Farklı Türde Mineral Katkı Kullanımının Kendiliğinden Yerleşen Betonun Geçirimlilik Ve Durabiliteözelliklerine Etkisi

thumbnail.default.placeholder
Tarih
2011-08-11
Yazarlar
Özger, Osman Burak
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Özet
Son yıllarda yayınlanan araştırmalara göre geleneksel betonda karşılaşılan yerleşme ve sıkışma sorunlarının betonun durabilite özelliklerini ciddi oranda etkilediği gözlemlenmiştir. Kendiliğinden Yerleşen Beton ilk olarak su altı yapıları ile yüksek dayanım istenen bazı özel yapılarda betonun yerleşme ve sıkışma problemlerini aşmak için geliştirilmiştir. İşçilik ve enerji kullanımında tasarruf sağlayan Kendiliğinden Yerleşen Beton içerdiği kimyasal katkıların yüksek maliyeti nedeniyle ilk zamanlarda çok sık kullanım imkanı bulamamıştır. Ancak beton teknolojisi ve kimyasal katkı sektöründeki gelişmelere paralel olarak Kendiliğinden Yerleşen Beton kullanımı tüm dünyada olduğu üzere ülkemizde de gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada Kendiliğinden Yerleşen Betonun maliyetini arttıran en önemli parametrelerden biri olan çimento miktarının kademeli olarak azaltılarak yerine mineral katkı kullanılmasının betonun durabilite özelliklerine olan etkileri incelenmiştir. Bu amaçla, üretilen betonlarda agrega ile kimyasal katkı tipi ve miktarları ve su/bağlayıcı miktarları sabit tutulmuştur. Çimento miktarındaki azalışın etkilerini gözlemlemek amacıyla 500 kg/m3 CEM I 42.5 çimentosu kullanılarak referans beton üretilmiştir. Bu çimento dozajını kütlece % 20, %30 ve % 40 azaltıp yerine aynı oranlarda uçucu kül eklenerekten üç tip karışım,Ayrıca çimento miktarını kütlece %20, %30 ve % 40 oranlarında azaltıp yerine kütlece % 24, % 36 ve % 48 kireçtaşı filler ilave edilerek 3 tip karışım ve son olarak çimento dozajını kütlece %20, %30 ve % 40 oranlarında azaltıp yerine kütlece % 24, % 36 ve % 48 kumtaşı filler eklenmesiyle de 3 tip beton karışımı üretilmiştir.Başka bir deyişle Referans betondan hariç 9 farklı beton karışımı hazırlanmıştır. Uçucu kül ile kumtaşı ve kireçtaşı fillerin farklı oranlarda kullanılması, bu malzemelerin birim hacim ağırlıklarındaki farklılıktan kaynaklanmaktadır. Uçucu Külün birim hacim ağırlığı her iki Filler den daha düşüktür. Bu yüzden, üretilen betonların yerdeğiştirme değerlerinin hacimce dengelenebilmesi için bu yöntem seçilmiştir. Üretilen betonlar kalıplara dökülmeden önce taze faz deneylerinden yayılma, V hunisi,L kutusu ve U kutusu deneylerine tabi tutulmuşlardır.Kalıplara dökülen betonlar 24 saat sonra kalıptan çıkarılarak su havuzuna aktarılmışlardır.28 gün boyunca su kürü uygulanmış daha sonrada 7 gün boyunca laboratuarda hava kürü uygulaması yapılmıştır. 35.günün sonundan itibaren betonlara basınç dayanımı deneyi uygulanarak, basınç dayanımı ve elastisite modülü değerleri bulunmuştur. Üretilen betonların geçirimliliğni belirlemek amacıyla kılcallık, ağırlıkça su emme ve basınçlı su geçirimlilik deneyleri de uygulanmıştır. Ayrıca ağırlıkça % 15 oranında Magnezyum Sülfat kullanılarak sülfat çözeltisi hazırlanmış ve numunelerin 8 ay boyunca her ay periyodik olarak ultrases hızı ve ağırlık değişimi miktarları ölçülmüştür. Böylece sülfat etkisindeki betonun, iç yapısındaki değişimler gözlemlenmiştir. 