Yüksek dayanımlı beton üretiminde dizayn parametresi olarak lifsel katkıların irdelenmesi

Abstract

Günümüzün başta gelen yapı malzemesi olan beton, yüzyılı aşkın bir süreden beri yapı alanında kullanımı yaygınlaşmış bir malzemedir. Gerek seri biçimde uygulama kolaylığı gerekse sağlamlığı açısından da kendine rakip olan malzemelerin en başında yer almaktadır. Fakat betonun birçok olumlu nitelikleri yanında bazı olumsuz nitelikleri de vardır. Beton bilindiği gibi yüksek basmç dayanımına sahip olmasına karşın, daha düşük bir çekme ve eğilme dayanımına sahiptir. Bu da betonun gevrek bir yapıya sahip damasından ileri gelmektedir. Tüm dünyada bu soruna karşı bir çok çalışmalar yapılmaktadır. Amaç, gevrek yapılı olan betona sünek bir yapı kazandırıp zayıf olan bu özelliklerini iyileştirmektir. Teknolojinin de ilerlemesi ile, betonda çelik tellerin donatı olarak kullanılması yaygm bir hale gelmiştir. Bununla beraber diğer polimer bazlı lifler de yine aynı amaç için kullanılmaya başlanmıştır. Çeşitli uygulama alanlarına sahip olan bu tür betonlar için değişik özelliklere sahip çelik ve polimer lifler üretilmektedir. Bundaki amaç ise, mekanik dayanımları daha iyi olan bir malzeme üretmektir. Önce normal betonlarda ve sonra hafif ve yan hafif betonlarda ve son olarak da püskürtme betonlarda çeşitli amaçlarla çelik tel kullanımı yaygınlaşmıştır. Yapılan araştırmalarda da, bu liflerin betona süneklik kattığı ve zayıf olan mekanik mukavemetlerini arttırdığı görülmüştür. Bu çalışmada, yüksek dayanımlı beton üretimi için kullanılan çelik ve polipropilen liflerin etkileri araştırılmıştır. Çalışma altı bölümden oluşmaktadır. Birinci, ikinci, üçüncü bölümlerde teorik çalışma, dördüncü, beşinci ve altıncı bölümlerde ise deneysel çalışmalar yer almaktadır. Şöyle ki, Birinci Bölümde; Lif kavramı ile ilgili genel bilgiler verilerek tanımlar yapılmış, genel lif kavramından, esas amaç olan betonda kullanıldığında etkili olan çelik ve polipropilen liflere bir başlangıç oluşturulmuştur. İkinci Bölümde; Araştırmanın konusu olan betonun çelik liflerle ilişkileri üzerine, çelik lif kavramından başlayıp, karışım ve kontrol kurallarından, betonun mukavemet özelliklerine etkilerinden, kullanım yerleri ile yarar ve sakıncalarından bahsedilmiştir. Bu bölüm, birincisi, normal betonda çelik lifler, ikincisi püskürtme betonda çelik lifler ve üçüncüsü hafif ve yan hafif betonlarda çelik lifler olmak üzere üç ana başlık altında anlatılmaktadır. Aynca, bu konular üzerinde şimdiye kadar yapılmış bazı deney sonuçlan da yer almaktadır. Üçüncü Bölümde; Polimer lif takviyeli beton kavramından başlayıp, özellikleri, kullanım yerleri ve daha önce bu konuda yapılan bazı araştırmaların sonuçlan da yer almaktadır. Aynca, betona katılan diğer bir lif olan çelik liflerle de karşılaştırmalı olarak bazı açıklamalar yapılmıştır. XIV Dördüncü Bölümde; Çelik ve polipropilen lifli beton üretimi üzerine yapılan deneysel çalışmalar yer almaktadır. Üretilen karışımlarda, ( %52 kaba agrega, % 48 ince agrega ), su-çimento oranı (0,46) ve kimyasal katkı oranı ise (çimento dozajının % 0,1 'i) sabit tutularak sadece katılan lif oranlan değiştirilmiştir. Çelik lifli beton karışımlara sırası ile hacimce % 0,5 - % 0,1 - % 1,5 oranlarında çelik teller ve polipropilen lifli beton karışımlara da sırası ile hacimce % 0,06 - % 0,08 - % 0,09 oranlarında polipropilen lifler katılmıştır. Beşinci Bölümde; Deneylerden elde edilen sonuçlar verilmektedir. Her bir beton grubu için elde edilen taze beton deney sonuçlan topluca verilmiş olup, sertleşmiş beton deney sonuçlan her grup için kendi içinde ayrı ayrı tablo ve grafikler halinde verilmiştir. 100x200 mm'lik silindirik beton numunelerinde, basınç mukavemeti deneyleri ve basınç gerilmesi altında komparatörden okunan deformasyon değerlerine göre e-modülü tayini deneyleri ile 100x100x500 mm'lik prizmatik beton numunelerinde eğilmede çekme mukavemeti deneyleri ve eğilmede çekmede kınlan parçalar üzerinde basınç mukavemet tayini deneyi son olarak ta, çekme gerilmesi altında komparatörden okunan sehim değerlerine göre e-modülü tayini deneyleri yapılmıştır. Altıncı bölümde; Çalışma kapsamınca üretilen tüm beton numuneler üzerinde yapılan mekanik deneylerden elde edilen sonuçlann değerlendirilmesi yapılmaktadır. Yapılan deneyler sonucunda, katılan çelik liflerin betonun basınç mukavemetine çok etkili olmadığı ancak eğilmede çekme mukavemetini ve elastiklik modülünü iki kat artırdığı görülmüştür. Benzer biçimde katılan polipropilen liflerin de betonun eğilmede çekme mukavemetini ve elastiklik modülünü bir miktar artırdığı gözlemlenmiştir.

