STANBUL TEKN K N VERS TES

FEN B L MLER ENST TS

KARMA L FL BETONLARIN MEKAN K DAVRANIINA BUHAR KR ETK S

YKSEK L SANS TEZ n. Mh. Dilek AVAR

Anabilim Dal : NAAT MHEND SL Anabilim Dal: naat MhendisliiProgram: Yap Mhendislii

Program : YAPI MHEND SL

AUSTOS 2006

ii

STANBUL TEKN K N VERS TES

FEN B L MLER ENST TS

KARMA L FL BETONLARIN MEKAN K DAVRANIINA BUHAR KR ETK S

YKSEK L SANS TEZ n. Mh. Dilek AVAR 501041028

Tezin Enstitye Verildii Tarih : 9 Austos 2006 Tezin Savunulduu Tarih : 10 Austos 2006

Tez Danman : Dier Jri yeleri

Prof.Dr. Mehmet Ali TADEM R Prof.Dr. Turan ZTURAN (B..) Do.Dr. Ylmaz AKKAYA

AUSTOS 2006

iii

NSZ Bu tezi yneten ve almalarm srasnda deerli bilgi ve yardmlar ile yanmda olan sayn hocam Prof. Dr. M. Ali Tademire, Deneysel almalarmda verdikleri destek ve yardmlar iin STON Kalite Kontrol Mdr n.Yk.Mh. Necip Kocatrke ve STON alanlarna, almalarmda gsterdikleri ilgi ve yardmlar dolaysyla Ar. Gr. Nilfer zyurta ve Ar. Gr. Cengiz engle, deneysel almalarm srasndaki yardmlar dolaysyla .T. naat Fakltesi Yap Malzemesi Laboratuar alanlar ile, almalarm sresince her anmda yanmda olan arkadalarm Delal Doru, Selim Tysz ve Ali Emre Ormancya, Gsterdikleri ilgi ve destekleri iin bata babam Selahattin AVAR ve annem Sevim AVAR olmak zere, aileme, teekkr ederim.

Austos, 2006

Dilek

AVAR

ii

NDEK LER KISALTMALAR TABLO L STES EK L L STES SEMBOL L STES ZET SUMMARY 1. G R 1.1. almann Amac 1.2. almann Ana Hatlar 2. YKSEK PERFORMANSLI EL K TEL DONATILI BETONLAR 2.1. Homojenliin Artrlmas 2.2. Tane Dalmlarnn Optimizasyonu ve Su Miktarnn Azaltlmas 2.3. Lif Kullanm 2.3.1. Lifler hakknda genel bilgi 2.3.2. Lif eitleri 2.3.2.1. Metalik lifler 2.3.2.2. Polimerik lifler 2.3.2.3. Mineral Lifler 2.3.2.4. Doal olarak oluan lifler 2.3.3. Lif zeliklerinin kompozit zeliklerine etkisi 2.3.3.1. Lif geometrisi 2.3.3.2. Liflerin narinlik oran 2.3.3.3. Lifin hacimsel yzdesi 2.3.3.4. Liflerin ekme dayanm 2.3.4. Karma lifli betonlar 2.4. Silis Duman Kullanm 2.4.1. Silis duman kullanmnn taze beton zeliklerine etkisi 2.4.2. Silis duman kullanmnn sertlemi beton zeliklerine etkisi 2.4.3. Silis duman kullanmnn rpb zerindeki etkileri 2.5. Basn Uygulanmas 2.6. Scaklk Kr Uygulanmas 2.7. Sperakkanlatrc Katk Kullanm 3. DENEYSEL ALIMALAR 3.1. Kullanlan Malzemeler ve zelikleri 3.1.1. imento v vi vii x xi xiii 1 3 3 5 7 7 9 10 11 11 12 12 12 13 13 15 16 18 19 27 29 30 30 33 33 37 38 38 38

iii

3.1.2. Silis duman 3.1.3. Kumlar 3.1.4. elik lifler 3.1.4.1. OL 6/16 3.1.4.2. Dramix ZP305 3.1.4.3. Dramix ZP305X 3.1.5. Sperakkanlatrc 3.2.Beton retimi 3.2.1. retimde izlenen sra 3.2.2. Numune kodlarnn belirlenmesi 3.2.3. Numune boyutlar ve ekilleri 3.2.4. Isl ilem program 3.3. Taze Beton Deneyleri 3.4. Sertlemi Beton Deneyleri 3.4.1. Silindir basn deneyi 3.4.2. Kp basn deneyi 3.4.3. Yarmada ekme deneyi 3.4.4. RILEM krlma enerjisi deneyleri 3.4.4.1. Krlma enerjilerinin hesaplanmas 3.4.4.2.Net eilme dayanmlarnn hesaplanmas 4. DENEY SONULARININ DEERLEND R LMES 4.1. Kp Basn Deneylerinden Elde Edilen Sonularn Deerlendirilmesi 4.2. Silindir Basn Deneylerinden Elde Edilen Sonularn Deerlendirilmesi 4.2.1. Silindir basn dayanmlarnn deerlendirilmesi

39 39 40 40 40 41 41 41 42 42 43 43 44 45 45 45 45 46 47 48 50 50 51 51

4.2.2. Elastisite modllerinin deerlendirilmesi 52 4.3. Yarmada ekme Deneylerinden Elde Edilen Sonularn Deerlendirilmesi 52 4.4. RILEM Krlma Enerjisi Deneylerinin Deerlendirilmesi 54 4.4.1. RILEM krlma enerjilerinin deerlendirilmesi 4.4.2. Net eilme dayanmlarnn deerlendirilmesi 4.5. Deney Sonularnn Yksek Scaklkta Kr Uygulanarak Yaplan Bir almayla Karlatrlmas 5. GENEL SONULAR VE LER ALIMALAR N NER LER 5.1. Genel Sonular 5.2. leri almalar in neriler KAYNAKLAR EKLER ZGEM 54 59 60 65 65 66 68 72 89

iv

KISALTMALAR

YPB RPB-RPC DSP MDF SIFCON S/B NDB YDB KLYDB TS YDT NDT MPa GPa PP P SD UK YFC LVDT RILEM

: Yksek Performansl Beton : Reaktif Pudra Betonu-Reactive Powder Concrete : Densified Small Particles-Younlatrlm kk paracklar : Macro Defect Free-Byk boluklardan arndrlm : Slurry Infiltrated Fiber CONcrete- imento hamuru enjekte edilmi lifli beton : Su/Balayc : Normal Dayanml Beton : Yksek Dayanml Beton : Karma Lifli Yksek Dayanml Beton : Trk Standartlar : Yksek Dayanml elik Tel : Normal Dayanml elik Tel : Mega Pascal : Giga Pascal : Polipropilen : Portland imentosu : Silis Duman : tlm Uucu Kl : tlm Yksek Frn Crufu : Lineer Voltage Direct Transducer : Reunion Internationale des Laboratories dEssais et de Recherches sur les Materiaux et les Constructions

v

TABLO L STES

Sayfa No

Tablo 1.1 Tablo 1.2 Tablo 2.1

Tablo 2.2 Tablo 2.3 Tablo 2.4 Tablo 2.5 Tablo 3.1 Tablo 3.2 Tablo 3.3 Tablo 3.4 Tablo 3.5 Tablo 3.6 Tablo 3.7 Tablo 3.8 Tablo 3.9 Tablo 3.10 Tablo 3.11 Tablo A.1 Tablo B.1 Tablo B.2 Tablo C.1 Tablo D.1 Tablo D.2

Kullanlan liflerin zelikleri. retilen numunelerde kullanlan lif oranlar ... Normal dayanml beton (NDB), yksek daynml beton (YDB) ve reaktif pudra betonlarnn (RPB) mekanik zeliklerinin karlatrlmas.... eitli lif tiplerinin kullanm alanlar... Farkl elik lif tipi rnekleri..... Numune zelikleri RPC200 ve RPC800de kullanlan malzemeler ve miktarlar.. Kullanlan imentonun fiziksel, mekanik ve kimyasal zelikleri Kullanlan silis dumannn kimyasal ve fiziksel zelikleri.. Kullanlan kumlarn elek analizleri.. Kullanlan kumlarn fiziksel zelikleri. OL 6/16 liflerinin zelikleri. Dramix ZP 305 liflerinin zelikleri.. Dramix ZP 305 X liflerinin zelikleri.. Kullanlan sperakkanlatrcnn teknik zelikleri... Numune kodlar ve lif yzdeleri... Taze beton zelikleri.... Sertlemi beton zelikleri... Kp basn dayanmlar.... Silindir basn dayanmlar... Elastisite modlleri... Yarmada ekme dayanmlar Krlma enerjileri...... Net eilme dayanmlar....

4 4

6 13 14 19 36 38 39 39 40 40 40 41 41 43 44 49 73 74 75 76 83 84

vi

EK L L STES

Sayfa No

ekil 1.1 ekil 2.1 ekil 2.2 ekil 2.3 ekil 2.4 ekil 2.5 ekil 2.6 ekil 2.7 ekil 2.8 ekil 2.9 ekil 2.10 ekil 2.11 ekil 2.12 ekil 2.13 ekil 2.14 ekil 2.15 ekil 2.16

ekil 2.17 ekil 2.18 ekil 2.19 ekil 2.20 ekil 2.21 ekil 2.22 ekil 2.23 ekil 3.1 ekil 3.2 ekil 3.3

: Tek eksenli basn altnda normal ve yksek dayanml betonlarda gerilme-ekil deitirme eris.. : Betonlarn evrimi kapsamnda basn dayanm-su/imento oran ilikisi .................................................................................. : RPC200 ve RPC800 betonlarna ait rnek granlometri erileri.. : Teorik maksimum tane younluu ........................... : Bal younluk-su/balayc (S/B) ilikisi : Reaktif pudra betonlarnda dayanm-bal younluk ilikisi : Liflerin gerilme kuvvetlerini bir kpr gibi aktarmas. : Farkl narinlie (L/d) sahip elik tellerle donatlm betonlarn zgl krlma enerjisinin (GF), tel ierii (Vf) ile deiimi : Lif dorultusunda ve tersi ynde malzeme zelikleri. : Farkl oranlarda lif ieren kompozitler iin tipik yk-sehim erileri.. : Farkl tipteki elik liflerle retilmi beton kirilerin yk-sehim erileri : atlak kprlenmesine farkl tel boyutlarnn etkisi. : Karma elik tel donatl betonda elik tel narinliinin (L/d) ve ieriinin(xi), krlma enerjisine (GF) etkisi .. : Karma lifli betonarme kirilerin eilme gerilmesi-sehim erileri. : Farkl tip ve miktarlarda lif ieren betonlarda atlak genilii haritalar : Farkl tip ve miktarlarda lif ieren betonlarda eilme dayanmsehim ilikisi.. : Normal dayanml (NDB), yksek dayanml (YDB) ve karma lifli yksek dayanml (KLYDB) betonlarn basn kuvveti altnda gerilme-ekil deitirme ilikisi. : Silis dumannn imento hamurundaki boluklar doldurma etkisi... : Silis dumannn puzolanik ve boluklar doldurma etkisi. : nce malzemelerin ikili kombinasyonlarnn bal younlua etkileri : nce malzemelerin l kombinasyonlarnn bal younlua etkileri........................................................................................ : Yksek performansl elik tel donatl entikli kiri numunelerde yk-sehim erisi... : Kr koullarnn ve lif hacminin krlma enerjisine etkileri.. : Kr koullarnn ve lif hacminin net eilme dayanmna etkileri.... : retilen numunelerin ekil ve boyutlar : Isl ilem program : RILEM krlma enerjisi deneyi ykleme dzeni... vii

1 5 7 8 8 9 11 15 16 17 18 20 22 23 24 24

25 28 29 31 32 34 35 35 43 44 46

ekil 3.4 ekil 3.5 ekil 4.1 ekil 4.2 ekil 4.3 ekil 4.4 ekil 4.5 ekil 4.6 ekil 4.7 ekil 4.8 ekil 4.9 ekil 4.10 ekil 4.11 ekil 4.12 ekil 4.13 ekil 4.14 ekil 4.15 ekil 4.16 ekil 4.17 ekil 4.18 ekil 4.19 ekil 4.20 ekil D.1 ekil D.2 ekil D.3 ekil D.4 ekil D.5 ekil D.6 ekil D.7 ekil D.8 ekil D.9 ekil D.10 ekil D.11 ekil D.12 ekil E.1 ekil E.2 ekil E.3 ekil E.4 ekil E.5 ekil E.6 ekil E.7

: Veri toplama sistemi. : rnek bir yk-sehim erisi : Kp basn dayanmlarnn lif tipi ve kr durumuna gre deiimi . : Silindir basn dayanmlarnn lif tipi ve kr durumuna gre deiimi . : Elastisite modllerinin lif tipi ve kr durumuna gre deiimi : Yarmada ekme dayanmlarnn lif tipi ve kr durumuna gre deiimi . : Normal kr uygulanan numunelerin ortalama yk-sehim erileri... : Isl kr uygulanan numunelerin ortalama yk-sehim erileri... : Krlma enerjilerinin (GF) lif tipi ve kr durumuna gre deiimi.. : Normal krl ve sl krl lifsiz numunelerin yk-sehim erileri.... : XN ve XS numunelerinin yk-sehim erileri... : ON ve OS numunelerinin yk-sehim erileri... : OXN ve OXS numunelerinin yk-sehim erileri.. : ZN ve ZS numunelerinin yk-sehim erileri.... : OZN ve OZS numunelerinin yk-sehim erileri.. : Net eilme dayanmlarnn lif tipi ve kr durumuna gre deiimi.. : Kp basn dayanmlar. : Silindir basn dayanmlar... : Elastisite modl deerleri.... : Yarmada ekme dayanmlar. : Net eilme dayanmlar. : Krlma enerjileri... : MN numunelerinin yk-sehim erileri.. : MS numunelerinin yk-sehim erileri.. : ON numunelerinin yk-sehim erileri.. : OS numunelerinin yk-sehim erileri.. : ZN numunelerinin yk-sehim erileri.. : ZS numunelerinin yk-sehim erileri.. : XN numunelerinin yk-sehim erileri.. : XS numunelerinin yk-sehim erileri.. : OZN numunelerinin yk-sehim erileri : OZS numunelerinin yk-sehim erileri : OXN numunelerinin yk-sehim erileri... : OXS numunelerinin yk-sehim erileri : Silindir basn deneyi.... : Yarmada ekme deneyi..... : Yarmada ekme deneyi uygulanm, lifsiz ve normal krl numune ..... : Yarmada ekme deneyi uygulanm, lifsiz ve buhar krl numune ..... : Yarmada ekme deneyi uygulanm lifli numune. : MN ve MS numunelerinin krlma ekli... : ON ve OS numunelerinin krlma ekli.....

46 47 50 51 52 53 54 54 55 55 56 57 57 58 58 59 61 61 62 62 63 64 77 77 78 78 79 79 80 80 81 81 82 82 85 85 86 86 86 87 87

viii

ekil E.8 ekil E.9 ekil E.10 ekil E.11

: ZN ve ZS numunelerinin krlma ekli...... : XN ve XS numunelerinin krlma ekli..... : OZN ve OZS numunelerinin krlma ekli.... : OXN ve OXS numunelerinin krlma ekli...

87 88 88 88

ix

SEMBOL L STES

Vf lf df C-S-H d0 ds L/d GF dmax fc ft Pmax W0 m g 0 Alig ffnet I B D a0

: elik lif hacmi : Lif uzunluu : Lif ap : Hidrate kalsiyum silikat : Kalp alnmas aamasndaki beton younluu : Sktrlm olduu varsaylan taneli karmn kat younluu : Narinlik : zgl krlma enerjisi : Maksimum tane boyutu : Silindir basn dayanm : Yarmada ekme dayanm : Maksimum yk : Yk-sehim erisi altnda kalan alan : Kiriin mesnetler arasnda kalan arl : Yerekimi ivmesi : Kiriin gme srasndaki deformasyonu : Etkin kesit alan : Net eilme dayanm : Mesnetler aras uzaklk : Numune kesitinin genilii : Numune kesitinin ykseklii : atlak derinlii

x

KARMA L FL BETONLARIN MEKAN K DAVRANIINA BUHAR KR ETK S ZET Yksek dayanml/yksek performansl betonlarn bilinen balca sakncalar; krlmadaki gevrek davranlar, yksek deerlerde otojen rtre ve yangna kar dayanksz olmalardr. Bu betonlarda, uygun lif kullanmyla snekliin artrlmas salanabilmektedir. elik liflerin narinlikleri, dayanmlar ve ierikleri, betonun performansnda olumlu etkilere sahiptir. Mekanik davran asndan elik tel donatl betonlar (TDBler) performanslarna gre iki gruba ayrlabilirler: i) geleneksel TDBler ve ii) Reaktif Pudra Betonu (RPB) gibi yksek performansl elik tel donatl betonlar (YPTDBler). Geleneksel TDBler gevrek matrisle karlatrldnda snek davran gsterirler, fakat eilme ve ekme dayanmlar ok yksek deildir ve zellikle bu malzemelerin basn dayanmlar elik lif ieriiyle fazla deiiklik gstermemektedir. Buna karn, YPTDBler maksimum gerilme ncesinde byk ekil deitirme sertlemesi gsterirler ve bunlarn basn ve ekme dayanmlar geleneksel TDBlere kyasla olduka yksektir. Bu almada, 200 MPaa varan yksek basn dayanm, yksek sneklik ve tokluk deerlerine olanak salayan optimum bir zmn elde edilmesi iin, yksek performansl karma lifli imento esasl kompozitler retildi. Lif dayanmnn ve karma lif kullanmnn kompozitlerin mekanik zeliklerine ve krlma zeliklerine etkisini incelemek amacyla, kanca ulu olan veya olmayan farkl elik lif karmlara eklendi. Kanca ulu olmayan ksa lifler; dz, yksek dayanml, pirin kapl, 6 mm uzunlunda ve 0,16 mm apndadrlar. Kanca ulu, normal ve yksek dayanml liflerin ekme dayanmlar srasyla 1150 MPa ve 2250 MPa olup, narinlikleri ayndr (l/d = 55). elik lif hacmi her lif tipi iin deiken olmakla birlikte, toplam lif hacmi %3 olarak sabit tutuldu. Matrisin karm oranlar u ekildedir; imento: silis duman: su: silis kumu (0,5-2 mm): silis unu (0-0,5 mm): sperakkanlatrc = 1: 0,250: 0,114: 0,325: 0,493: 0,120. Su/balayc oran 0,17de sabit tutuldu. Agregann elik lif ile ksmi yer deitirmesi, birebir hacim esasna gre yapld. Sperakkanlatrc, yaklak olarak ayn ilenebilirliin salanabilmesi iin, karmlarda deiik miktarlarda kullanld. Btn numuneler, 48 saat sonra kalptan karld, sonra iki farkl kr rejimi uyguland. Birinci kr rejimi, numunelerin 20Cde kirece doygun kr havuzunda deney tarihine kadar tutulmasn ieren standart su kr idi. kinci kr rejiminde ise, numunelere 3 gn boyunca 90Cde buhar kr ve daha sonra deney gnne kadar birinci kr rejimi uyguland. Karma lifli olan veya olmayan yksek performansl betonlarn basn dayanmlar, elastisite modlleri, net eilme dayanmlar, yarmada ekme dayanmlar ve krlma enerjileri yaln betonunkilerle karlatrld. Ksa liflerin, mikro atlaklarn nlenmesinde kpr grevi grd ve bunun sonucunda kompozitin ekme dayanmnn artt ve makro atlaklarn olumasndan sonra syrldklar sonucuna varld. Bu nedenle, ksa liflerin, kiri ortasndan elde edilen yk-sehim erilerinin, maksimum yk sonras inen ksmnda etkileri azdr. Uzun liflerin, mikro atlaklarn nlenmesinde nemli etkileri yoktur, fakat kirilerden elde edilen yk-sehim xi

erilerinin maksimum yk sonras ksmnda sneklik bakmndan nemli etkileri vardr. Yaln betonla karlatrldnda, elik tel donatl kompozitlerin net eilme dayanmlar, yarmada ekme dayanmlar ve zellikle krlma enerjisi ve sneklikleri nemli derecede gelitirildi. Yksek dayanml elik tel ieren betonlarn krlma enerjilerinde yaln betonunkine kyasla 137 kata varan art olurken, normal dayanml elik lif ieren betonlarn krlma enerjisinde yaln betonunkine kyasla 78 kat art oldu. Bylece, kr kouluna bal olarak, karma lifli betonlar yaln betonlara gre artrlm tokluk ve sneklie sahip bir davran sergilemitir.

xii

EFFECT OF STEAM CURING ON THE MECHANICAL BEHAVIOUR OF CONCRETE WITH HYBRID FIBERS SUMMARY The formest disadvantages of high strength/high performance concretes are; their brittle behaviour at fracture, high values of autogeneous shrinkage and their vulnerability to fire. In these concretes, the enhancement of the ductility can be realized by using some suitable fibers. The aspect ratio, the strength and the contents of the steel fibers have favorable effects on the performance of concrete. From the mechanical behaviour point of view, Steel Fiber Reinforced Concretes (SFRCs) can be divided into two categories based on their performances: i) conventional SFRCs, and ii) High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites (HPFRCCs) such as Reactive Powder Concretes (RPCs). The conventional SFRCs exhibit ductile behaviour compared to the brittle matrix, but their flexural and tensile strengths are not very high, and especially the compressive strengths of these materials do not practically change with the fiber volume fraction. The HPFRCCs, however, exhibit large strain hardening before peak stress, and their tensile and compressive strengths are very high compared to those of conventional SFRCs. In this study, high performance cement based composites with hybrid fibers were produced to achieve an optimum solution which enables high values of compressive strength up to 200 MPa, ductility and toughness. Three different steel fibers with and/or without hooked ends were added to mixtures to investigate the effect of hybrid steel fibers and their strengths on mechanical and fracture properties of the composites. The short ones without hooked ends were straight high strength steel fibers coated with brass, 6 mm in length and 0.16 mm in diameter. The tensile strength of normal and high strengths of steel fibers were 1150 MPa and 2250 MPa, respectively, but their aspect ratios were the same (l/d=55) in the mixtures. The volume fraction of each steel fiber was variable, but the total volume fraction of fibers were kept constant at 3%. The mixture proportions of the matrix were as follows; cement: silica fume: water: silicious sand (0.5-2 mm): silicious powder (00.5 mm): superplacticizer = 1: 0.250: 0.114: 0.325: 0.493: 0.120. Water-binder ratio was kept constant at 0.17. Partial replacement of aggregate by steel fiber was based on one to one volume basis. A superplasticizer was used for all mixtures, the amount being varied to maintain approximately the same workability. All specimens were demolded after 48 hours, then the two different curing regimes were used. The first curing regime involved standard water curing in a water tank saturated with lime at 20C prior to testing. The second curing was steam curing for 3 days at 90C further the same water curing until testing day. It can be concluded that the compressive strengths, elastic moduli, net bending strengths, splitting tensile strengths and fracture energies of high performance concretes with and without hybrid steel fibers were compared those of plain concrete. Short fibers functions as a bridge to eliminate the micro-cracks, as a result the tensile strength of composite increases, and they pulled out after the macrocracks are formed. Thus, the short fibers have a little effect on the post-peak response of load versus displacement at the midspan of the beam. The large fibers have no significant xiii

effect on preventing microcracking, however, from the ductility point of view there is a substantial effect of large fibers on the post-peak response part of load versus displacement curve of the beams. The net bending strength, splitting tensile strength and especially fracture energy and ductility of steel fiber reinforced composite mixtures were significantly enhanced compared to those of plain concrete. Fracture energy of plain concrete increased up to 78 times owing in concretes with normal strength steel fiber; while in concretes with high strength steel fibers the increase in fracture energy due to steel fibers was 137 times. Thus, depending on the steam curing, hybrid steel fiber concretes showed a behaviour of enhanced toughness and ductility when compared to plain concretes.

