YAPI MALZEMESĐNDE ÖZEL KONULAR -2-2-

Doç. Dr. Halit YAZICI

Yüksek Performanslı

betonlarhttp://kisi.deu.edu.tr/halit.yazici/

Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü

Arayüzey-Geçiş Bölgesi

Agrega Ara yüzey Çimento Hamuru

Arayüzey (ITZ)

� Đri Agreganın etrafını saran 10-50 µmkalınlığındaki geçiş bölgesi

� Bu bölge betonun diğer kısımlarından daha zayıf

� Mekanik özelliklere etkisi beklenenden daha fazla

Agrega Geçişbölgesi

Çimento pastası

Gerilme

Birim şekil değiştirme

agrega

beton

Çimento hamuru

Çimento hamuru ve

agrega kırılmaya kadar

doğrusal davranış

gösterir

Beton ise kırılmaya

kadar doğrusal davranış

göstermez

Eğriselliğin nedeni?

Mikro çatlak

Dayanımın %30’u

Dayanımın %50’si Kırılma anı

Dayanımın %75’i

Birim şekil değiştirme

Ger

ilm

e (%

Day

anım

ın)

� 1. Aşama (σ<0.3fc): Uygulanan gerilmenin basınç dayanımının %30’unun altında kaldığıaşamada geçiş bölgesindeki çatlaklar kararlıdır. Dolayısıyla gerilme-birim deformasyon eğrisi doğrusaldır.

� 2. Aşama (0.3fc<σ<0.5fc): Gerilme değeri basınçdayanımının %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): Basınçdayanımının %50-60’ına ulaşıldığında matris çatlamaya başlar. Yükün daha da artmasıhalinde 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 geçişbölgesindeki çatlakların yayılma hızı yüksek olduğundan çatlak sistemi sürekli hale gelir, çok büyük deformasyonlar oluşur.

� Dış yükün uygulanmasından önce bile bağlayıcımatris ile iri agrega arasındaki geçiş bölgesinde mikro-çatlaklar mevcuttur. Bu çatlakların sayısı ve büyüklüğü diğer faktörlerin yanısıra, geçişbölgesinin 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 farklıolmasından 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 kullanımıarayüzeydeki 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 üretilmişyapay 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 etrenjitkristali

10 dakika 3 saat 24 saat

Singenit

Kısa Etrenjit

C – S – H

Jips

Uzun Etrenjit

Portlantit

C-S-H

fazının uzunluğu (nm)

100

1600

Hidratasyon süresi (gün)

200 300 400

1400

1200

1000

800

600

400

500

200

0

0 600

C-S-H fazının en uzun parçacığı

C-S-H fazının en kısa parçacığı

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 hamurZayıf CSH Kristallerinin Birarayatoplanması

H: Büyük hekzogonalkristaller CH, C4ASH18, C4AH19 gibi

C: Hidratasyon ürünlerinin dolduramadığı kapilerboşluklar

Hidrate çimentodaki boşluklar� CSH içindeki jel boşlukları 5-25 AGeçirimliliği ve dayanımı etkilemezSünme ve kuruma büzülmesine biraz etkisi vardır

� Kapiler boşluklar > 50 nm geçirimliliği ve dayanımı etkiler< 50 nm sünme ve kuruma büzülmesine etkisi çoktur

� Hava boşluklarıHapsolmuş hava ∼3 mmSürüklenmiş 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.

Bas

ınç

daya

nım

ı(M

Pa) C3S

C2S

C3A

C4AF

Zaman (gün)

Bogue - Lerch

80

60

40

20

00 100 200 300 400

80

20

40

60

100

0 15 30

15

30

0

Bas

ınç

daya

nım

ı(M

Pa)

C3S

C2S

C3A

C4AF

C2S

C3S

C4AF

C3A

Zaman (gün)

Beaudoin - Ramachandran

00 200 300 400100

Priz sırasında ve hidratasyonun erken aşamalarında ısı çıkışı

� Type I General Purpose

� Type II Moderate heat of hydration and sulfateresistance (C3A< 8%) : general construction, seawater, 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 principalhydration product, CAH10, is unstable under ordinaryconditions. 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.

YAPI MALZEMESĐNDE ÖZEL KONULAR -2-2-

Doç. Dr. Halit YAZICI

Yüksek Performanslı

betonlarhttp://kisi.deu.edu.tr/halit.yazici/

Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü