmi bu bölgede S/Ç oranını arttırır S/Ç oranının bu bölgede yüksek olması nedeniyle, iri agreganın çevresinde büyük kalsiyum hidroksit (kireç) ve etrenjit kristalleri oluşur. Bu bölge zayıf ve geçirimlidir Tabaka halindeki kireç kristalleri agrega yüzeyine dik yönelme eğilimindedir.
Çimento Agrega
Boşluk, gözenek
Arayüzey-Geçiş Bölgesi Agrega Ara yüzey Çimento Hamuru
Karakteristik Özellikler (ITZ) Matris ile kıyaslandığında daha büyük porozite CH (kalsiyum hidroksit) çökelmesi Daha büyük kristaller
Silika dumanı gibi puzolanlar kullanımı arayüzeydeki poroziteyi azaltır 1. Dolgu etkisi 2.CH ile reaksiyon, puzolanik etki
Hafif agrega-itz ilişkisi Gözenekli hafif agregalar ile aderans daha iyi Termal işlemle yüksek sıcaklıkta üretilmiş yapay hafif agregaların yüzeyindeki amorf silika ile CH reaksiyon yapabilir
Karbonat kökenli agregalar çimento hamuru ile reaksiyona girerse aderans olumlu yönde gelişir.
Portland çimentosunda hidratasyon ürünlerinin oluşma hızları
Hidratsyon ürünlerinin oluşumunun priz süresine, geçirimliliğe, poroziteye, dayanıma etkisi
Elektron mikroskobu ile büyütülmüş C-S-H jeli görüntüsü
Elektron mikroskobunda büyütülmüş etrenjit kristali
10 dakika 3 saat 24 saat Singenit Kısa Etrenjit C S H Jips Uzun Etrenjit Portlantit
C- S- H fazı nın uzu nlu ğu (n m) 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 C-S-H fazının en uzun parçacığı C-S-H fazının en kısa parçacığı 0 100 200 300 400 500 600 Hidratasyon süresi (gün)
Hidratasyon reaksiyonu Su/çimento oranı 0.63 olan çimento hamuru 100 cm3 çimento alırsak Çimento kütlesi Mc= 100*3.14= 314 g Su kütlesi Mw= 314*0.63= 200 g
1cm3 çimento hidratasyonundan yaklaşık 2 cm3 hamur elde ediliyor
Sıfır porozite için gerekli su/çimento oranı: S/Ç= 100/100*3.14 = 0.32
Đyi Hidrate olmuş hamur Zayıf CSH Kristallerinin Biraraya toplanması H: Büyük hekzogonal kristaller CH, C4ASH18, C4AH19 gibi C: Hidratasyon ürünlerinin dolduramadığı kapiler boşluklar
Hidrate çimentodaki boşluklar CSH içindeki jel boşlukları 5-25 A Geçirimliliği ve dayanımı etkilemez Sünme ve kuruma büzülmesine biraz etkisi vardır Kapiler boşluklar > 50 nm geçirimliliği ve dayanımı etkiler < 50 nm sünme ve kuruma büzülmesine etkisi çoktur Hava boşlukları Hapsolmuş hava 3 mm Sürüklenmiş hava 50-200 µm
Jel suyu Kapiler su Fiziksel olarak bağlı su
Sertleşme: plastik kıvamın kaybolması, katılaşma Priz başlangıcı: katılaşmanın başlangıcı (>45-60 dak) Priz sonu: Tamamen katılaşma (<400-600 dak)
Ana bileşenler C3S : çok reaktif, hidratasyon ısısı yüksek, erken dayanımı yüksek (%50) C2S: düşük hidratasyon ısısı, yavaş reaksiyon (%25) C3A: yüksek hidratasyon ısısı, sülfatlı ortamda problemli (%10) C4AF: %10 Alçıtaşı: %5, prizi kontrol etmek için katılır.
Bogue - Lerch Basınç dayanımı (MPa) 80 60 40 20 C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF 0 0 100 200 300 400 Zaman (gün)
Beaudoin - Ramachandran Basınç dayanımı (MPa) 100 80 60 40 20 30 C 3 S 15 C 4 AF C 2 S 0 C 3 A 0 15 30 C 3 S C 2 S C 4 AF 0 C 3 A 0 200 300 400 100 Zaman (gün)
Priz sırasında ve hidratasyonun erken aşamalarında ısı çıkışı
Type I General Purpose Type II Moderate heat of hydration and sulfate resistance (C3A< 8%) : general construction, sea water, mass concrete Type III High early strength (C3A < 15%) : emergency repairs,precast, winter construction. Type IV Low heat ( C3S < 35%, C3A < 7%, C2S > 40%):mass concrete Type V - sulfate resistant ( C3A < 5%) : sulfate in soil, sewers
Çimento tipinin dayanıma etkisi
Çimento tipinin hidratasyon ısısına etkisi
Đnceliğin dayanım gelişimine etkisi
Đnceliğin hidratasyon ısısına etkisi
Sıcaklığın hidratasyon ısısına etkisi
Calcium aluminate cement concretes are generally not recommended for structural use. This is because the principal hydration product, CAH10, is unstable under ordinary conditions. It gradually transforms into a stable phase, C3AH6, which has a cubic structure and is denser. The CAH10-to- C3AH6 conversion is associated with a large increase in porosity and therefore a corresponding decrease in strength.
Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESĐNDE ÖZEL KONULAR -2-2- Doç. Dr. Halit YAZICI Yüksek Performanslı betonlar http://kisi.deu.edu.tr/halit.yazici/