xiv

1.G R Beton; dk maliyeti, kolay bulunabilirlii, kalp kullanmnda salad zgrlk ve yksek basn dayanm gibi nemli stnlkleri sayesinde kullanm en yaygn olan yap malzemesi olarak karmza kmaktadr. zellikle basn dayanm bu malzemenin en nemli zelii olup, son yllardaki gelimeler 250 MPa aan basn dayanm deerlerinin elde edilmesine olanak salamtr. Ancak, betonda yksek dayanm tek bana yeterli bir lt deildir. Yksek dayanm zelikleri yannda, drabilite artlarn da salayan yksek performansl beton tasarm son yllarda nem kazanm ve bu konuda nemli gelimeler kaydedilmitir. Ancak, basn dayanmndaki gelimeler, ekme dayanmna ayn oranda yansmam, ekme dayanm deerleri 10-15 MPa aralnda kalmtr. Oysa dk ekme dayanm durabilite problemlerinin yannda, kullanlan donatlardan dolay fazladan bir maliyeti de beraberinde getirmektedir. Ayrca, yksek basn dayanmlarnn elde edilmesiyle beraber betonun gevrekliinin de olduka artt grlmtr [1]. ekil 1.1de gevreklikteki bu art grlmektedir.

ekil 1.1: Tek eksenli basn altnda normal ve yksek dayanml betonlarda gerilme-ekil deitirme erisi [2]. Betonda dayanm arttka eksenel ekil deitirme kapasiteleri artmakta, tepe noktas geildikten sonra gerilme d ani olmakta ve gevrek bir krlma meydana

1

gelmektedir [2]. Betonda meydana gelen bu problemleri zmek, yani betonun yksek basn dayanmnn yannda, ekme dayanmn ve snekliini de artrmak iin betonda lif kullanlmaktadr. Lifli betonlar, normal veya yksek dayanml betonlara lif eklenmesiyle elde edilen kompozit malzemelerdir. Beton ierisinde yaygn olarak kullanlan lifler; elik, polipropilen, karbon ve alkali direnli cam liflerdir. Lifli betonlarda, btn lif eitlerinde salanmas gereken en nemli zelik liflerin beton ierisinde homojen olarak dalmas ve bu dalmn beton kartrldktan sonra da bozulmamasdr. niform bir ekilde dalan lifler, beton ierisinde oluan atlaklar nlemekte ve atlaklarn beton ierisinde ilerlemesini yavalatarak betonu daha dayankl hale getirmektedir. Bu zeliinden dolay lifli betonun zellikle ekme ve eilme dayanmn artran faktrler, darbe etkisine kar dayanmn da artrrlar [3]. Son yllarda, yksek dayanml ve yksek performansl beton retiminde ok nemli gelimeler kaydedilmitir. Homojen dal ultra incelikteki taneleri ieren younlatrlm sistemler (DSP) ve byk boluklarndan arndrlm (MDF) imento bu gelimelerin iki rneidir [4]. imento, silis duman ve kalsine boksit yada granit gibi ultra incelikteki tanelerle birlikte sperakkanlatrc kullanlarak elde edilen ve sktrlm taneli yapya sahip matris ieren DSP, imento hamurundan bile gevrek bir yapya sahiptir. Basn dayanmlar kullanlan agregaya gre, 130 MPadan 270 MPaa kadar kabilmektedir. MDF imentolu malzemeler ise 150 MPa veya daha byk ekme dayanmna sahip alminli imentolarn

yksek molekler ktleli, suda znen bir polimer ile birletirilmesiyle elde edilen kompozitlerdir. Bu kompozitlerde kullanlan polimer, imento tanelerinin

topaklanmasn nler ve dk su/kat orannda dahi karmn viskozitesinin artmasn salar. Yksek dayanml betonlarda olduu gibi bu malzemelerin de sneklii dk olduundan, elik lif kullanm ile sneklikleri artrlabilmektedir [5]. imento hamuru enjekte edilmi lif donatl betonlar (SIFCON) ise retiminde kullanlan zel teknikler sayesinde, %5-%20 gibi ok yksek oranlarda lif kullanmna olanak vermekte, bylece dier betonlarla kyaslandnda dayanmnda, snekliinde ve enerji yutma kapasitesindeki byk artlardan dolay olduka nemli mhendislik zeliklerine sahip bir malzeme olarak karmza kmaktadr [6].

2

lk defa 1990l yllarn banda Pariste Bouygues laboratuarlarnda retilen Reaktif Pudra Betonlar(RPB), basn dayanm deerleri 200-800 MPa, ekme dayanmlar 25-150 MPa aralnda deien malzemelerdir. Krlma enerjileri 10000-40000 J/m arasnda deien bu malzemeler, stn mekanik ve fiziksel zelikleri, mkemmel sneklik ve olduka dk geirimlilik zelikleri ile yeni kuak ultra yksek dayanml imento esasl kompozitler olarak karmza kmaktadr[4]. 1.1. almann Amac Bu almada, yksek performansl betonlarn mekanik davran, iki farkl parametre altnda incelenmitir. Bu parametrelerden ilki, mezo ve makro lif tiplerinin tekil olarak ve karma olarak kullanlmasdr. Toplam lif hacmi %3 olarak sabit tutulmu, mezo boyutta ksa kesilmi elik lif, makro boyutta ise iki eit kanca ulu lif kullanlarak be farkl karm hazrlanmtr. Ayrca, karlatrma yaplabilmesi asndan, lif iermeyen bir karm da retilmitir. kinci parametre, betona

retimden sonra iki farkl kr uygulanmasdr. Bir grup numuneye 20Cde normal su kr uygulanrken, dier grup numunelere 90Cde buhar kr uygulanmtr. Bu farkl kr rejimlerinin betonun mekanik davranna etkileri incelenmitir. Ayrca betonda minimum boluk yapsnn elde edilebilmesi iin, agrega olarak en byk tane boyutu 1 mm olan iri silis kumu ve ok kk taneli ince silis kumu ile balayc olarak da imento ve silis duman kullanlmtr. 1.2. almann Ana Hatlar Bu almada; P 42,5 cinsi imento, ok ince taneli silis duman ve agrega olarak da iri silis kumu ve ince silis kumu kullanlmtr. Kullanlan lifler, biri normal biri yksek dayanml olmak zere iki tip kanca ulu elik lif ile, yksek dayanml ksa kesilmi elik liflerden olumaktadr. Bu liflerin zelikleri Tablo 1.1de verilmitir.

3

Tablo 1.1: Kullanlan liflerin zelikleriLif Ad OL 6/16 ZP 305 ZP 305X Lif Tipi Mezo Makro Makro Boy (mm) 6 30 30 ap (mm) 0,16 0,55 0,55 ekme Narinlik Dayanm (MPa) 37,5 55 55 2250 1100 2250

Toplam lif hacmi %3 olmak zere, elik lifleri, tekil olarak ieren 3 eit numune, OL 6/16 liflerini ZP 305 ve ZP 305X lifleriyle karma olarak ieren 2 eit numune ve lif iermeyen bir adet de karlatrma numunesi olmak zere 6 farkl lif bileimine sahip numune mevcuttur. Ayrca, numunelere normal ve buhar kr olmak zere iki eit kr uygulanmtr. Bu durum Tablo 1.2de gsterilmitir. Tablo 1.2: retilen numunelerde kullanlan lif oranlarNumune Kodu Buhar Normal Kr kr MN ON ZN XN OZN OXN MS OS ZS XS OZS OXS

OL 6/16 0 3 0 0 1,5 1,5

ZP305 0 0 3 0 1,5 0

ZP305X TOPLAM 0 0 0 3 0 1,5 0 3 3 3 3 3

Tm karmlarda imento dozaj 1000 kg/m olup, silis duman imentonun %25i orannda kullanlmtr. Yine tm karmlar iin su/balayc oran 0,17 ve su/imento oran 0,21dir. Betonun kvam, yeni kuak bir sperakkanlatrc ile salanmtr. retilen karmlarn herbirinden, 70x70x280 mm boyutlarnda 8 adet prizma, 100x100x100 mm boyutlarnda 6 adet kp, ap 150 mm ve ykseklii 60 mm boyutunda 10 adet disk ile ap 100 mm ve ykseklii 200 mm boyutunda 4 adet silindir numune alnmtr. Bu numunelerin yars, standart kr koullarna tabi tutulurken, dier yars kalptan ktktan sonra 3 gn boyunca 90Clik scak buhar kr uygulanm, daha sonra deneylerin yaplaca tarihe kadar 20Cde kireli suda kr uygulandktan sonra mekanik deneyler yaplmtr.

4

2. YKSEK PERFORMANSLI EL K TEL DONATILI BETONLAR imento esasl malzemelerin mekanik performanslarnn gelitirilmesi iin ok sayda alma yaplmtr. Zamanla, kullanlan yntemlerin gelitirilmesi,

su/imento orannn azaltlmas ve bylece dayanmn artrlmas sz konusu olmutur. Artan dayanmla birlikte ba gsteren gevreklik problemi ise betona elik liflerin eklenmesiyle byk lde almtr. Bu gelimeler, son 25 yl iinde olduka nemli sonulara varlmasn salamtr. Betonun zaman iindeki geliimi ekil 2.1de gsterilmitir.

ekil 2.1: Beton evrimi kapsamnda basn dayanm-su/imento oran ilikisi [7]. Yksek performansl beton, drabilite koulunu da salayan yksek dayanml betondur. Amerikada Stratejik Otoyol Aratrma Programna gre yksek performansl beton u ekilde tanmlanmaktadr: i) ok erken dayanml beton: 4 saatlik basn dayanm 17,5 MPa ; ok yksek erken dayanml beton: 24 saatlik basn dayanm 35 MPa; ok yksek dayanml beton: 28 gnlk basn dayanm 70 MPa, ii) iii) Drabilite arpan %80 (donma-zlmenin 300 tekrarndan sonra) Su/balayc oran 0,35 [7].

5

Yakn zamana kadar betonarme yaplarda kullanlan betonun dayanm 40 MPa deerini geemezken, ilk defa 1990l yllarn banda Pariste Bouygues laboratuarlarnda gelitirilen ve basn dayanm deerleri 200-800 MPa aralnda olan Reaktif Pudra Betonlar(RPB) retilmitir. Bu malzemeler, dk porozite deerlerinden dolay nemli durabilite ve dk geirimlilik zeliklerine sahiptirler. Reaktif Pudra Betonlarnn mekanik zeliklerinin, normal dayanml ve yksek dayanml betonlarn mekanik zelikleriyle karlatrlmas Tablo 2.1de verilmitir [5]. Tablo 2.1: Normal dayanml beton (NDB), yksek dayanml beton (YDB) ve reaktif pudra betonlarnn(RPC) mekanik zeliklerinin karlatrlmas [5].

Yksek performansl elik tel donatl betonlar da en byk yk, ilk atlak ykn belirgin bir ekilde amakta ve bu malzemeler, ilk atlak yk ile tepe yk arasnda ekil deitirme sertlemesi gstermektedirler [7]. Bu malzemelerin tipik bir rnei olan reaktif pudra betonlarnn sahip olduu bu dikkate deer mekanik zeliklerin elde edilebilmesi iin baz temel prensipler uygulanmaldr. Bu temel prensipler; ri agrega kullanmnn ortadan kaldrlmasyla, homojenliin artrlmas, Optimum younlukta bir matris elde etmek iin, tane dalmlarnn hassas biimde ayarlanmas, Su/balayc orann drerek mekanik zeliklerin gelitirilmesi, Ksa kesilmi elik tellerin kullanlmasyla birlikte, snekliin artrlmas, Silis duman gibi puzolanik katklarn eklenmesi ile matris zeliklerinin iyiletirilmesi, Beton sertlemeden nce ve sertleme boyunca basn uygulanmas, Mikro yapnn iyiletirilmesi iin, sertleme sonras scaklk kr uygulanmas [4,5,8].

6

2.1. Homojenliin Artrlmas Bir malzemenin mhendislik zeliklerinden en iyi ekilde yararlanlabilmesi iin o malzemenin homojen olmas, yani her dorultuda ayn zelikleri gsterebilmesi olduka nemlidir. imento hamuru iine dal agregalardan oluan konvansiyonel beton, heterojen bir malzemedir. Bu betonlarda kullanlan agregalarn sertlii, imento hamurununkine gre ok daha byktr. Bu durumun neden olduu problemler reaktif pudra betonlarnda u ekilde nlenmitir; ri agregalarn yerine ince kum (maksimum 600m) kullanlmas, imento hamurunun mekanik zeliklerinin iyiletirilmesi, Agrega/matris orannn azaltlmas [4].