The concrete, one of the most important materials of the building sector has a common use for more than a hundred years. It's on the top of the list that consists of the materials which have high strength, with its easier and faster application compared to the other materials. Whether it has a lot of advantages but it also has some disadvantages. For example, the concrete is a brittle material and has a high compression strength conversely, it has a lower flexural and tensile strength compared to the other materials. Since today, many researches have been carried out all around the world in order to overcome these problems. The purpose of these researches was to achieve a concrete of ductile form so as to reduce the weaknesses of the material. With the improving technology, adding steel fibers as fittings into the concrete has become a common way. On the other hand, adding some other polyprophylene fibers into the concrete has been experimented. Producing a new material with a higher mechanical strength was the main aim of all these researches. Starting with plain concrete and continuing with light weight, semi-light weight, and finally with the shotcrete, this application has been experimented for many different kinds of purposes. Since geographically 90 % of Turkey is located on the earthquake zone, using fiber reinforced concrete at least in the public buildings is recommended. In this research, effects of steel and polyprophylene fibers on the strength of concrete is investigated. This research consists of six chapters. The first three chapters contain definitions and general information and the other chapters contain experimental work. 1st chapter contains definitions and general information about fibers. Moreover, there is a beginning information about for the fiber types which are added into the concrete to improve its properties. 2nd chapter contains the relationship between steel fibers and concrete. Here was given information about steel fiber reinforced concrete and its mixing rules, application places and advantages with disadvantages. This chapter contains three types of concrete which are reinforced with steel fibers. In addition, some test results related to steel fibers were given. 3rd chapter contains the relationship between polymer fibers and concrete. Here is given information about polyprophylene fiber reinforced concrete and its properties and application conditions. îti addition, some test results related to polymer fibers are given. And there is a comparison with steel and polyprophylene fibers. XVI 4th chapter contains the test programme that consists of properties of the materials which are used in steel and polyprophylene reinforced concrete species. The concrete species are listed in order. In the mixtures, 52 % coarse, 48 % fine aggregates are used and 0,46 of water / cement ratio with 0,1% of admixture dosage are accounted. As the steel fibers' ratio 0,5 %-l %-l,5 % and the polyprophlene fibers' ratio 0,06 %-0,08 %-0,09 % are used. 5th chapter contains test results. Fresh concrete tests' results are given in a common group. Hardened concrete test results are given in different groups. Mechanical strength tests such as compression strength, flexural strength and modulus of elasticity are applied to the hardened concrete. The results are supported with tables, graphics and also photos. 6 th chapter contains an evaluation about the mechanical test results of concrete species. Again, the results are supported with graphics. A comparison between plain mixture and fiber reinforced mixture is presented with given explanations. As a result of these investigations, it has been observed that adding these fibers has improved concrete by means of ductility and mechanical properties. In this research, it has been concluded that adding steel fibers into concrete is not so effective in improving the compression strength, whereas it has a very strong impact in improving the tensile strength and the modulus of elasticity of the material. Similarly, adding polyprophylene fibers into concrete is not so effective on the compression strength but the tensile strength and the modulus of elasticity.