Çelik Lifli Betonlarda Çekme Dayanımı

Betonun çekme dayanımı, betonda çekme etkisi yaratacak kuvvetlerin neden olacağı şekildeğiştirmelere ve kırılmaya karşı betonun gösterebileceği direnç olarak tanımlanır [1]. Çekme gerilmeleri, bir çatlaktan pek çok çatlağın yayılmasına sebep olarak betonda göçmeye neden olur. Çatlak gelişimine karşı betonun direncini ve düktilitesini artırmak için betonun liflerle güçlendirilmesi etkili bir yoldur [29, 68].

Betonun çekme dayanımını artırmak amacıyla yapılan ilk çalışmalar ise 1963 yılında Romualdi ve Mandel tarafından başlatılmıştır. İki araştırmacı betonun çekme bölgesinde birbirine paralel olarak yerleştirilmiş ince teller bulunan kirişler üzerinde deneyler yaparak kirişin eğilme dayanımının arttığını ve kırılma yüküne kadar çatlakların fazla büyümediğini gözlemlemişlerdir. Eğilme deneylerinde, maksimum eğilme yükündeki şekildeğiştirmelerin artan lif miktarı ve boyutunun bir fonksiyonu olarak önemli bir artış gösterdiği belirtilmektedir. Betonun içine liflerin katılmasının ilk çatlak oluşumunda, gerilme ve deformasyonlar üzerinde önemli etkisi vardır. Fakat bu etki maksimum yüklemede elde edilen sonuçlara göre daha azdır [26].

Soroushian ve Lee [68] yaptıkları çalışmada geleneksel betonun çekme mukavemetinin çok düşük olduğunu gerçeğinden yola çıkarak, betonun çekme mukavemetini artırmanın yolarlından birinin de betonun içyapısında bulunan kusurların büyümesini ve çoğalmasını engellemek olduğunu belirtmişlerdir. Bu kusurların ve gerilmeler sonucu oluşacak çatlakların büyümesini ve yayılmasını önlemek için betona homojen bir şekilde çelik lif ilave edilmesinin uygun olacağını belirtmişlerdir.

Çelik lifli betonların çekme dayanımları geleneksel betonlara göre daha yüksektir. Çelik lifli betonların çekme dayanımları lifin şekline, lif miktarına, lifin görünüm oranına, liflerin beton içerisinde dağılma şekline ve lif-matris aderansına göre geleneksel betonlara oranla % 25–100 arasında artış gösterdiği belirtilmektedir [27].

Çekme gerilmesi almadığı kabulüne göre tasarlanan beton elemanlarında özellikle dinamik yüklere maruz kaldığı deprem, türbülanslı su akımı, patlama vb. durumlarda dinamik çekme gerilmeleri ve dolayısıyla çekme gerilmelerinin neden olduğu göçmeye sebebiyet veren çatlaklar oluşmaktadır. Beton elemanlar için tehlike çekme dayanımı oluşturan bu gibi durumlarda çekme gerilmelerine maruz kalabilecek bölgelerde, çekme gerilmesinin daha homojen yayılımını sağlamak, dinamik etkiler altında oluşabilecek mikro ve makro çatlak oluşumuna karşı betonunun dayanımını arttırmak için çelik liflerin

kullanımı oldukça faydalı olduğu yapılan çalışmalarla belirtilmiştir.

Shah yaptığı çalışmada oluşan ilk çatlağın normal betonlardaki gibi gerilme-şekil değiştirme eğrisinin üst bölgelerinde oluştuğunu vurgulamış ve eğrideki azalma bölgesini liflerin şekli, hacmi ve görünüm oranının etkilediğini belirtmiştir (Şekil 17) [69].

Şekil 17. Farklı şekillerde, % 1,73 lif içeren harçların çekmede gerilme - şekil değiştirme eğrileri

Çivici ve Eren [70], çelik lifli betonların direk çekme dayanımının araştırmaya yönelik yaptıkları çalışmada donatısız ve lifli betonun çekme dayanımlarının hem direkt çekme hem de eğilmede çekme altındaki davranışlarını deneysel olarak araştırmıştır. Elde edilen deney sonuçları Tablo 6'da verilmiştir.

