Donma-Çözülmenin Farklı Kür Görmüş Kendiliğinden
Yerleşen Betonlar Üzerindeki Etkisi
Şirin Kurbetci, Şakir Erdoğdu, Ali Recai Yıldız
KTÜ Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 61080 TRABZON
Tel: (0462)3772052
E-Posta: [email protected]
Öz
Bu çalışmada farklı oranlarda silis dumanı ve/veya uçucu kül içeren ve farklı koşullarda
kür gören kendiliğinden yerleşen betonlar üzerinde donma-çözülmenin etkisi
araştırılmıştır.
Mineral katkı maddesi içermeyen bir adet, silis dumanı içeren üç adet, uçucu kül içeren
üç adet ve hem silis dumanı hem de uçucu kül içeren üç adet olmak üzere toplam 10
farklı bileşimde kendiliğinden yerleşen beton üretilmiştir. Toplam bağlayıcı miktarı 550
kg/m3, su/bağlayıcı oranı 0.37 olarak sabit tutulmuştur. Deneylerde 100x100x400 mm
prizmatik kalıplar kullanılmıştır. Standart dayanımı belirlemek amacıyla her bir
üretimden 15 cm küp şahit numuneler de hazırlanmıştır. Kalıplarından çıkarılan
numunelerin bir kısmı 20oC de suda, bir kısmı laboratuvar ortamında havada 28 gün kür
gördükten sonra 300 hızlı donma-çözülme çevrimine tabi tutulmuşlardır. Donmaçözülme çevrimi öncesi ve sonrası numuneler üzerinde ultrases hızı ölçümleri
gerçekleştirilmiş ve basınç dayanımları belirlenmiştir.
Çalışma sonunda kür koşullarından bağımsız olarak mineral katkı içeren betonların
basınç dayanımı kayıplarının daha az olduğu saptanmıştır. Mineral katkı türünden
bağımsız olarak, laboratuvar ortamında hava kürü ardından donma-çözülme çevrimi
uygulanan numuneler daha az dayanım kaybına uğramıştır.
Anahtar sözcükler: Donma-çözülme; Kendiliğinden yerleşen Beton; Kür; Mineral katkı
Giriş
Kendiliğinden yerleşen betonlar (KYB), geleneksel betona oranla birtakım avantajlar
içeren, beton teknolojisindeki son yeniliklerdendir. Yerleştirme için vibrasyon
gerektirmeyen, kendi ağırlığıyla akabilen ve kalıbını doldurabilen ve bu özellikleri
ayrışma olmadan sağlayabilen bir betondur. Böylece yoğun donatılı bölgelerde
yerleştirme sorunu olmaz ve yapım işi hızlanır. Onarım ve güçlendirme projelerinde, sık
donatılı elemanlarda, estetik kalıp tasarımında, zor ve ulaşılmaz kalıplarda, vibrasyon
yapmanın mümkün olmadığı uygulamalarda kullanımı çok uygun olan bir betondur
(Bouzoubaa, Lachemi, 2000). Ancak KYB’ lerin istenen performansı sağlaması; uygun
malzeme tip ve oranlarının seçimi, üretim sırasında malzeme tip ve oranlarındaki
değişimin minimize edilmesi, ortam koşullarının etkisinin göz önüne alınması ve taze
beton özelliklerinin sürekli kontrolü ile mümkündür (Felekoğlu, Baradan, 2004).
251
KYB üretiminde daima güçlü bir süperakışkanlaştırıcı, fazla miktarda toz malzeme
ve/veya viskozite düzenleyici katkı maddesi kullanılmalıdır. Süperakışkanlaştırıcı,
betonun akışkanlığını arttırırken toz malzeme veya viskozite düzenleyici katkı maddesi
karışımın stabilitesini sağlamak suretiyle terlemeyi ve ayrışmayı önlemektedir (Zhu,
Bartos, 2002). KYB üretiminde toz malzeme olarak genellikle kireçtaşı tozu, uçucu kül,
granüle yüksek fırın cürufu ve silis dumanı kullanılmaktadır (Persson, 2001).
Literatürde KYB`lerin reolojisi ile ilgili pek çok araştırma mevcut olmasına rağmen
bunların donma-çözülme dirençleriyle ilgili yapılan araştırma sınırlıdır (Persson, 2003;
Nehdi, 2004; Corinaldesi, 2004). Oysa KYB’lerin bu anlamda davranışlarının bilinmesi
son derece önemelidir. Bu çalışmada, içerdikleri mineral katkı maddesi itibariyle farklı
bileşimde üretilen ve farklı koşullarında saklanan kendiliğinden yerleşen betonlar
üzerinde donma-çözünmenin etkisi araştırılmıştır.
