T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
KARMA LİF KULLANILAN YÜKSEK PERFORMANSLI NANO
BETON ÜRETİMİ
ENİS BİLİM
YÜKSEK LİSANS TEZİ
İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
DANIŞMAN
PROF. DR. SERKAN SUBAŞI
T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
KARMA LİF KULLANILAN YÜKSEK PERFORMANSLI NANO
BETON ÜRETİMİ
Enis BİLİM tarafından hazırlanan tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı’nda YÜKSEK
LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Tez Danışmanı
Prof. Dr. Serkan SUBAŞI Düzce Üniversitesi
Jüri Üyeleri
Prof. Dr. Serkan SUBAŞI
Düzce Üniversitesi _____________________ Doç. Dr. Mehmet EMİROĞLU
Düzce Üniversitesi _____________________ Doç. Dr. Salih Taner YILDIRIM
Kocaeli Üniversitesi _____________________
BEYAN
Bu tez çalışmasının kendi çalışmam olduğunu, tezin planlanmasından yazımına kadar bütün aşamalarda etik dışı davranışımın olmadığını, bu tezdeki bütün bilgileri akademik ve etik kurallar içinde elde ettiğimi, bu tez çalışmasıyla elde edilmeyen bütün bilgi ve yorumlara kaynak gösterdiğimi ve bu kaynakları da kaynaklar listesine aldığımı, yine bu tezin çalışılması ve yazımı sırasında patent ve telif haklarını ihlal edici bir davranışımın olmadığını beyan ederim.
23 Temmuz 2019
TEŞEKKÜR
Yüksek lisans öğrenimimde ve bu tezin hazırlanmasında gösterdiği her türlü destek ve yardımdan dolayı çok değerli hocam Prof. Dr. Serkan SUBAŞI’na en içten dileklerimle teşekkür ederim.
Tez çalışmam boyunca değerli katkılarını esirgemeyen, değerli hocalarım Ahmet BEYCİOĞLU ve Mehmet EMİROĞLU’na şükranlarımı sunarım.
Deneysel çalışmalarımda verdikleri destek ve yardımlar için Fibrobeton A.Ş’ nin çalışanlarına, bizimle özel olarak ilgilenen ve her aşamada fikir ve kaynak paylaşımında bulunan sayın Muhammed MARAŞLI’ ya şükranlarımı sunarım.
Çalışmalarım sırasında kader birliği yaptığımız, birbirimizden yardımları eksik etmediğimiz dönem arkadaşım Volkan ÖZDAL’a teşekkür ederim.
Tüm öğrenim hayatım boyunca her koşulda yanımda bulunan ve benden maddi manevi desteklerini esirgemeyen, kendilerinden çok beni düşünen sevgili aileme teşekkürü bir borç bilirim.
Bu tez çalışması, Düzce Üniversitesi- Fibrobeton işbirliği ile hazırlanan 2012/1346 numaralı Santez Projesiyle desteklenmiştir.
İÇİNDEKİLER
Sayfa No
ŞEKİL LİSTESİ ... viii
ÇİZELGE LİSTESİ ... x
KISALTMALAR ... xiii
SİMGELER ... xiv
ÖZET ... xv
ABSTRACT ... xvi
1.
GİRİŞ ... 1
2.