Ayrca reaktif pudra betonlarnda kullanlan agregalarn boyutlarnn imento tanelerinin boyutuna yakn olduundan, hidrate olmam imento taneleri de matris ierisine dalm ince agrega gibi davranrlar ve malzemenin dayanmna katkda bulunurlar [8]. 2.2. Tane Dalmlarnn Optimizasyonu ve Su Miktarnn Azaltlmas Reaktif pudra betonlarnda tane dalmnn optimizasyonu, maksimum younluun elde edilmesine ynelik bir almadr.

ekil 2.2: RPC200 ve RPC800 betonlarna ait rnek granlometri erileri [9]. Maksimum younluun elde edilebilmesi, sreksiz bir granlometri erisi ile mmkn olmaktadr. RPC200 ve RPC800 betonlarna ait rnek granlometri erisi, 7

ekil 2.2de gsterilmitir. Bu durum, teorik hesaplamalar sonucunda, maksimum younluun, kullanlan tanelerin aplar arasndaki orann 7 olmasyla

salanabilmesinden kaynaklanmaktadr. ekil 2.3de bu durum gsterilmitir [9] .

ekil 2.3: Teorik maksimum tane younluu [9]. Tane dalmlarnn optimizasyonundaki dier nemli faktr ise su ihtiyacdr. Tane dalmlarnn optimizasyonu ile su ihtiyac arasndaki ilikinin anlalabilmesi iin, bal younluk (d0/ds) denen bir parametre tanmlanmaktadr. Burada d0, kalp alnmas aamasndaki beton younluunu, ds ise sktrlm olduu varsaylan taneli karmn kat younluunu ifade etmektedir. Bal younluk-su/balayc arasndaki iliki ekil 2.4de gsterilmektedir.

ekil 2.4: Bal younluk- su/balayc(S/B) ilikisi [4].

8

Burada A noktas, minimum S/B oranndan elde edilen bal younluu gstermektedir. S/B orannn artmasyla beraber, ilave su hapsolmu hava ile yer deitirmekte, bylece karmn hacmi sabit kalrken arl artmakta, bu da d0 deerini dolaysyla da bal younluu artrmaktadr. B noktasna varldnda, karmda hapsolmu hava kalmamtr. Bu noktadan sonra, S/B orann artrldnda, ilave su karmn hacmini artrmaya balayacak, ve bal younluk deeri azalmaya balayacaktr. ekile bakldnda, belirli bir bal younluk deeri iin iki optimum noktann varolduu grlmektedir (D ve E noktalar). Bu noktalar kyaslandnda, E noktasnda, D noktasna gre daha iyi bir mekanik performans elde edilebilecei aktr. nk, E noktasnda numune daha az hava ve daha ok su iermektedir. Bu suyun bir ksm, hidratasyon sonras kat fazla entegre olacaktr [4]. Basn dayanm ile bal younluk arasndaki iliki de ekil 2.5de grlmektedir. Grafikten de anlalaca gibi, basn dayanmlar bal younluun artmasyla artmaktadr. Ayrca, 90C scak kr uygulanan numunelerde daha byk basn dayanm deerleri elde edilmitir.

ekil 2.5: Reaktif pudra betonlarnda dayanm-bal younluk ilikisi [4]. Bilindii gibi betonun dayanmna etki eden en nemli etmenlerden birisi kullanlan su miktardr. Bu miktar azaldka dayanm artacaktr. Reaktif pudra betonlarnda su/imento oran olduka dk olup 0,15 mertebelerindedir. lenebilme, yeni kuak sperakkanlatrclarla salanmaktadr. 9

2.3. Lif kullanm Betonda lif kullanmnn balca yararlar u ekilde sralanabilir; 1) Yksek tama kapasitesine sahip, snek bir beton elde edilmesi, 2) Donat korozyonunun nlendii dzgn yzeyli beton retimi, 3) Etkin atlak kontrol, 4) Dayankllk, 5) Donat iiliindeki nemli azalma [10]. 2.3.1. Lifler hakknda genel bilgi Lif, bir boyutu dier boyutuna gre ok byk olan, doal yollarla veya insan eliyle retilebilen, dayanmlar ve elastisite modlleri ayn malzemenin byk hacimli formuna gre ok byk olan malzemeleri tanmlar [11]. Gevrek matrislerin ayrk liflerle glendirilmesinin olduka eski bir yntem olmasna karn, liflerin beton iinde kullanlmaya balanmas 1960 lara dayanmaktadr [12]. Bilindii gibi beton, heterojen bir i yapya sahip olup, bu nedenle krlma sreci olduka karmak ve sreksizdir. Ancak bu karmak sre incelendiinde,

malzemenin krlmasna neden olan potansiyel atlaklarn, kritik ban olutuu agrega-imento arayzeyinde oluan mikroatlaklar olduu grlmektedir. Betonun homojen olmayan yaps, bu atlaklarn olumasna neden olan gerilmelerin de dzgn olarak iletilememesine ve zayf ba karakterine sahip blgelerde tama gcnn alarak, ani gmelerin meydana gelmesine neden olmaktadr. Betonun ierisine lif katlmas yntemi, bata sneklik olmak zere dier mhendislik zeliklerini de iyiletirerek, bu ani gmelerin nne geilmesinde etkili ve yaygn bir yntem olarak kullanlmaktadr [13]. Lif donatl betonlarda kullanlan lifler, yksek ekme mukavemetleri sayesinde, betonda atlaklarn balangcn, yaylmasn ve birlemesini nlerler [14]. Ykler altnda zorlanan matriste en zayf noktalarda tama kapasitesinin almas ile atlaklar olumaya balar. Yeterli miktarda lifin kullanlmas durumunda, lifler ykn tamamn alarak atlaklarn nnde kpr vazifesi grrler. Lifler atlak sonlarna bitiik olduklarndan, matristeki gerilmelerin zerlerinden gemesini ve bylece, daha nce atlamam beton kesitlerinin de dayanmndan yararlanlmasn salamaktadrlar [3]. Bu durum ekil 2.6da grlmektedir. atlaklarn olutuu blgede bu ekilde tama gc artrlarak, mhendislik zelikleri gelimi bir malzeme elde edilmektedir.

10

ekil 2.6: Liflerin gerilme kuvvetlerini bir kpr gibi aktarmas [15]. 2.3.2. Lif eitleri Lifler, retildikleri malzemelerin farkl zeliklerinden dolay ok eitli

olabilmektedir. Genel olarak lifleri u drt snf altnda toplamak mmkndr; Metalik lifler (elik vb.), Polimerik lifler (Karbon, polietilen, polipropilen vb.), Mineral lifler (Cam vb.), Doal olarak oluan lifler (Selloz vb.) [13].

2.3.2.1. Metalik lifler Lifli betonlarda kullanlan metalik liflerin en yaygn olan elik liflerdir. Elastisite modlleri ve dayanmlar yksek olup, snek davran gsteren bu lifler, karbon elii veya paslanmaz elikten retilirler. Trk standard TS 10513/92 [16], elik lifleri ekillerine gre u ekilde snflandrmaktadr: A: Dz, przsz yzeyli lifler, B: Btn uzunluunca deforme olmu lifler, C: Sonu kancal lifler.

B snf lifler, deforme olma ekline gre; zerinde girintiler (entikler) alm lifler, Uzunluu boyunca dalgal (kvrml) lifler, Ay biimli dalgal lifler olmak zere e,

11

C snf lifler ise sonlarndaki kancalara gre; ki ucu kvrlm lifler, Bir ucu kvrlm lifler olmak zere iki tipe ayrlr.

TS 10513/92, elik liflerin zelikleri ile ilgili iki nemli parametreye dikkat ekmektedir: i) Liflerin ekme-kopma gerilmesi ortalamas en az 345 N/mm olmal, her bir lif iin ekme-kopma gerilmesi 310 N/mmden az olmamaldr. ii) 161 Clik ortamda, 3.18 mmlik bir i ap evresinde yaplan lif eilme deneyine tabi tutulan liflerin %90nn krlmakszn 90 eilme yapabilmesi gerekmektedir. 2.3.2.2. Polimerik lifler Polimerik lifleri doal ve sentetik olmak zere iki grupta toplamak mmkndr. Doal polimerik lifler, pamuk, sisal,hint keneviri gibi bitkisel kkenli yada yn, deri gibi hayvansal kkenli liflerdir. Sentetik polimerik liflerin balcalar ise polipropilen, naylon, polietilen, aramid ve perlondur [11]. imento esasl malzemelerin takviyesinde en yaygn olarak kullanlan polimerik lifler, polipropilen liflerdir. ekme dayanmlar yksek olan bu liflerin, elastisite modlleri dktr. Bu liflerin betonda kullanm miktarlar olduka dktr. 2.3.2.3. Mineral lifler En bilineni cam lifler olup, sertlik, dayankllk ve dier malzemelerle fazla tepkimeye girmeme gibi zelikleri ile n plana kmaktadrlar. Esnek, hafif ve pahal olmayan bu malzemeler genelde imento hamuruna veya har karmlarna katlarak kullanlr. ri agregal betonda pek kullanlmaz [11]. Mineral liflerin elastisite modlleri ve ekme dayanmlar yksek olup, gevrek davran gsterirler. 2.3.2.4. Doal olarak oluan lifler Bu liflerin en nemli zelikleri kolayca elde edilebilmeleridir. Ancak bu liflerin alkali ortamda paralanma eiliminde olmalar bir sorundur. Bilinen en eski doal lifler saman ve at yelesi olup Portland imentosuyla kullanlan dier doal lifler ise bambu, hindistan cevizi, sisal, ekerkam ve ahap gibi liflerden olumaktadr [11].

12

eitli liflerin kullanm alanlar Tablo 2.2de verilmitir [17]. Tablo 2.2: eitli lif tiplerinin kullanm alanlar [17].Lif Tipi Cam Uygulamalar Prekast paneller, giydirme cephe kaplamalar, kanalizasyon borular, ince beton atlar ve beton bloklarn svas. at uygulamalarnda kullanlan gzenekli betonlar, kaldrmlar,kpr demeleri, atee dayankl elemanlar, beton borular,havalimanlar, rzgara dayankl yaplar, tnel kaplamalar,gemi omurgalar. Temel kaz, ngermeli kazklar, kaplama panelleri, yry yollar, marinalarn iskele elemanlar, yol yamalar, byk apl sualt borularnn kaplamalar. Sa boru, levhalar, yangna dayankl malzemeler ve yaltm malzemeleri, kanalizasyon borular, oluklu ve dz at levhalar, duvar kaplamalar. Dalgal ekilli at kaplama elemanlar, tek veya ift kat ince membran yaplar, tekne omurgalar, yap iskelesi tahtalar. imento esasl levhalarda, ksmen asbestin yerine, beton borular, tamirat malzemeleri.

elik

Polipropilen, naylon

Asbest

Karbon

Mika

2.3.3. Lif zeliklerinin kompozit zeliklerine etkisi 2.3.3.1. Lif geometrisi Lifli betonlarn zeliklerini belirleyen en nemli faktrlerden birisi de, lif ile matris arasndaki ban dayanmdr. Bu ban glendirilmesine ynelik aratrmalar yaplmaktadr. eitli biim ve deformasyonlarda liflerin retilmesi de bu yndeki almalarn bir sonucudur. elik liflerin tipik rnekleri Tablo 2.3de verilmitir.

13

Tablo 2.3: Farkl elik lif tipi rnekleri [18].

Soroushian ve Bayasi [19] tarafndan yaplan aratrmada, lif tipinin lif donatl betonlarn performans zerindeki etkileri incelenmitir. Kullanlan lif tipleri, narinlikleri 60 civarnda olan, dz-yuvarlak, dalgal-yuvarlak, dalgal-yass, kancaltekil ve kancal-birletirilmi lifler ile narinlii 75 civarnda olan dz-yuvarlak ve kancal-adezifle birbirine yaptrlm liflerdir. Yaplan deneyler sonucunda, lif kullanmnn betonun ilenebilirliini genel olarak drd, ancak elde edilen kme deerlerine bakldnda, dalgal liflerin kme deerlerinin dz ve kancal liflere gre daha yksek olduu grlmtr. Narinliin 60 ve lif orannn %2 olmas durumunda, kancal liflerin, dz ve dalgal liflere gre eilme dayanmnda ve enerji yutma kapasitesinde daha yksek deerler verdii grlmtr. Narinliin 75 olmas durumunda da yine kancal liflerin dz liflerden daha iyi olduu grlmtr. Basn gerilmeleri altnda, pik sonras enerji yutma kapasiteleri kyaslandnda yine en yksek sonular kancal liflerden elde edilmitir.

14

2.3.3.2. Liflerin narinlii Lifli betonlarn performansnn kullanlan lifle ilgili en nemli gstergesi lif

narinliidir. Bu deer, lifin boyunun (L), apna (d) oran olup genellikle 30-100 arasnda deerler almaktadr. Narinliin artmasyla beraber, mekanik performans artsa da, yerletirmede ve kartrmada karlalan problemler dolaysyla, bu deerin 100 gibi bir deerle snrlandrlmas nerilmektedir [18,19]. zgl krlma enerjisinin lif ieriiyle ve narinlikle deiimi ekil 2.7de verilmektedir. Bu ekilden de grlecei gibi, elik tel ieriini ve narinliini istenilen performansa gre ayarlamak mmkndr [2].

ekil 2.7: Farkl narinlie (L/d) sahip elik tellerle donatlm betonlarn zgl krlma enerjisinin (GF), tel ierii (Vf) ile deiimi [2]. Bayramov [18] tarafndan, farkl narinlik oranlarna sahip elik lifler, farkl oranlarda kullanlm ve elik lif donatl betonlarn mekanik davranna ynelik baz sonular elde edilmitir. Bu sonulara gre: Basn dayanmna elik telin etkisi belirgin deildir. Narinlii 65 olan tellerle retilen betonlarda elik tel ieriinin etkisi belirgin olup, tel miktar 20 kg/mden 50 kg/m e artrldnda, %30luk bir basn dayanm art salanmtr. elik lifli betonlarn yarmada ekme dayanm, normal betonunkinden fazla olup, elik lif miktarnn artmasyla artmaktadr. Bu art yine narinlii 65 olan liflerde daha belirgindir. Bu liflerin matristen syrld ancak

15

krlmad, ancak narinlii 80 olan liflerin koparak ikiye ayrld gzlemlenmitir. elik lif miktarnn artmas zgl krlma enerjisini nemli lde artrmaktadr. Tel narinliinin etkisi, elik lif miktarnn artmasyla etkili olmakta ve bu durumda narinlikteki art, krlma enerjisini de artrmaktadr. 80 narinlikli ve 50 kg/m lif ierikli kirilerde, 5 mmye kadar llen zgl krlma enerjisi, yaln betonunkinin 50 katdr. Karakteristik boy ve net eilme dayanm da lif miktarndaki artla artmaktadr. 80 narinlikli ve 50 kg/m lif ierikli kirilerde, normal betonun iki kat eilme dayanm elde edilebilmitir. 2.3.3.3. Liflerin hacimsel yzdesi Lifli beton, kullanlacaklar yaplarn eidine gre, nemli teknik ve ekonomik faydalar salayabilecek bir yap malzemesidir. Lifli betonlarn kullanm koulu, homojenliin salanmasna baldr. Bir yapsal kompozit olan lifli beton, btn yk dorultularnda benzer zelikler gsterebilmelidir. Hakim bir lif dalmnn olduu lifli betonlar, uygun bir yap malzemesi olarak dnlemez [20]. nk lifler kendi dorultularnda ve dier dorultuda ayn zeliklere sahip deildir. Bu durum, ekil 2.8de grlmektedir. Lif dorultusunda malzemenin performans daha yksektir.

i

ekil 2.8: Lif dorultusunda ve tersi ynde malzeme zelikleri [6]. Kullanlan lif miktarnn dk olmas (15-25 kg/m), malzemenin homojen olma ihtimalini drmektedir. Bu dozajda lif kullanlan 1 m betonda, lif says agrega saysndan dk olmaktadr. Bu durumda lifler, agregalarn yerleimine etki 16

edememekte, onlar balayamamakta ve salam bir matris oluturamamaktadr [20]. ekil 2.9da lif orannn, tama kapasitesini ve krlma davrannn karakterini nasl etkilediini gsteren, farkl lif oranlarnda 4 tane numuneye ait yk-sehim erileri grlmektedir. Bu grafiklerden de grlecei gibi, 1. ve 2. numunelerde lifler tarafndan tanan yk matrisin tad ykten daha az, 3. numunede matrisin tad yke eit, son numunede ise matrisin tad ykten daha fazladr. 1 numara ile gsterilen eri en az lif ierirken lif orannn artmas ile dayanm ve sneklik artmaktadr [21].

Yk

Sehim ekil 2.9: Farkl oranlarda lif ieren kompozitler iin tipik yk-sehim erileri [21]. retimde kullanlan lif ieriinin optimum bir deerin zerine kmas da, betonda baz problemlere neden olmaktadr. Kartrma ve yerletirmede ortaya kacak bu problemler, liflerin karm ierisinde topaklanmasyla sonulanabilir. Liflerin bu ekilde topaklanmas, matris ierisinde betonun performansn etkileyebilecek zayf blgelerin olumasna neden olur. Bu problemlerin nne geilebilmesi iin, karmda iri agrega kullanlmamas, lif narinlik orannn optimum bir deerde olmas, belirli sayda lifin suda znebilen yaptrclarla biraraya getirilmesi, liflerin karma kuru katlmas ve sperakkanlatrc kullanlmas gerekli zmler olarak ileri srlebilir [21].

17

2.3.3.4. Liflerin ekme dayanm Genellikle, betonda kullanlan elik liflerin dayanmnn artmasyla, beton

dayanmnn da artaca dnlmektedir. ekil 2.10da farkl dayanmlara sahip liflerle retilen betonlarn yk-sehim erileri grlmektedir.

ekil 2.10: Farkl tipteki elik liflerle retilmi beton kirilerin yk-sehim erileri [9]. Gerekten de normal dayanml betona yksek dayanml lif katlmas, betonun mekanik zeliklerinde bir iyilemeye neden olmaktadr. Ancak asl etki, ekme dayanm 2000 MPa ve elastisite modl 210 GPa olan yksek dayanml liflerin, yksek dayanml betona eklenmesiyle elde edilmitir. ekilden de grld gibi, bu betonlar snek bir davran gstermektedir. Bu durumun sebebi, beton dayanmnn artmasyla beraber, lifle aderansn da artmas, bylece atlak olutuunda liflerin betondan syrlmalarnn glemesidir. Liflerin betondan syrlarak deil, koparak ayrlmas gerekleir. Bylece, yksek dayanml betonda yksek dayanml lif kullanlmas ile tepe yk sonras davrann iyiletirilmesi mmkn olmaktadr [9]. Teruzzi ve arkadalarnn [22], lifli betonlarn durabilite zeliklerine ynelik yaptklar almada, farkl numune dnlmtr. Bunlara ait zelikler Tablo 2.4de verilmitir.

18

Tablo 2.4: Numune zelikleri [22].ZEL KLER 1 Beton Snf Kullanlaca Yer Ortam Koulu d max Lif Yzdesi(%) C25/30 Endstriyel zemin Korunmu 16 0,51 KARIIM NO 2 C25/30 Endstriyel zemin D evre 16 0,51 3 C60/75 Prefabrike eleman D evre 22 0,77

Mekanik deneyler sonucunda, normal dayanml betonlarda lif kullanm basn dayanmn fazla etkilemezken, yksek dayanml betonlarda artrmaktadr. Her tip betonda da, toklukda art grlmtr. Bu betonlara uygulanan durabilite deneyleri sonucunda ise elik lif kullanmnn betonun performansnda nemli bir azalmaya neden olmad belirlenmitir. Yani, liflerin yada lif-beton arayzeyinin, zararl maddelerin betonun ierisine szmasna neden olacak bir yol oluturmadklar ve donma dayanmn azaltacak zayf bir blgeye neden olmadklar grlmtr. 2.3.4. Karma lifli betonlar Beton karmak bir malzeme olup, oklu faz ieren bir yapdadr. Mikron boyutunda C-S-H jeli, milimetre boyutunda kum ve santimetre boyutunda iri agrega ieren bu malzemenin tek tip ve boyda lif kullanmyla tm fazlarnda bir iyileme beklenmesi mmkn deildir [26]. Betonun bu zellii nedeniyle ve lif retimindeki gelimeler sayesinde farkl zelik ve boyutlarda liflerin retilebilmesi buna eklendiinde, bu liflerin kullanm alanlarnda bir eitlik meydana gelmitir. Bu kullanm alanlarndan birisi de karma lifli betonlardr [23]. Karma lifli beton, tek tip ve boyutta lif kullanm yerine betonun deiik zelliklerini iyiletirebilmek amacyla birden fazla tip ve boyutta lifin birlikte kullanlmasyla elde edilen yeni imento esasl kompozit bir malzemedir [7]. Bu malzemenin retimindeki ama yk altnda oluan atlaklarn mikro dzeyden balayarak kontrol edilebilmesidir. Uzunluu numune veya yapnn boyutlarna gre ok kk olan atlaklara mikro, ok fazla kk olmayanlara da makro atlak denir. Bu ekildeki mikro, mezo ve makro atlaklarn kontrol iin ise mikro, mezo ve makro boyuttaki liflerin kullanm sz konusudur.

19

Mikro lifler; Boyutlar nedeniyle matris iinde daha sk bir lif dalm olutururlar, atlaklar makro dzeye gelmeden durdururlar, Elastik blgedeki davran iyiletirirler.

Makro lifler ise; Elastisite modln, ekme ve eilme dayanmlarn artrrlar, Makro dzeydeki atlaklar kontrol ederler, Maksimum yk sonrasnda davran iyiletirirler [24].

Matristeki atlaklar mikro dzeyde balar. Makro lifler, aralarndaki mesafenin fazla olmas nedeniyle, mikro atlaklar zerinde etkili olamazlar. Bu liflerin etkili olabilmesi iin, atlaklarn gelierek makro dzeye gelmi olmas gerekmektedir [25]. Oysa mikro lifler, atlaklar mikro dzeydeyken arada kpr grevi grerek atlaklar durdururlar. Mikro lifler matrisin hemen hemen her blgesine yaylabilecek kadar kk boyutta olduklarndan, makro liflerin bulunmad ara blgelerdeki kk atlaklarn balamasn ve geliimini kontrol edebilirler. atlaklar aldktan sonra kk boyutlar nedeniyle matristen syrlrlar. Bu nedenle, tepe yk sonrasndaki davranta pek etkili deildirler. Tepe yk sonras davranta ise makro lifler etkilidir. Farkl tel boyutlarnn, atlak kprlenmesindeki etkisi ekil 2.11de gsterilmektedir.

ekil 2.11: atlak kprlenmesine farkl tel boyutlarnn etkisi [25].

20

Karma lifli betonlarn kullanm alanlarna bakldnda; 1. Hasarl binalarn glendirilmesinde, 2. Kesiti kk tayc elemanlarn inasnda, 3. Zmbalamaya kar kolon balarnn glendirilmesinde, 4. Zararl radyoaktif ve endstriyel atklarn atlaksz ve durabilitesi yksek elemanlarda saklanmasnda, 5. Snek davran gerektiren yap tayc elemanlar bileim blgelerinde, 6. Prekast at kaplama eleman yapmnda, 7. arpma ve anmaya kar dayanm gerektiren blgelerde kullanlabilmektedir [24]. Karma lifli betonlarla ilgili yaplm almalar incelendiinde Ekinciolu [11] tarafndan retilen ve dayanm,sneklik ve tokluun artrlmas amacyla elik ve polipropilen liflerin birarada kullanld karma lifli betonlarda, polipropilen lif hacmi %0,05 olarak, elik lif hacmi ise %3 olarak sabit tutulmutur. Kullanlan elik lifler dz ekilli ksa kesilmi elik lifler ve iki eit kanca ulu elik lifler olmak zere eittir. Elde edilen sonulara bakldnda; betona hacimce %3 orannda elik lif eklenmesi bata krlma enerjisi, karakteristik boy ve net eilme dayanm olmak zere, basn dayanm, elastisite modl ve yarmada ekme dayanmlarnda da arta neden olmutur. Yksek performansl betonlarda nemli bir sorun olan gevreklik, elik liflerin kullanlmasyla ortadan kalkmtr. Krlma enerjisi, karakteristik boy ve net eilme dayanm makro lif ieriindeki artla artmakta, mezo lif ieriindeki artla azalmaktadr. En yksek krlma enerjisi, karakteristik boy ve net eilme dayanm deerleri narinlii ve boyu en byk lif ile retilen numuneden elde edilirken, en dk deerler narinlii ve boyu en kk lifi yksek oranda ieren numunelerden elde edilmitir. Bu durum ekil 2.12de grlmektedir.

21

ekil 2.12: Karma elik tel donatl betonda elik tel narinliinin ve ieriinin krlma enerjisine etkisi [11]. En yksek ilk atlak dayanm ve en yksek elastisite modl ise bir tip mezo ve iki tip makro lifi birlikte ieren numuneden elde edilmitir. En yksek yarmada ekme dayanmlar da yine mezo ve makro lifleri birlikte ieren numunelerde grlmtr. Betonun basn dayanm elik lif eklenmesiyle artmaktadr. Bu art en fazla, mezo ve makro lifin birlikte kullanld karma lifli numunelerde olurken, iki farkl tipte makro lif kullanmnn bu arta fazla bir etkisi olmamtr. Boyut ve narinlikleri farkl olan elik liflerin kullanlmas, betonun mekanik zelliklerinin

iyiletirilmesinde farkl oranlarda katkda bulunmaktadr. Yao ve arkadalar [26] tarafndan yaplan almada, farkl tip karma lifli betonun basn, yarmada ekme ve eilme zeliklerinin karlatrlmas amalanmtr. Kullanlan lif hacim oran %0,5 olarak sabit tutulmu, polipropilen ve karbon, karbon ve elik, elik ve polipropilen lifleri ieren farkl tipte karma lifli beton retilmitir. Ayrca karlatrma yaplabilmesi iin, herbir lif eidini tekil olarak ieren ve lif iermeyen numuneler de retilmitir. Elde edilen sonulara bakldnda; liflerin karma formda kullanlmas kompozitin performansn, tekil lif kullanlmas durumuna gre iyiletirmektedir. Bu almada elde edilen eilme gerilmesi-sehim grafiine bakldnda (ekil 2.13), retilen ve deneye tabi tutulan tip karma lifli betonun iinde en byk dayanm ve eilme tokluunu veren numunenin karbon ve elik liflerin birarada kullanld numune olduu grlmektedir. Bunun nedeni ise elik ve karbon liflerin birbirine yakn elastisite modllerine sahip olmas ve aralarndaki pozitif etkileimdir.

22

ekil 2.13: Karma lifli betonarme kirilerin eilme gerilmesi-sehim erileri [26]. Qian ve Stroeven [27], yaptklar almada tip elik lif ile polipropilen lifi birarada kullanmlardr. Lif oran beton hacminin %0 ile %0,95i arasnda deimektedir. elik liflerden kancal olanlar 0,3 mm apnda, 40 mm (SF1) ve 30 mm (SF2) olmak zere iki boyda, dz olanlar ise 0,1 mm apnda ve 6 mm (SF3) uzunluunda kullanlmtr. Polipropilen liflerin (PP) boyu 12 mm, ap ise 0,018 mmdir. Bu almadan elde edilen sonulara bakldnda; SF1 ve PP liflerinin birlikte kullanld karma lifli betonlarda, kk ekildeitirmelerde yk tama kapasitesinde nemli bir art olduu grlmtr. SF3 liflerinin bu arttaki etkisi azdr. SF1 lifleri byk ekildeitirmeler srasndaki enerji yutma kapasitesi asndan en etkili lifler olup, bu lifleri SF3 ve PP lifleri takip etmektedir. Kk ekildeitirmeler srasnda SF1 ve PP lifleri arasnda yk tama kapasitesi ve krlma tokluu bakmndan olumlu bir etkileim vardr. Ancak bu etki, ekildeitirmeler arttka kaybolmaktadr. Kk ekildeitirmelerde, toplam lif hacminin artmasyla beraber, PP liflerin yaylmasndan dolay bu liflerin etkisi azalmaktadr. tip elik lif iinden en iyisi SF1 lifleridir. Bunun nedeni, SF1 liflerinin kancal ve yksek narinlie sahip olmalardr. Qian ve Stroeven [28] yaptklar bir baka almada, lif boyunun, lif ieriinin ve uucu kl ieriinin karma lifli betondaki etkilerini incelemilerdir. Bu almada kullandklar lif eitleri bir nceki almann aynsdr. Bu alma sonucunda; uucu kl gibi ince malzemelerin ultra incelikteki polipropilen liflerin kullanld karma lifli betonlarn retiminde kullanlmas, lif dalm iin gereklidir. Farkl boyutta elik liflerin kullanlmas, betonun farkl mekanik zeliklerine, farkl

23

derecelerde etki etmektedir. Ksa liflerin betona eklenmesi, basn dayanmna olduka nemli bir katkda bulunurken, yarmada ekme dayanmn ok az etkilemektedir. Lawler ve arkadalar [29], polivinil alkol lifler ile elik lifleri birarada kullanarak yaptklar almada, betonun krlma srecini izlemilerdir. Bu alma sonucunda elde edilen atlak profili haritalar (ekil 2.14) ve eilme dayanm-sehim ilikileri (ekil 2.15) birlikte incelendiinde, karma lifli betonlarn birok kk boyutlu atlak oluturmak suretiyle, daha fazla enerji yutarak krldklar grlmektedir.Lifsiz har % 0.5 elik makro lif % 0.5 PVA mikro lif

% 0.5 elik mikro lif

% 0.5 elik makro lif + % 0.5 elik mikro lif

% 0.5 elik makro lif + % 0.5 PVA mikro lif

ekil 2.14: Farkl tip ve miktarlarda lif ieren betonlarda atlak genilii haritalar [29].

ekil 2.15: Farkl tip ve miktarlarda lif ieren betonlarda eilme dayanm-sehim ilikileri [29].

24

Ktzing [30], yksek dayanml betonun basn dayanm altndaki gevrek davrann iyiletirmek amacyla polipropilen ve elik lifler kullanmtr. Yksek dayanml betonlara elik lif katlmasyla, ekme ve eilme altndaki davranlarn iyiletii, enerji yutma kapasitesi ve deformasyon kapasitesinin artt bilinmektedir. Ancak, yaplan almalarda liflerin basn gerilmeleri altnda belirgin bir etkilerinin olmad grlmtr. Oysa, Ktzingin yapt alma, polipropilen ve elik liflerin birlikte kullanlmas ile betonun basn gerilmeleri altnda davrannn snek bir hale getirilebildiini gstermitir. ekil 2.16da bu almada elde edilen gerilmeekil deitirme diyagramlar grlmektedir.

ekil 2.16: Normal dayanml (NDB), yksek dayanml (YDB) ve karma lifli yksek dayanml (KLYDB) betonlarn basn kuvveti altnda gerilme-ekil deitirme ilikisi [30]. Karma lifli betonlarla ilgili yaplan bir baka almada, Komlos ve arkadalar [31], polipropilen ve elik lifleri kullanarak, toplam lif hacmi %1 olacak ekilde farkl karm hazrlamlardr. Polipropilen lif hacmi %0,2 ,%0,3 ve %0,5 olarak deiirken, elik lif hacmi srasyla %0,8, %0,7 ve %0,5 olarak belirlenmitir. Yaplan deneyler sonucunda elde edilen veriler incelendiinde, optimum lif ieriinin, kullanlan karmn kompozisyonundan ve retim ilemlerinden etkilendii grlmtr. Malzemenin statik ve dinamik ykleme altndaki atlak sonras davran, lif dalmna ve numunenin kritik kesitindeki lif saysna baldr. Ayrca, polipropilen lif oranndaki artla beraber, krlma ve darbe enerjilerinde, tokluk ve sneklik deerlerinde art grlrken, basn dayanm deerlerinde bir dme olmutur.

25

Kim ve arkadalarnn [32] karma lifli betonlarda atlak ve dayanm zeliklerinin belirlenmesi amacyla yaptklar almada, 30 mm lik elik liflere, 6 ve 12 mm lik elik ve polipropilen lifler ayr ayr eklenmitir. Bu almada deneyler, sl atlamalarn nemli olduu erken yalarda yani 2, 3 ve 5 gnlk numunelerde yaplmtr. Bu almann sonularna gre; mikro, makro ve karma lifli beton numunelerinden elde edilen yk sehim erileri incelendiinde, tek bana mikro lif kullanm ilk atlak dayanmn artrmaktadr. Tek bana makro lif kullanm betonun krlma tokluunu iyiletirmektedir. Liflerin uygun tip ve hacimde kombinasyonu ile elde edilen karma lifli betonlarda ise daha yksek performansn ve daha yksek atlak dayanmnn elde edilmesi mmkndr. Ayrca, ekil deitirme enerjisi salnm oranlarnn hesaplanmas ve deerlendirilmesi sonucu, betonda scaklk etkisiyle oluan gerilmeler nedeniyle ortaya kan atlaklarn, karma lif kullanm ile kontrol edilebilecei grlmtr. Bir baka sonu ise optimum lif hacim orannn lif tipine bal olduu ve bu orann elik liflerde %0,1-2,5 aralnda bir deer alrken, polipropilen liflerde %0,3tr. Polipropilen liflerin hacim oran %0,3 deerini atnda, betonun mekanik zeliklerinde bir d grlmtr. Banthia ve Nandakumar [33], lif tipinin ve kombinasyonlarnn, atlak genilemesine kar dayanma etkilerini aratrdklar almalarnda, iki tip elik ve iki tip polipropilen lifin eitli kombinasyonlarn kullanmlardr. elik lifler kvrml ve sonlar yasslatrlm liflerden olumakta iken, polipropilen lifler ise monofilament ve lif topluluu eklindedir. Kvrml ve sonlar yasslatrlm lifleri ieren betonlarn davranlarnn birbirinden olduka farkl olduu grlmtr. Kvrml elik lifleri ieren betonlarn yk-CMOD erilerinde bir sertleme blgesi grlrken, dierinde tepe noktasna kadar art, daha sonra ani d grlmtr. Bu her iki tip elik life, dk oranlarda dahi olsa polipropilen lif eklenmesi, performans artrmakta, atlak oluum ve geliimine daha fazla diren salamaktadr. Bu konuda monofilament eklindeki polipropilen liflerin daha etkili olduu grlmtr. Sato ve arkadalar [34], uzun ve ksa elik liflerin birarada kullanld karma lifli betonlarn basn ve ekme dayanmlarnn belirlenmesi iin eitli deneyler yapmlardr. Ksa lif olarak 6,13 ve 20 mm uzunluundaki dz lifler, uzun lif olarak ise 30 mm uzunluunda kancal lifler kullanlmtr. Ksa lif yzdesi %0 ile %6 arasnda, uzun lif yzdesi ise %0 ile %2 arasnda deimektedir. Lif yzdesinin

26

artmasyla beraber kompozitlerin basn ve ekme dayanmlarnn artt ve bu dayanm deerlerinin lifin narinlik oran ile hacim yzdesinin bir fonksiyonu olduu, yaplan almalardan grlmtr. Ayrca, uzun lif miktarnn artmasnn sneklik iin ksa liflerden daha iyi olduu ve uzun lif miktarnn, ekme gerilmesi-atlak alm erisinde yumuama rejiminin eklini byk lde etkiledii sonular da bu almadan elde edilmitir. Banthia ve arkadalar [35], makro ve mikro elik liflerin birarada kullanmn aratrdklar almalarnda, 40 kg/m3 sabit dozajnda, tip makro elik lif ile %1 ve %2 dozaj oranlarnda mikro lifi kullanarak karma lifli betonlar retmilerdir. Yaplan deneyler sonucunda, bu kompozitlerin sadece basnta deil eilme srasnda da byk dayanm ve enerji yutma kapasitesine sahip olduklar grlmtr. eitli uygulamalarda kullanlmak zere, mikro ve makro elik liflerin karma

kombinasyonlar ile ok yksek performansl imento esasl kompozitler retmenin mmkn olduu da gsterilmitir. 2.4. Silis Duman Kullanm Silis duman (SD) silisyum metalinin veya ferrosilisyum alamlarnn retiminde yan rn olarak elde edilen, endstriyel bir atktr. Gnmzde olduka yaygn bir aratrma ve uygulama alanna sahip olan bu malzemenin balca zelikleri u ekilde sralanabilir; % 85ten %98e varan SiO2 ierii, 0,1-0,2 tane bykl, Kresel tane ekli, Amorf yapsdr [21,36].