Deneysel Çalışma
Kullanılan Malzemeler
Deneylerde maksimum tane çapı 16 mm yöresel bazalt agregası ve PÇ42.5 Portland
çimentosu kullanılmıştır. Mineral katkı maddesi olarak F tipi bir uçucu kül ve silis
dumanı kullanılmıştır. Kimyasal katkı maddesi polikarboksilat bazlı, özgül ağırlığı 2.15
olan yeni nesil bir süperakışkanlaştırıcıdır. Kullanılan çimento, uçucu kül ve silis
dumanına ait kimyasal bileşimler ve bazı fiziksel ve mekanik özellikler Tablo 1’de
verilmiştir.
Tablo 1. Çimento, uçucu kül ve silis dumanına ilişkin bazı özellikler.
Kimyasal Bileşim (%)
Çimento
Uçucu Kül
63.41
3.80
1.20
-20.22
55.18
5.67
19.55
2.91
10.58
0.96
5.86
2.92
0.70
-0.48
-1.50
---0.89
3.32
1.04
0.93
-Fiziksel ve Mekanik Özellikler
Özgül ağırlık
3.07
2.09
2
İncelik (Blaine, cm /g)
3564
2550
Basınç
2-gün
26.8
Dayanımı
7-gün
37.9
(MPa)
28-gün
46.1
Bileşen Adı
CaO, toplam
CaO, serbest
SiO2, toplam
Al2O3
Fe2O3
MgO
SO3
Na2O
K2O
Mn2O3
TiO2
Kızdırma kaybı
Çözünmeyen kalıntı
252
Silis Dumanı
1.09
-76.66
0.25
0.65
7.98
1.61
1.38
4.43
0.09
0.22
4.75
-2.40
--
Deney Programı
Mineral katkı maddesi içermeyen bir adet, silis dumanı içeren üç adet, uçucu kül içeren
üç adet ve hem silis dumanı hem de uçucu kül içeren üç adet olmak üzere toplam 10
farklı bileşimde kendiliğinden yerleşen beton karışımı hazırlanmıştır. Toplam bağlayıcı
miktarı 550 kg/m3, su/bağlayıcı oranı 0.37 olarak sabit tutulmuştur. Deneylerde
100x100x400 mm prizmatik kalıplar kullanılmıştır. Standart dayanımı belirlemek
amacıyla her bir üretimden 15 cm küp şahit numuneler de hazırlanmıştır.
Uçucu kül (UK) ikame oranları %10, %20, %30; silis dumanı (SD) ikame oranları %6,
%9, %12; her iki mineral katkının birlikte kullanıldığı deneylerde ikame oranları %6 SD
ve %24 UK, %9 SD ve %21 UK, %12 SD ve %18 UK olmuştur. Tüm üretimlerde
toplam bağlayıcının %2 si oranında süperakışkanlaştırıcı katkı maddesi kullanılmıştır.
Üretilen betonların karışım oranları ve işlenebilirlik özellikleri Tablo 2`de verilmiştir.
Her üretimde 5 adet prizma, 2 adet küp numune hazırlanmıştır. Prizmalardan 3 tanesi ve
küp numuneler standart kür görmüş; 2 tanesi laboratuvar koşullarında ( 23±2 °C
sıcaklık ve yaklaşık %65 nem) havada kür edilmiştir. 28 gün sonunda küp numuneler
üzerinde basınç dayanımı ve standart kür gören prizmalardan biri üzerinde de eğilmede
çekme ve basınç dayanım deneyleri uygulanmıştır. Standart kür gören ve havada kür
gören prizmalardan birer tanesi ise donma-çözülme deneyine tabi tutulmuştur
(SKÜR+DÇ ve HAVA KÜRÜ+DÇ). Diğer prizmalar ise donma-çözülme deneyi bitene
kadar kendi kür koşullarında bekletilmiştir(SKÜR ve HAVA KÜRÜ). Deney sırasında
prizmalar eğilmede çekme deneyi sonucu iki parçaya ayrılmış ve ayrılan parçalar
üzerinde basınç dayanımı belirlenmiştir.
Donma-çözülme deneyinde TS3449 standardına uygun olarak -20°C de 2 saat havada
donma ve +5°C de 1 saat suda çözülme şeklinde 300 çevrim gerçekleştirilmiştir.