KURUMSAL TEMELLER VE KAYNAK ARAŞTIRMASI ... 3
2.1.BETON ... 3
2.1.1. Normal Dayanımlı Beton: ... 5
2.1.2. Yüksek Dayanımlı Beton ... 5
2.2.AGREGALAR ... 6
2.2.1. Agregalar Hakkında Genel Bilgi ... 6
2.2.2. Granülometri ve Maksimum Tane Boyutu... 7
2.2.3. Bazalt Agregası Genel Özellikleri ... 8
2.2.4. Silis Agregası Genel Özellikleri... 9
2.2.5. Kuvars Agregası Genel Özellikleri ... 9
2.2.6. Farklı Agrega Türlerinin Beton Özelliklerine Etkisi İle İlgili Yapılmış Olan Araştırmalar ... 10
2.3.LİFLER ... 11
2.3.1. Lifler Hakkında Genel Bilgi ... 11
2.3.2. Lif Çeşitleri ve Kullanım Alanları ... 12
2.3.2.1. Doğal Lifler ...13
2.3.2.2. Yapay Lifler ...13
2.3.3. Lif ve Matris Arasındaki Etkileşim ... 15
2.3.4. Lif Özelliklerinin Kompozit Özelliklerine Etkisi ... 15
2.3.4.1. Lif Geometrisi ...16
2.3.4.2. Liflerin Narinliği ...16
2.3.4.3. Liflerin Hacimsel Yüzdesi ...16
2.3.4.4. Liflerin Dağılımı ...17
2.3.5. Liflerin Kullanım Şekilleri ... 17
2.3.5.1. Tek Tip Lif Kullanımı ...17
2.3.5.2. Karma Lif Kullanımı ...18
2.3.5.3. Mikro Ve Makro Lif Kullanım ...19
2.3.6. Lif Takviyeli Betonlar ... 20
2.3.7. Cam Lif Takviyeli Betonların Özelikleri ... 21
2.3.8. Bazalt Lif Takviyeli Betonların Özelikleri ... 22
2.3.10. Karma Lif Takviyeli Betonların Özellikleri ... 23
2.3.11. Lifler Hakkında Kaynak Araştırması ... 25
2.4.NANOTEKNOLOJİKBETONLAR ... 29
2.4.1. Nano Teknoloji ... 29
2.4.2. Nano Teknolojinin Betonda Kullanımı ... 29
2.4.3. Nano TiO2 ve Kullanım Alanları ... 30
3.
MATERYAL VE YÖNTEM ... 32
3.1.MATERYAL ... 32 3.1.1. Agrega ... 32 3.1.2. Çimento ... 35 3.1.3. Titanyumdioksit (TiO2) ... 36 3.1.4. Lifler ... 37 3.1.5. Kimyasal Katkı ... 38 3.1.6. Su ... 39 3.2.YÖNTEM ... 393.2.1. Beton Karışım Oranları ve Deney Numunelerinin Üretimi ... 39
3.2.2. Numune Boyutları ve Sayıları ... 43
3.2.3. Taze Beton Deneyleri ... 44
3.2.3.1. Birim Hacim Ağırlık Deneyi ...44
3.2.3.2. Harç Kıvamının Ölçülmesi(Slamp Deneyi) ...44
3.2.4. Sertleşmiş Beton Deneyleri ... 45
3.2.4.1. Birim Hacim Ağırlık Deneyi ...45
3.2.4.2. Su Emme Oranı Deneyi ...45
3.2.4.3. Basınç Dayanımı Deneyi ...45
3.2.4.4. Eğilme Dayanımı Deneyi ...46
4.
BULGULAR VE TARTIŞMA ... 47
4.1.FARKLIAGREGAVEGRADASYONLUBETONLARAAİTBULGULAR ... 47
4.1.1. Slamp Deneyi Sonuçları ... 47
4.1.2. Birim Hacim Ağırlık Deneyi Sonuçları ... 48
4.1.3. Su Emme Deneyi Sonuçları ... 49
4.1.4. Basınç Dayanımı Deneyi Sonuçları... 49
4.1.5. Eğilme Dayanımı Deneyi Sonuçları ... 54
4.2.NANOKATKILIBETONLARAAİTBULGULAR ... 59
4.2.1. Slamp Deneyi Sonuçları ... 59
4.2.2. Birim Hacim Ağırlık Deneyi Sonuçları ... 61
4.2.3. Su Emme Deneyi Sonuçları ... 62
4.2.4. Basınç Dayanımı Deneyi Sonuçları... 62
4.2.5. Eğilme Dayanımı Deneyi Sonuçları ... 66
4.3.LİFTAKVİYELİ NANOBETONLARAAİTBULGULAR ... 69
4.3.1. Slamp Deneyi Sonuçları ... 69
4.3.2. Birim Hacim Ağırlık Deneyi Sonuçları ... 70
4.3.3. Su Emme Deneyi Sonuçları ... 71
4.3.4. Basınç Dayanımı Deneyi Sonuçları... 72
4.3.5. Eğilme Dayanımı Deneyi Sonuçları ... 91
5.