Silis dumannn beton zelikleri zerindeki etkisi, puzolanik etki ve boluklar doldurma etkisi olmak zere iki grup altnda toplanabilir. Bu etkiler: i. Puzolanik etki Silis duman gibi puzolanik malzemeler, tek balarna balayc olmadklar halde, imentonun hidratasyonu sonucu ortaya kan Ca(OH)2 ile tepkimeye girerek,

hidrolik balayc zelii olan C-S-Hlarn olumasn salarlar:

27

Portland imentosu + Su C-S-H + Ca(OH)2 Ca(OH)2 + Puzolan + Su C-S-H Bu reaksiyonlar sonucunda, porozitenin daha fazla olduu ve Ca(OH)2 kristallerinin biriktii agrega-imento hamuru arayzeyinde, aderans artarak, dayanm ve drabilitesi daha yksek olan bir yap oluur. Silis dumannn bu ekilde imento hamurunda sk bir dizili oluturmas zeliine puzolanik etki denir. Bu zelii sayesinde yksek dayanml yaplarn uzun sreli performanslarnda salad stnlkler nedeniyle, yksek fiyatna ramen, tercih edilen bir malzemedir [6]. ii. Boluklar doldurma etkisi Boluklar doldurma etkisi, silis dumannn ok ince taneli olmasndan dolay, imento ile agregalar arasndaki ok ince boluklar dahi doldurarak, youn ve yksek dayanml bir matris oluturmasdr [36]. Bu malzemeler, agrega ve imento arasndaki boluklar azaltarak, daha homojen bir mikro yapnn olumasn salarlar. Bu zeliin daha iyi anlalabilmesi iin tane boyutlar asndan deerlendirme yapmak gerekir. imento taneleri yaklak 10 m iken, SD taneleri 0,1m ile 0.2 m arasndadr. Taneler arasndaki bu byk boyut farkndan dolay, SD taneleri boluklar rahatlkla doldurabilmektedir [6]. Bu durum ekil 2.17de grlmektedir.

ekil 2.17: Silis dumannn imento hamurundaki boluklar doldurma etkisi [5]. Bentur ve Goldman [37], yaptklar almada, silis dumannn puzolanik ve

boluklar doldurma etkisinin dayanm ne kadar etkilediini incelemilerdir. Balayc zelii bulunmayp yalnzca boluklar doldurma etkisi olan karbon siyah ieren betonlar, silis duman ieren betonlar ve ikisini de iermeyen referans betonlar retilmi ve bu betonlarn basn dayanmlar elde edilmitir. Sonular ekil 2.18de grlmektedir.

28

ekil 2.18: Silis dumannn puzolanik ve boluklar doldurma etkisi [37]. Bu alma sonucunda, dayanmlardaki farkllklardan dolay, boluklar doldurma etkisinin puzolanik etki kadar nemli olduu grlmtr. 2.4.1. Silis duman katksnn taze beton zeliklerine etkisi imentonun %5i gibi az oranlarda kullanlan SD, taze betonun ilenebilirliini ok fazla etkilememektedir. Ancak yksek dozda SD kullanlmas, hem taze betonun ilenebilirliini ve kmesini azaltmakta, hem de gerekli su miktar artrmaktadr. Bu durumda, silis dumanl betonlarda akkanlatrc veya sperakkanlatrc kullanm kanlmaz olmaktadr. SD tanelerinin yzey alanlarnn ok byk olmas, taze beton ierisindeki serbest suyun nemli lde balanmasna ve bu suyun beton yzeyine kmasnn yavalamasna neden olurlar. Yani SD katkl betonlarda terleme nemli miktarda azalmaktadr. Ancak terlemenin ok azalmas veya hi olumamas da plastik bzlmeden dolay atlama riskini artrmaktadr. Bu durumda, beton yzeyinin krne dikkat edilmesi, bu olumsuz etkiyi ortadan kaldracaktr. SD kullanmnn betonun priz srelerini artrd bilinmektedir. SDnin zgl arlnn, imento ve agregalara gre daha dk olmas, SD katkl betonlarn birim arlnda bir azalmaya neden olsa da, genellikle bu etki ok nemli deildir [36].

29

2.4.2. Silis duman katksnn sertlemi beton zeliklerine etkisi SD katks, betonda iri gzenekleri azaltarak daha fazla sayda, kk ve homojen dalm gzenek oluumuna neden olmaktadr. Ancak i yapdaki toplam gzeneklilik deimemektedir. Betonun geirgenlii, SD katksyla birlikte azalmaktadr. nk, SD taneleri klcal boluklar klterek sreksiz hale getirmektedir. Bylece betonun durabilitesi de daha yksek olmaktadr. imento ile yerdeitirilen SD miktar arttka, alkali-agrega reaktivitesine kar dayanm da artmaktadr. Su emmenin SD katkl betonlarda, katkszlara nazaran daha yava olduu da bilinmektedir. SD kullanm, dier puzolanlarda olduu gibi yeni C-S-H jelleri oluturarak ve agrega-hamur arayzey blgesini sklayp, kuvvetlendirerek beton dayanmn artrr. Bunun yannda, belirli bir ilenebilirlik deerinin elde edilebilmesi iin gerekli su miktarn da artrdklarndan, betonda kullanlacak optimum SD miktar bu etkiler gz nnde bulundurularak elde edilecektir [36]. 2.4.3. Silis duman kullanmnn RPB zerindeki etkileri Silis duman kullanmnn RPB zerinde nemli etkisi vardr; Kendinden nceki snf malzemelerin arasndaki boluklar doldurmas, Silis duman tanelerinin mkemmel kresel yaplarndan dolay, reolojik zeliklerin gelitirilmesi, Birincil hidratasyon sonucunda oluan kirecin, puzolanik reaksiyon sonucunda, bu taneler tarafndan balanmas [4]. Long ve arkadalar [38], ultra incelikteki tanelerin kullanlmasyla elde edilen ok yksek dayanml betonlar inceledikleri almalarnda, tlm uucu kl (UK), tlm yksek frn crufu (YFC) ve silis dumann (SD), imento ile ikili ve l kombinasyon yaparak kullanmlar ve bu tanelerin bal younluk zerindeki etkilerini incelemilerdir. kili kombinasyonlara ait bal younluk- ince malzeme miktar erileri ekil 2.19da grlmektedir. Bu karmlarn hepsinde

30

su/balayc oran 0,22 dir. Erilerin eiminden grld gibi, bal younluun artrlmasnda en etkili ince malzeme, silis dumandr.

ekil 2.19: nce malzemelerin ikili kombinasyonlarnn bal younlua etkileri [38]. Silis dumannn en iyi sonucu vermesinin sebebi olduu dnlmektedir: i) Taze imento hamurunda, imento taneleri arasndaki boluklarda, su ve hava varken, SD gibi tozlarn eklenmesiyle, bu boluklar bu tozlar tarafndan doldurulmakta ve boluk miktar azalmaktadr. ii) SD tanelerinin ortalama ap, YFC ve UK tanelerinin ortalama apndan kktr. Bylece boluklar daha iyi doldurulmaktadr. iii) SD tanelerinin grnen younluu dier tozlarnkinden kk olup, ayn arlktaki hacimleri daha fazladr. l kombinasyonlarn kullanld karmlara ait bal younluk- ince malzeme miktar deiimi ekil 2.20de grld gibi elde edilmitir. l kombinasyonlar, ikililere gre daha yksek bal younluk deerleri vermi olup, bunun sebebi daha farkl tane boyutlarnn birarada kullanlmas dolaysyla, boluklar doldurma etkisinin daha etkili olmasdr.

31

ekil 2.20: nce malzemelerin l kombinasyonlarnn bal younlua etkileri [38]. Eren ve elik [39], silis duman ve elik lif kullanmnn yksek performansl betonlarn baz zeliklerine etkilerini aratrdklar almalarnda, farkl kancal lifi, farkl miktarda kullanmlardr. Bu liflerin uzunluk/ap oranlar, 30/0,50; 60/0,80; 50/0,60 olarak, miktarlar beton hacminin %0,5, %1,0 ve 2,0 si olarak deimektedir. Silis duman %0, %5 ve % 10 olarak imentoyla yer deitirilmitir. Elde edilen sonular; Lif ap arttka yksek dayanml betonlarn Vebe zaman artmaktadr. Kullanlan btn lif tipleri iin, hapsolmu hava miktar azalmaktadr. %10 silis duman ile narinlii 60 olan liflerin %2 orannda kullanlmas durumunda, yarmada ekme dayanmlar %129,91 orannda artmaktadr. %10 silis duman ile narinlii 60 olan liflerin %1 orannda kullanlmas durumunda, basn dayanmdaki maksimum art olan % 28,27 deeri elde edilmektedir. Narinlii 75 olan liflerin %2 orannda kullanld ve silis dumannn kullanlmad numunelerde basn dayanmnda %40,69luk bir d gzlenmitir.

32

2.5. Basn Uygulanmas Yukarda da anlatld gibi, dayanm younlukla birlikte artmaktadr. Younluu artrmann en etkili yollarndan birisi de, taze betona basn uygulanmasdr. Bu yntemin etkileri balk altnda toplanabilir; Hapsolmu havann azaltlmas; taze betona basn uygulanmas, hava kabarcklarn tamamen veya nemli derecede azaltr. Fazla suyun uzaklatrlmas; taze betona birka dakika basn uygulanmas, kalplarn tamamen sugeirmez olmamas durumunda, fazla suyun kalp boluklarndan kmasn salar. Fakat bu boluklarn, ince malzemenin kmasn nleyecek kadar dar olmas da gereklidir. rnein, 7 cm apl bir deney numunesine 30 dakika sreyle 50 MPalk basn uygulanmas, betona kartrma sresince eklenen suyun %20-25 inin uzaklatrlmasn salayabilir. Bu yntem, zellikle dk su/imento oranna sahip RPB larnda daha etkili sonular verecektir. Bu betonlarda, bal younlukta %2lik bir art elde edilebilmektedir. Kimyasal bzlmenin nlenmesi; uygulanan basncn, kartrma ileminden sonra 6-12 saat kadar devam ettirilmesi durumunda, kimyasal bzlmenin neden olduu porozite nemli lde azaltlabilmektedir. Betona sertleme boyunca basn uygulanmas, mikro atlaklarn artmasna neden olabilir. Bunun nedeni, sertleme esnasnda kurulan rijid balarn krlmas ve basn kaldrldnda agregalarn genilemesi eklinde aklanabilir. Ancak bu mikro atlaklar numune sertletiinde, ortadan kalkacaktr. Bu etki birlikte dnldnde, bal younlukta %6 lk bir art salanmaktadr [4]. 2.6. Scaklk Kr Uygulanmas Reaktif pudra betonu gibi ok yksek dayanml betonlar sz konusu olduunda, scaklk kr uygulanmas retimin bir paras olup, kullanlacak agrega ve imentonun zeliklerine gre belirlenmelidir. Betona scaklk kr uygulanmasyla elde edilen stnlkler u ekilde sralanabilir:

33

10 saat gibi ksa bir sre sonunda, 28 gnlk mukavemete edeer mukavemetlerin elde edilebilmesi,

Daha kararl bir i yap sayesinde, yani i yapda deiikliklerin olmamasndan dolay, betonun daha az rtre yapmas,

Scaklk kr sayesinde, imentonun %40-70 oranlarnda silis dumanyla yerdeitirilebilmesi ve bu sayede imentonun hidratasyonu sonucu oluan