Donma-çözülme çevrimi öncesi ve sonrası numuneler üzerinde ultrases hızı ölçümleri
gerçekleştirilmiştir.
Tablo 2- Betonların karışım oranları ve işlenebilme özellikleri.
Üretim
Çimento
(kg)
KATKISIZ
%6 SD
%9 SD
%12 SD
%10 UK
%20 UK
%30 UK
%6 SD+%24 UK
%9 SD+%21 UK
%12 SD+%18 UK
550
517
500.5
484
495
440
385
385
385
385
Uçucu
Kül
(kg)
0
33
49.5
66
0
0
0
33
49.5
66
Silis
Dumanı
(kg)
0
0
0
0
55
110
165
132
115.5
99
İri
Agrega
(kg)
800
794
790
787
788
776
765
765
766
766
İnce
Agrega
(kg)
771
765
762
759
760
749
737
739
738
739
ÇökmeYayılma
(mm)
700
680
650
630
710
730
735
740
630
610
t-500
(sn)
5.2
5.2
4.5
4.3
5.8
6.2
7.3
4.6
4.1
4.2
VHunisi
(sn)
12.2
5.8
5.5
5.2
9.6
10.3
17.8
5.6
6.2
5.1
Deney Sonuçları ve İrdeleme
Tablo 2`den görüldüğü üzere, silis dumanı ikame miktarı arttıkça çökme-yayılma
mesafesi, t-500 süresi ve V-hunisi süresi azalmaktadır. Uçucu kül ikame miktarı arttıkça
ise bunun tersi bir durum oluşmaktadır.
253
Tablo 3, üretilen betonların 28. günde ve uygulanan kür sonunda numuneler üzerinde
ölçülen basınç dayanımlarını ve ultrases hızlarını göstermektedir.
Tablo 3. Betonların 28. gündeki ve kür sonundaki basınç dayanımları ve ultrases hızları.
Üretim
KATKISIZ
%6 SD
%9 SD
%12 SD
%10 UK
%20 UK
%30 UK
%6 SD
+
%24 UK
%9 SD
+
%21 UK
%12 SD
+
%18 UK
Kür Koşulu
HAVA KÜRÜ+DÇ
SKÜR+DÇ
HAVA KÜRÜ
SKÜR
HAVA KÜRÜ+DÇ
SKÜR+DÇ
HAVA KÜRÜ
SKÜR
HAVA KÜRÜ+DÇ
SKÜR+DÇ
HAVA KÜRÜ
SKÜR
HAVA KÜRÜ+DÇ
SKÜR+DÇ
HAVA KÜRÜ
SKÜR
HAVA KÜRÜ+DÇ
SKÜR+DÇ
HAVA KÜRÜ
SKÜR
HAVA KÜRÜ+DÇ
SKÜR+DÇ
HAVA KÜRÜ
SKÜR
HAVA KÜRÜ+DÇ
SKÜR+DÇ
HAVA KÜRÜ
SKÜR
HAVA KÜRÜ+DÇ
SKÜR+DÇ
HAVA KÜRÜ
SKÜR
HAVA KÜRÜ+DÇ
SKÜR+DÇ
HAVA KÜRÜ
SKÜR
HAVA KÜRÜ+DÇ
SKÜR+DÇ
HAVA KÜRÜ
SKÜR
Basınç Dayanımı (MPa)
28. gün
Kür sonu
52.5
66.5
65.5
69.5
79.5
62.0
73.5
67.0
71.0
82.0
61.5
68.5
66.0
71.5
78.0
61.0
71.5
67.0
71.0
81.0
63.0
71.0
70.5
71.0
81.5
59.5
68.0
67.0
63.0
82.0
56.0
65.0
63.0
60.0
74.5
50.0
61.0
53.5
59.5
67.0
53.0
60.5
59.5
58.5
69.0
54.5
62.5
60.0
57.5
72.0
Ultrases hızı
28. gün
Kür sonu
4256
4316
4551
4462
4237
4276
4551
4596
4256
4378
4551
4462
4179
4217
4551
4619
4179
4222
4551
4378
4208
4296
4528
4619
4217
4317
4551
4462
4217
4256
4528
4596
4296
4378
4551
4506
4237
4257
4485
4666
4179
4399
4484
4357
4237
4256
4484
4619
4051
4296
4420
4378
4033
4050
4460
4573
4068
4161
4420
4316
4123
4161
4442
4506
4141
4318
4357
4236
4086
4104
4420
4506
4115
4215
4378
4292
4132
4179
4399
4484
Basınç Dayanımı
Şekil 1, 2 ve 3 sırasıyla silis dumanı, uçucu kül ve her iki mineral katkının birlikte
ikame edildiği numunelerin 300 donma-çözülme çevrimi sonunda ölçülen basınç
dayanımlarının, bu çevrim süresince standart kür koşullarında bekletilen deney
numunelerinin basınç dayanımlarına oranını göstermektedir. Bu grafiklerde ayrıca tüm
254
deney süresi boyunca havada kür edilen numunelerin basınç dayanım oranları da
verilmiştir. Şekil 1’deki en düşük dayanım oranları 28 gün havada kür edildikten sonra
donma-çözülmeye tabi tutulan numunelere aittir. Standart kür gördükten sonra donmaçözülme uygulananlara ait dayanım oranları en yüksektir. Şekil 2’den görüleceği gibi
bağıl basınç dayanımında en fazla azalma hava koşullarında bekletilip donma
çözülmeye maruz bırakılan numunelerde gözlenmektedir. Bu durum yetersiz
hidratasyondan sonra boşluklu yapıya sahip numunelerin diğer numunelere oranla
donma-çözünme etkisinden daha fazla etkilenmesinden kaynaklanmış olabileceği
düşünülmektedir. Aynı eğilim Şekil 3’te de görülmektedir. Yani basınç dayanımı kaybı
en çok olan numuneler havada kürden sonra donma-çözülme uygulananlardır. Bunu
sırasıyla havada kür ve standart kürden sonra donma-çözülme uygulananlar
izlemektedir.
1.00
Basınç Dayanımı Oranı (%)
0.95
0.90
0.85
0.80
0.75
0.70
HAVA+DÇ
0.65
SKÜR+DÇ
0.60
HAVA
0.55
0.50
Katkısız
6 SD
9 SD
12 SD
Üretimler
Basınç Dayanımı Oranı (%)
Şekil 1. Basınç dayanımı oranlarının silis dumanı ikamesine bağlı değişimi.
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80
0.75
0.70
0.65
0.60
0.55
0.50
HAVA+DÇ
SKÜR+DÇ
HAVA
Katkısız
10 UK
20 UK
30 UK
Üretimler
Şekil 2. Basınç dayanımı oranlarının uçucu kül ikamesine bağlı değişimi.
255
1.00
Basınç Dayanımı Oranı (%)
0.95
0.90
0.85
0.80
0.75
0.70
0.65
HAVA+DÇ
0.60
SKÜR+DÇ
0.55
HAVA
0.50
Katkısız
6SD+24UK
9SD+21UK
12SD+18UK
Üretimler
Şekil 3. Basınç dayanım oranlarının her iki mineral katkı ikamesine bağlı değişimi.
Şekil 1, 2 ve 3’ten görüldüğü gibi mineral katkı ikamesinden bağımsız olarak, en çok
dayanım kaybı HAVA+DÇ numunelerinde en az dayanım kaybı ise SKÜR+DÇ
numunelerinde olmuştur.
Ultrases Hızı
Şekil 7, 8 ve 9’da sırasıyla silis dumanı, uçucu kül ve her iki mineral katkının birlikte
ikame edildiği numunelerin 28. gün ve donma-çözülme çevrimi süresi sonundaki
ultrases hızlarının oranı görülmektedir.
108
Ultrases Hızı Değişimi(%)
106
104
102
HAVA+DÇ
100
SKÜR+DÇ
98
HAVA
96
SKÜR
94
92
90
Katkısız
6 SD
9 SD
12 SD
Üretimler
Şekil 7. Silis dumanı ikame edilen numunelerin 28 gün ve tüm çevrim sonundaki
ultrases hızları oranı.
Her üç şekilden de sadece 28 gün standart kür ardından donma-çözülme uygulanan
numunelerdeki ultrases hızı oranının azalarak ortalama %98 olduğu görülmektedir.
256
Beton, standart kür sırasında hidratasyonun önemli bölümünü tamamlamış, donmaçözülme olayının etkisiyle yaklaşık olarak %2’lik bir kayıp oluşmuştur. Mineral katkı
türünden bağımsız olarak diğer tüm kür koşullarında bu oran %100 ün üzerine çıkmıştır.
Ultrases Hızı Değişim(%)
108
106
104
102
HAVA+DÇ
100
SKÜR+DÇ
98
HAVA
96
SKÜR
94
92
90
Katkısız
10 UK
20 UK
30 UK
Üretimler
Şekil 8. Uçucu kül ikame edilen numunelerin 28 gün ve tüm çevrim sonundaki ultrases
hızları oranı.