Tablo 6. Donatısız ve lifli numunelerden elde edilen çekme dayanımı değerleri, (kgf/cm²)

Deney no Lifsiz Lifli Deney no Lifsiz Lifli

1 20.11 24.23 7 22.56 26.54 2 22.35 27.11 8 21.23 25.23 3 21.15 24.58 9 19.87 23.55 4 19.43 22.34 10 28.45 29.89 5 23.22 27.28 11 23.67 26.78 6 25.67 29.34 12 22.45 27.90

Yapılan bu çalışmanın amaçlarından bir diğeri ise beton içerisine liflerin katılmasıyla çekme dayanımda hangi mertebede artış olacağının araştırılmasıdır. Elde edilen sonuçlara göre, direkt çekme altında lifli numunelerden elde edilen çekme dayanımı değerinin donatısız numunelerinkinden % 20- 25 daha fazla olduğu belirlenmiştir. Çalışmada kullanılan liflerin kesit içinde yönlenmesinin betonun çekme dayanımını etkilediği ayrıca belirtilen bir sonuçtur. Deneyler sonucunda beklenilen kırılma yüzeyleri elde edilmiş olup, yük ile aynı yönde uzanan liflerin herhangi bir şekilde kopmadığı gözlenmiştir. Çelik lif kullanılarak üretilen betonlar çekme deneylerinde, lifler betondan sıyrılıp ayrılıncaya kadar yük taşımaya devam etmişlerdir. Dolayısı ile liflerin çekme dayanımına katkısının beton ile lif arasındaki bu bağ kuvveti kadar olduğu belirtilmiştir. Deneylerde donatısız olarak üretilen çekme numuneleri ise, beklenildiği gibi gevrek bir tarzda kırılmışlardır. Shah vd. yaptıkları diğer bir araştırmada ise düz, uçları kancalı ve uçlarında topuz olan çelik lifleri harç içerisine katıp, bu yeni malzemenin çekme etkisindeki gerilme – şekildeğiştirme eğrilerini elde etmişlerdir. Bu eğrinin ilk çatlak noktasına kadar yükselen kısmı donatısız harçtakine benzer olduğunu görmüşlerdir. Azalan kısmı ise, lif parametrelerine, lif şekli, lif miktarı ve görünüm oranına bağlı olduğu bildirilmektedir. Gerilme-şekildeğiştirme eğrisinin azalan kısım ya da çatlama sonrası kısmının araştırılması Visalvanich ve Naaman tarafından yapılmıştır. Elde ettikleri sonucu bir denklem ile ifade etmişlerdir [70].

Tokyay vd. [22], yaptıkları çalışmada 1 kg/m³polipropilen lif ve % 1.5 oranında düz çelik lif içeren beton karşımı hazırlamışlardır. Hazırlanan bu karışımdan standart silindir numuneler (150mm x 300mm boyutlarında) hazırlayıp numuneler üzerinde basınç ve

dolaylı çekme deneyleri yapılmışlardır. Yapılan testler sonunda polipropilen lif içeren betonların basınç dayanımlarının lifsiz betona oranla % 0.4 – 0.5 civarında azaldığı, çekme dayanımlarının ise % 14 – 15 civarında arttığını gözlemişlerdir. Diğer taraftan çelik lifler, basınç dayanımlarında % 1’lik bir artış ve çekme dayanımında da % 35’lik bir artış göstermişlerdir.

Gao vd. [66], yaptıkları çalışmada lifsiz ve hacimce % 0.6, %1.0, %1.5 ve %2.0 oranlarında numuneler üretmişlerdir. Üretilen bu numunelerde kullandıkları liflerin boyları 20, 25 ve 30 mm liflerin, görünüm oranlarını 46, 58 ve 70’tir. Yapılan çekme deneyleri sonucunda lif hacminin % 0’dan % 2’ye çıkmasıyla yarmada çekme dayanımının 4.95 MPa değerinden 8.8 MPa değerine çıktığını görmüşlerdir. Ayrıca yarmada çekme dayanımındaki artış, lif hacminin artışıyla, lineer özellik gösterdiği sonucuna varmışlardır.