Ca(OH)2lerin balanmasyla mukavemeti daha yksek olan C-S-Hlarn olumas, Silis duman kullanlmas halinde, serbest kirecin balanmas nedeniyle i yapnn daha kararl olmas sayesinde, scaklk kr uygulanan betonlarn kimyasal mukavemetinin ve donmaya kar direncinin artrlmas [40]. zyurt [21], lif ieriinin ve kr koullarnn ultra yksek dayanml betonlarn mekanik davranna etkilerini inceledii almasnda, %0; %1,5; %3,0 ve %4,5 oranlarnda ksa kesilmi elik lifleri kullanmtr. Ayrca bu numunelerin bir blm standart kr koullarnda saklanrken, bir blmne sl ilem uygulanmtr. Yaplan deneyler sonucunda lif ieriinin ve kr koullarnn etkileri ekil 2.21de grld gibidir.

ekil 2.21: Yksek performansl elik tel donatl entikli kiri numunelerde yksehim erisi [21]. Lif oran arttka krlma enerjisinin artt, lif hacim oran %3 gese bile, bu artn azalarak devam ettii, yine lif ieriinin artmasyla net eilme dayanmnn, tokluun ve yarmada ekme dayanmlarnn da artt grlmtr. Basn dayanm da az miktarda art gstermitir. Numunelere sl ilem uygulanmas da betonun

34

mekanik zeliklerine olumlu ynde etki etmitir. Bunun sebebi, yksek scaklkla beraber, tlm silisin aktif hale gelmesiyle malzemenin mikro yapsnn gelimesi olarak dnlmtr. Lif ieriinin ve kr koullarnn, krlma enerjisi ve net eilme dayanmlarna birletirilmi etkileri ekil 2.22 ve ekil 2.23de verilmitir.

ekil 2.22: Kr koullarnn ve lif hacminin krlma enerjisine etkileri [21].

ekil 2.23: Kr koullarnn ve lif hacminin net eilme dayanmna etkileri [21]. Taze betona basn uygulanmasnn ve scaklk krnn hidratasyon ve puzolanik reaksiyon zerindeki etkilerinin incelendii, Cheyrezy ve arkadalar [41] tarafndan yaplan almada, ana karmda kullanlan malzemeler ve karm oranlar imento:1; silis duman:0,25; kum:1,1; su/balayc oran: 0,12 olarak belirlenmitir. Baz karmlara ise imentonun %40 orannda krlm kuvars veya yaklak % 2 orannda elik lifler katlarak farkl kombinasyonlar elde edilmitir. Bu almadan elde edilen sonulara gre, reaktif pudra betonlarnn mikro yaps scaklk krne ve taze betona priz ncesi ve priz sresince uygulanan basnca baldr. Scaklk arttka 35

C-S-H jellerinin mikro yaps deimektedir. Puzolanik reaksiyon scaklk artyla hzlanmaktadr. 200-250C arasnda ise kristal formlu zonolit oluumu grlmtr. Ayrca, RPBlerin boluk oranlarnn uygulanan bu ilemlerle olduka drld, boluk apnn 3,75nm ile 100m araln ve hacimce %9 orann hi gemedii gzlenmitir. Hatta basnla birlikte, 150-200C arasnda kr uygulanan ve numunelerde bu aralkta hibir boluk olumamtr. Dugat ve arkadalar [42], reaktif pudra betonlarnn mekanik davrann inceledikleri almalarnda, RPC200 ve RPC800 betonlar iin karmlar hazrlamlardr. Bu karmlar Tablo 2.5de gsterilmektedir. Tablo 2.5: RPC200 ve RPC800de kullanlan malzemeler ve miktarlar [42].MALZEMELER(kg/m) Portland imentosu Silis duman Krlm kuvars Silis kumu 13 mm elik lif 3 mm paslanmaz elik lif Sperakkanlatrc Toplam su Su/balayc RPC200 950 237 0 997 146 0 17 180 0,15 RPC800 980 225 382 490 0 617 18 186 0,14

RPC200 betonlarna, kalptan karldktan sonra 7 gn boyunca 20Clik su kr, ardndan 4 gn boyunca 90Clik su kr ve son olarak da 2 gn boyunca 90Clik kuru hava kr uygulanmtr. RPC800 betonlarna ise 90Clik kr izleyen ve mikro yapnn deimesine neden olan 250C kr uygulanmtr. Ayrca, RPC200lerden farkl olarak bu betonlara priz ve sertleme boyunca basn uygulanmtr. Reaktif pudra betonlarnn basn ve eilmedeki mekanik zeliklerinin aratrld bu almada, silis duman, silis tozu ve sperakkanlatrclarn kullanlmasyla artan doluluk nedeniyle, RPC200 numunelerinde, 200 MPa a varan basn dayanmlar, 66 Gpa civarnda elastisite modl ve dayanmn %60na varan lineer elastik limit elde edilmitir. Ortalama eilme dayanmlar ise 32 MPa civarndadr. Sneklik, farkl lif ieriklerinde incelenmi ve ortalama krlma enerjisinin llmesiyle birlikte, optimum lif ieriinin %2-3 arasnda olduu, daha fazla lifin kullanld durumlarda, ortalama krlma enerjisinin dt grlmtr. 36

Basn altnda, RPC800 betonlarnn, RPC200lere gre farkl bir davran gsterdii, bu numunelere priz ve sertleme boyunca uygulanan basncn, dk ykler altnda bu malzemelerin ekil deitirme sertlemesi gstermelerine neden olduu grlmtr. Bu sre boyunca, elastisiste modlleri 36Gpadan 74 MPa a kmakta, dayanmn %85ine varldktan sonra sabit kalmaktadr [42]. 2.7. Sperakkanlatrc Katk Kullanm Betonda sperakkanlatrc kullanm, betonun tarihsel geliiminde nemli bir yere sahiptir ve yksek performansl betonlarn retilmeye balanmasnda nemli bir rol vardr. Sperakkanlatrclar, betona ok dk dozajlarda eklenen katklardr. lk defa 1960larda kullanlmaya balayan bu katklar, ok dk su/imento oranlarnda saladklar yksek ilenebilirlik sayesinde, betona nemli drabilite ve dayanm zelikleri kazandrmlardr. Sperakkanlatrclarn hidratasyon rnleri zerinde herhangi bir kimyasal etkileri yoktur. Ancak, imento hamurunun ve betonun mikro yapsn etkilerler. Bylece, betonun porozite ve terlemesinde nemli azalmalar meydana gelirken, kuruma rtresi ve snmesi de bir miktar azalmaktadr [43]. Yksek dayanml betonlarn retimindeki en nemli etken su/imento oran olup, bu oran dtke dayanm artmaktadr. Sperakkanlatrclar sayesinde bu oran ok dk seviyelere ekilebilmi ve dayanm ile birlikte drabilitenin de artmas salanmtr.

37

3. DENEYSEL ALIMALAR Bu blmde retimde kullanlan malzemeler ve zelikleri, retilen betonlara uygulanan deneyler ile bu deneylerin yapl anlatlmtr. 3.1. Kullanlan Malzemeler ve zelikleri 3.1.1. imento retimde kullanlan imento Nuh imento fabrikasnn bir rn olup, yksek dayanml beton retimi iin uygun bir imento tipi olan P 42,5 kullanlmtr. Bu imentoya ait fiziksel, mekanik ve kimyasal zelikler Tablo 3.1de verilmitir. Tablo 3.1: Kullanlan imentonun fiziksel, mekanik ve kimyasal zelikleri.

ZEL K

DEER

Blaine zgl yzeyi (mm/gr) C3S (%) C2S (%) C3A (%) C4AF (%) Klorr (%) Toplam alkali (%) SO2 (%) Kzdrma kayb (%) zgl arlk (gr/cm) 2 gnlk basn dayanm (MPa) 28 gnlk basn dayanm (MPa) 2/28 oran Priz balangc (dakika) Priz sonu (dakika)

335 58 15 4,3 11,9 0,008 0,56 2,5 2,1 3,20 26,8 59,8 0,45 180 246

38

3.1.2. Silis duman Bu almada kullanlan silis duman Norveten ithal edilmi olup, Elkem firmasnn U 968 tipi rndr. Bu rne ait kimyasal ve fiziksel zeliklerin limit deerleri Tablo 3.2de grlmektedir. Tablo 3.2: Kullanlan silis dumannn kimyasal ve fiziksel zelikleri. zelik SiO2 C Fe2O3 Al2O3 CaO MgO K2O Na2O P2O5 SO3 Cl H2O Kzdrma Kayb ri Paracklar(>45m) pH deeri (taze) Younluk Deer (%) 96 1,50 0,25 0,70 0,50 0,60 0,85 0,25 0,10 0,50 0,10 0,80 1,50 1,00 5,0-8,0 250-450 kg/m

3.1.3. Kumlar Kullanlan kumlar, iri silis kumu ve ince silis kumu olmak zere iki eittir. Bu kumlar Siltatan temin edilmi olup, elek analizleri Tablo 3.3de ve fiziksel zelikleri Tablo 3.4de verilmitir. Tablo 3.3: Kullanlan kumlarn elek analizleri.Elek gz boyutu (mm)ri Silis Kumu (Geen %) nce Silis Kumu (Geen %)

16 100 100

8 100 100

4 100 100

2 96 100

1 26 100

0,5 1 100

0,25 0 88

0,125 0 2

39

Tablo 3.4: Kullanlan kumlarn fiziksel zelikleri.F Z KSEL ZEL KLER Birim Arlk Grnen zgl Arlk (kg/m) Su Emme (%) keltme Yoluyla nce Malzeme (%) Ykama Yoluyla nce Malzeme (%) Organik Madde Sk: Gevek: ri Silis Kumu 1608 1487 2614 1,0 0,00 0,12 renksiz nce Silis Kumu 1495 1355 2598 0,1 0,00 0,35 renksiz

3.1.4. elik lifler Bu almada, OL6/16, Dramix ZP305 ve Dramix ZP305X olmak zere farkl tipte elik lif kullanlmtr. 3.1.4.1. OL 6/16 Dz ekilli, ksa kesilmi, st pirin kaplanm, sar renkli lifler olup zelikleri Tablo 3.5de verilmitir. Tablo 3.5: OL6/16 liflerinin zelikleri.Teknik zelikler Boy (mm) ap (mm) Narinlik zgl Arlk (gr/cm) ekme Dayanm (MPa) OL6/16 : 6 : 0,16 : 37,5 : 7,85 : 2250

3.1.4.2. Dramix ZP305 ki ucu kancal, birbirine tutkalla birletirilmi, standarda gre C snfnda ve A tipinde souk ekilmi elik liflerdir. Balca uygulama alanlar pskrtme beton ve ap betonlar olan bu liflerin teknik zelikleri Tablo 3.6da verilmitir. Tablo 3.6: Dramix ZP305 liflerinin zelikleri.Teknik zelikler Boy (mm) ap (mm) Narinlik zgl Arlk (gr/cm) Dramix ZP305 : 30 : 0,55 : 55 : 7,85

ekme Dayanm (MPa) : 1100 (min)

40

3.1.4.3. Dramix ZP305X ki ucu kancal, birbirine tutkalla birletirilmi, sar renkte yksek dayanml liflerdir. Bu liflere ait teknik zelikler Tablo 3.7de grlmektedir. Tablo 3.7: Dramix ZP305X liflerinin zelikleri.Teknik zelikler Boy (mm) ap (mm) Narinlik zgl Arlk (gr/cm) Dramix ZP305X : 30 : 0,55 : 55 : 7,85

ekme Dayanm (MPa) : 2250(min)

3.1.5. Sperakkanlatrc Chryso firmas tarafndan retilen ve glendirilmi polikarboksilat bazl yeni jenerasyon bir sperakkanlatrc olan Optima 200 kullanlmtr. Bu

sperakkanlatrc dk su/imento orannda yksek ilenebilirlikte beton elde edilmesinde, taze betonun zaman ierisinde ilenebilirliini korumasnda ve betonun erken yksek mukavemet kazanmasnda olduka etkilidir. zellikle hazr betonlarda ihtiya duyulan reoloji korumas ve mukavemet gerektiren uygulamalarda kullanm tavsiye edilmektedir. Bu malzemeye ait teknik zelikler Tablo 3.8de grlmektedir. Tablo 3.8: Kullanlan sperakkanlatrcnn teknik zelikleri.Teknik zelikler Grnm Renk Younluk (gr/cm) pH Klorr ierii (%) Kat madde (%) Na O edeeri (%) Optima 200 Sv Ak stlkahve 1,090,01 6,51,5 < 0,1 201,5