3 noktalı eğilme deneyi ise hem sülfat çözeltisi uygulanmadan hem de sülfat çözeltisi deneyleri bittikten sonra yapılarak, üretilen betonların sülfat öncesinde ve sonrasında enerji yutma kapasitesi ile enerji dayanımı değerleri karşılaştırmalı olarak bulunmuştur. Taze beton özelliklerinin değerlendirilmesinde, bütün dünya literatüründe üzerinde fikir birliğine varılmış iki önemli hususun olduğu söylenilebilir.Bunlardan ilki özellikle de Kendiliğinden Yerleşen Betonda Sıkışma özelliklerini de etkileyebilecek olan Aşırı Viskozite Problemleri, ikincisi ise beton bileşenlerinin ayrışmasına da sebep olabilecek Aşırı Akıcılık Problemleridir. Bu çalışmada yapılan deneyler sonucunda ayrışma hiç bir numunede görülmemiştir. Ancak, L 36 olarak sınıflandırılan ve çimento dozajının ağırlıkça % 36 azaltılarak yerine Kireçtaşı Filler kullanılmasıyla elde edilen karışımda ayrışma riskine, S 36 olarak sınıflandırılan ve çimento dozajının ağırlıkça % 36 azaltılarak yerine Kumtaşı Filler kullanılmasıyla elde edilen karışımda ise, Aşırı viskozite riskine dikkat edilmelidir. Karışımların elastisite modülü değerleri çok düzensiz değişmiş olsa da kendiliğnden yerleşen betona mineral katkı ilavesinin Elastisite Modülünde çok ciddi değişikliklere sebebiyet vermediği söylenilebilir. Geçirimlilik açısından Uçucu Kül ve Kireçtaşı Filleri, özellikle düşük oranlarda kullanımı iyi sonuçlar verirken, Kumtaşı Filler kullanımı ise geçirimliliği olumsuz olarak etkilemiştir. Diğer taraftan geleneksel betonlar ile karşılaştırıldığında Kendiliğinden Yerleşen Betonun geçirimlilik değerleri iyi seviyelerdedir. Betondaki sülfat etkisini araştırmak için ultrases hızı testlerinden yararlanılmıştır.Yapılan testlerde, çimento miktarı azaltılarak kulanılan mineral malzemelrin betonun ultrases değerlerinde belirgin ve düzenli bir değişikliğe neden olduğu görülmemiştir. Kütle kaybı deneyleri ultrases testlerine göre daha belirgin sonuçlar vermiştir. Mineral katkı ilavesi Kendiliğinden Yerleşen Betonda numunelerinin ağırlıklarında az miktarda olumsuz etkiye neden olmuştur. Uçucu Kül ve Kireçtaşı kullanılan karışımlar birbirine yakın ve Kumtaşı fillere göre daha iyi sonuçlar vermiştir. Sülfat etkisinden önce yapılan testlerde özellikle düşük miktarda mineral katkı kullanımı betonun enerji emme kapasitesini çok etkilememiş yalnız Kumtaşı Filler enerji emme kapasitesinde biraz düşüşe sebep olmuştur. Sülfat saldırısından sonra ise referans beton hariç bütün karışımların enerji Emme kapasitelerinde düşüş görülmüştür. Sülfat saldırısında önceki Eğilme dayanımı Mineral katkı ilavesiyle düşse de, bu düşüş lineer ve düzenli değildir. Sülfat saldırısı da beklenildiği üzere Eğilme Dayanımında bir düşüşe sebep olmuştur.