28 gün havada kürün ardından donma-çözülme uygulanan tüm numunelerde ise ultrases
hızı oranları en yüksek olmuştur. Bu artış uçucu kül ikameli betonlarda en fazla
olmuştur ve uçucu kül ikame oranına bağlı olarak artmıştır.
Ultrases Hız Değişimi(%)
108
106
104
102
HAVA+DÇ
100
SKÜR+DÇ
98
HAVA
96
SKÜR
94
92
90
Katkısız
6 SD+24 UK
9 SD+21 UK
12 SD+18 UK
Üretimler
Şekil 9. Silis dumanı + uçucu kül ikame edilen numunelerin 28 gün ve tüm çevrim
sonundaki ultrases hızları oranı.
Bu durum, donma-çözülme olayının olumsuz etkisine rağmen donma-çözülme
çevrimleri boyunca olan su ile temasın bile hidratasyona katkıda bulunarak boşlukların
hidratasyon ürünleriyle dolmasının bir sonucu olarak yorumlanabilir.
257
Sonuçlar
Bu çalışmada kendiliğinden yerleşen betonların 300 hızlı donma-çözülme çevrimi
sonundaki bazı mekanik ve fiziksel özellikleri araştırılmıştır. Üretilen betonlar standart
ve laboratuar olmak üzere iki farklı kür koşulunda bekletilmiştir. Mineral katkı maddesi
olarak uçucu kül, silis dumanı ve her iki mineral katkının kombinasyonları
kullanılmıştır. Donma çözülme çevrimleri öncesinde ve sonunda basınç dayanımı ve
ultrases hızı değerleri belirlenmiştir. Çalışmada elde edilen sonuçlar aşağıda
özetlenmiştir.
1.
İster standart kür koşullarında, ister laboratuvar ortamında havada bekletilmiş
olsun mineral katkı maddesi içeren numunelerin donma-çözülme sonrası basınç
dayanımı kayıpları mineral katkı içermeyen beton numunelerin dayanım kayıplarına
oranla daha azdır.
2.
Beton karışımına uçucu kül ikamesi akış direncini düşürerek çökme-yayılma
mesafesini arttırırken yayılma süresi de artmıştır. Silis dumanı ilave edildiğinde ise akış
direnci artarak çökme-yayılma mesafesi ve yayılma süresi azalmıştır.
3.
Mineral katkı içeren tüm betonlarda standart dayanıma oranla en yüksek basınç
dayanımını 28 gün standart kür ardından donma-çözülme uygulanan numuneler
vermiştir. Bunu sırasıyla sadece havada kür görenler ve hava kürünün ardından donmaçözülme uygulanan numuneler izlemiştir.
4.
Donma-çözülme çevrimi öncesi ve sonrası ölçülen ultrases hızları birbirine
oranlandığında mineral katkı türünden bağımsız olarak standart kür gören numunelerde
azalma olmuş, en yüksek oranlar havada kürün ardından donma-çözülme
uygulananlarda görülmüştür.
Kaynaklar
Bouzoubaâ, N. and Lachemi, M. (2001) Self-compacting concrete incorporating high
volumes of class F fly ash: Preliminary results. Cement and Concrete Research, Vol.31,
No. 3, pp. 413-420.
Corinaldesi,V. and Moriconi,G. (2004) Durable fiber reinforced self-compacting
concrete. Cement and Concrete Research, Vol. 34, No. 2, pp. 249-254.
Felekoğlu B., Baradan B. (2004) Kendiliğinden Yerleşen Betonun Mekanik
Performansı. THBB Beton 2004 Kongresi, İstanbul, s.234-243.
Nehdi,M., Pardhan,M. and Koshowski,S. (2004) Durability of self-consolidating
concrete incorporating high-volume replacement composite cements. Cement and
Concrete Research, Vol. 34, No. 11, pp. 2103-2112.
Persson, B. (2001) A comparison between mechanical properties of self-compacting
concrete and the corresponding properties of normal concrete. Cement and Concrete
Research, Vol.31, No. 2, pp. 193-198.
Persson, B. (2003) Internal frost resistance and salt frost scaling of self-compacting
concrete. Cement and Concrete Research, Vol.33, No. 3, pp. 373-379
258
Download

Donma-Çözülmenin Farklı Kür Görmüş Kendiliğinden Yerleşen