According to many researches, which had been published so far, it was observed that the placement and compaction problems influence the concrete’s durability properties seriously. At First, the concept of Self Compacting Concrete (SCC) has been developed to solve these problems especially for under-water constructions and some special buildings. Although, SCC provides savings about labor and energy, it was not used so often initially since the cost of chemical admixture, which is utilized for manufacturing a SCC. However, using SCC is spreading also in our country day by day as in all world, due to the innovations of both concrete and chemical technology. In this study it is investigated that, the effects on the durability properties of SCC by reducing the cement amount gradually, which is one of the high cost parameter of concrete, and using mineral admixtures instead. For this purpose, type and amounts of aggregates, chemical admixtures and water/binder ratios are kept constant for all produced mixes. In order to observe the effects of reducing cement amount, a reference concrete produced by using 500 kg CEM I 42,5 Cement per 1 m3 concrete. Three mixes have prepared with % 20, %30 and % 40 Fly Ash replacement by weight respectively. Besides, three mixes with reducing the cement amount % 20, %30 and % 40 by weight and added Lime-Stone filler instead with % 24, % 36 and % 48 by weight. Finally, three mixes produced with reducing the cement dosage % 20, % 30 and % 40 by weight and used Sand-Stone filler instead with % 24, % 36 and % 48 by weight. In the other word, nine different mixes were prepared except for reference concrete. The different replacement amounts, between Fly ash and Fillers, are sourced by the different unit weights of these materials. Fly Ash’s unit weight is less than both Fillers. Therefore, this way was chosen, in order to balance all mixes replacement values by volume. Before the moulding process; Slump-flow test, V funnel test, L box and U box tests were applied on the samples, among from the fresh concrete experiments. 24 hours later from the moulding process all mixes were moved to water pool. Water cure applied along the 28 days and then air cure was applied to all mixes in the laboratory during 7 days. At the end of 35 th day compressive strength test was applied to mixes in order to figure out both compressive strength and modulus of elasticity values. For determining to permeability properties of mixes Capillarity test, Water Absorption test and Permeability tests were applied to all mixes. Furthermore, a Sulfate solution was prepared with using % 15 Magnesium sulfate by weight and during the 8 months the Ultrasonic Pulse Velocity and Mass Loss values of all mixes were measured every month periodically. Thus, the changes on the microstructure of concrete were observed. 3 point bending test was applied to all mixes not only before the sulfate solution process but also after the sulfate solution process. By this way energy absorption capacity and the flexural strength of all mixes were confirmed comparatively both before and after sulfate attack. When the acquired test results are evaluated, Fly ash and Fillers replacement haven’t caused big changes on the placement and compaction properties of SCC. However, it has seen that, both fly ash and fillers replacement influenced compressive strengths of concrete negatively. When all mixes compared each other, especially sand stone filler replacement led to a significant reduction on the compressive strength values. Two points are agreed upon on the world’s literature for evaluating workability properties of concrete. First of all the excessive viscosity problems which can prevent the self compacting abilities of concrete and the second one is high flowing speed problems which can lead to segregation between concrete components. Segregation was not observed at the end of the tests in this study. However, it should be regarded to segregation risk for L 36 which represents Lime Stone Filler replaced Self Compacting Concrete mixes with the % 36 replacement ratio by weight. Furthermore, excessive viscosity risk might be occurred for S 36 which represents Sand Stone Filler replaced Self Compacting Concrete mixes with the % 36 replacement ratio by weight. Even if irregular seesaws, was acquired on the Modulus of Elasticity test results, it is clear that Modulus of Elasticity was not influenced significantly from the replacement. When Fly Ash and Lime Stone filler mixes performed well about permeability especially at the low levels replacement, Sand Stone Filler addition effected to permeability negatively. On the other hand, all permeability values of SCC specimens are still so low when it is compared with conventional concrete. Sulfate impact on the concrete, was investigated by utilized Ultrasonic Pulse Velocity Test. There are no regular and big variations, were observed on the UPV test results with mineral material addition to SCC. However, It is observed on Mass Loss test that the mineral addition rates increasement, lead to slight negative changes on the samples weight. Furthermore, Lime Stone Filler and Fly Ash contained samples had closer results each other, and better than Sand Stone fillers added mixes. Mineral material, have no significant effect on the Energy Absorption capabilities of SCC especially at the low addition amounts, independently from Sulfate attack. Only Sand Stone filler caused some reduction. After sulfate attack, almost all mixes test values went down except for Reference concrete. Even if flexural strength of all SCC concrete decreased with Mineral materials addition independently from Sulfate attack, these reductions were not linear and regular. Sulfate attack also led to reduction on the Flexural Strength of all SCC samples as expected.
Açıklama
Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2011
Anahtar kelimeler
Beton dayanımı, Kendiliğinden yerleşen betonlar, Geçirgenlik, Kireç taşı, Kum taşı, Uçucu Kül, Concrete strength, Self compacting concretes, Permeability, Limestone, Sandstone, Fly Ash
Alıntı