SONUÇLAR VE ÖNERİLER ... 110
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 2.1. Lifli betona ait gerilme ve şekil değiştirme diyagramı. ... 12
Şekil 2.2. Karma lifli kompozitlerin sünek bir davranışta çatlama davranışı. ... 19
Şekil 2.3. Normal ve lif takviyeli betonun kırılma davranışı. ... 20
Şekil 2.4. Betonlara ait çekme kuvveti ve uzama arasındaki ilişkisi. ... 20
Şekil 3.1. Kullanılan agregalar a) silis agregası b) bazalt agregası c) kuvars agregası . 33 Şekil 3.2. Kullanılan agregaların tane boyut analizleri. ... 35
Şekil 3.3. Çimentoya ait tarama elektron mikroskobu (SEM) görüntüsü. ... 36
Şekil 3.4. TiO2‘e ait tarama elektron mikroskobu (SEM) görüntüsü. ... 36
Şekil 3.5. TiO2 ve çimentoya ait tane büyüklük dağılımı. ... 37
Şekil 3.6. Kullanılan lifler; a) cam lifi b) bazalt lifi c) PVA lifi ... 38
Şekil 3.7. Agregaların elek analizi grafiği. ... 40
Şekil 3.8. Numune boyutları ve şekilleri. ... 43
Şekil 3.9. Slamp yayılma alet seti. ... 44
Şekil 3.10. Basınç dayanımı test cihazı. ... 46
Şekil 3.11. Eğilme dayanımı test cihazı. ... 46
Şekil 4.1. Farklı agrega ve gradasyonlu harçlara ait slamp sonuçları. ... 47
Şekil 4.2. Farklı agrega ve gradasyonlu harçlara ait birim hacim ağırlıklar. ... 48
Şekil 4.3. Farklı agrega ve gradasyonlu harçlara ait su emme oranı sonuçları. ... 49
Şekil 4.4. Farklı agregaya (silis, bazalt ve kuvars) ve gradasyonlu betonların basınç dayanımı değerleri. ... 51
Şekil 4.5. Farklı agregaya (silis, bazalt ve kuvars) ve gradasyonlu betonların eğilme dayanımı değerleri. ... 56
Şekil 4.6. Yalın nano katkılı taze betonlara ait slamp grafiği. ... 60
Şekil 4.7. Yalın nano katkılı taze betonlara ait birim hacim ağırlıkları. ... 61
Şekil 4.8. Yalın nano katkılı taze betonlara ait su emme oranı sonuçları. ... 62
Şekil 4.9. Farklı agrega türlerine ait F0,5 gradasyonlu TiO2 ilaveli betonların basınç dayanımı değerleri. ... 64
Şekil 4.10. Farklı agrega türlerine ait F0,5 gradasyonlu TiO2 ilaveli betonların basınç dayanımı değerleri. ... 67
Şekil 4.11. Silis agregasına ait gradasyonlu F0,5 gradasyonlu TiO2 ilaveli betonların basınç dayanımı değerleri. ... 69
Şekil 4.12. Lifli betonların birim hacim ağırlıkları. ... 70
Şekil 4.13. Lifli betonların su emme sonuçları. ... 71
Şekil 4.14. Cam lifi takviyeli betonların basınç dayanımı değerleri. ... 73
Şekil 4.15. Bazalt lifi takviyeli betonların basınç dayanımı değerleri. ... 76
Şekil 4.16. PVA lifi takviyeli betonların basınç dayanımı değerleri. ... 79
Şekil 4.17. Cam+ Bazalt lifi takviyeli betonların basınç dayanımı değerleri. ... 82
Şekil 4.18. Cam+PVA lifi takviyeli betonların basınç dayanımı değerleri. ... 85
Şekil 4.19. Bazalt+PVA lifi takviyeli betonların basınç dayanımı değerleri... 88
Şekil 4.20. Cam lifi takviyeli betonların eğilme dayanımı değerleri. ... 92
Şekil 4.21. Bazalt lifi takviyeli betonların eğilme dayanımı değerleri. ... 95
Şekil 4.23. Cam+ Bazalt lifi takviyeli betonların eğilme dayanımı değerleri. ... 101 Şekil 4.24. Cam+PVA lif takviyeli betonların eğilme dayanımı değerleri. ... 104 Şekil 4.25. Bazalt+PVA lifi takviyeli betonların eğilme dayanımı değerleri. ... 107
ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa No
Çizelge 2.1. Farklı lif çeşitlerine ait özellikler. ... 13
Çizelge 2.2. Polimer liflere ait fiziksel özellikler. ... 14
Çizelge 3.1. Kullanılan agregaların kimyasal özelikleri. ... 32
Çizelge 3.2. Agrega sıkışık ve gevşek birim ağırlıkları. ... 33
Çizelge 3.3. Agrega kuru özgül ağırlığı ve suya doygun özgül ağırlığı. ... 34
Çizelge 3.4. Agrega etün kurusu ağırlığı ve su emme oranı. ... 34
Çizelge 3.5. Çimentoya ait kimyasal, mekanik ve fiziksel özellikleri. ... 35
Çizelge 3.6. Kullanılan liflere ait teknik özellikleri. ... 38
Çizelge 3.7. Hiper akışkanlaştırıcı teknik özellikleri. ... 39
Çizelge 3.8. Düzce ili şebeke suyunun kimyasal analizi. ... 39
Çizelge 3.9. Numune kodlarına ilişkin tablo. ... 41
Çizelge 3.10. Yalın ve nano katkılı harç numunelerinin karışım tablosu. ... 42
Çizelge 3.11. Tekli lifli ve karma lifli harç numunelerinin karışım tablosu. ... 42
Çizelge 4.1. Farklı agrega ve gradasyonlu betonların basınç dayanımı değerlerine ait açıklayıcı istatistikler. ... 50
Çizelge 4.2. Farklı agrega ve gradasyonlu betonların basınç dayanımı değerlerine ait varyans analiz sonuçları. ... 52
Çizelge 4.3. Farklı agrega ve gradasyonlu betonların basınç dayanımı değerlerine ait duncan testi sonuçları. ... 53
Çizelge 4.4. Farklı agrega ve gradasyonlu betonların eğilme dayanımı değerlerine ait açıklayıcı istatistikler. ... 55
Çizelge 4.5. Farklı agrega ve gradasyonlu betonların eğilme dayanımı değerlerine ait varyans analiz sonuçları. ... 57
Çizelge 4.6. Farklı agrega ve gradasyonlu betonların eğilme dayanımı değerlerine ait duncan testi sonuçları. ... 58
Çizelge 4.7. Farklı agrega türlerine ait F0,5 gradasyonlu TiO2 ilaveli betonların basınç dayanımı değerlerine ait açıklayıcı istatistikler... 63
Çizelge 4.8. Farklı agrega türlerine ait F0,5 gradasyonlu TiO2 ilaveli betonların basınç dayanımı değerlerine ait varyans analiz sonuçları. ... 65
Çizelge 4.9. Farklı agrega türlerine ait F0,5 gradasyonlu TiO2 ilaveli betonların eğilme dayanımı değerlerine ait açıklayıcı istatistikler. ... 66
Çizelge 4.10. Farklı agrega türlerine ait F0,5 gradasyonlu TiO2 ilaveli betonların eğilme dayanımı değerlerine ait varyans analiz sonuçları. ... 68
Çizelge 4.11. Cam lifi takviye edilmiş betonların basınç dayanımı değerlerine ait açıklayıcı istatistikler. ... 72
Çizelge 4.12. Cam Lifi takviyeli beton numunelerine ait varyans analizi sonuçları. ... 74
Çizelge 4.13. Cam Lifi takviyeli betonların basınç dayanımı verileri üzerinde gerçekleştirilen duncan çoklu karşılaştırma testi sonuçları. ... 74
Çizelge 4.14. Bazalt lifi takviye edilmiş betonların basınç dayanımı değerlerine ait açıklayıcı istatistikler. ... 75
Çizelge 4.15. Bazalt lifi takviyeli beton numunelerine ait varyans analizi
sonuçları. ... 77 Çizelge 4.16. Bazalt lifi takviyeli betonların basınç dayanımı verileri üzerinde
gerçekleştirilen duncan çoklu karşılaştırma testi sonuçları. ... 77 Çizelge 4.17. PVA lifi takviye edilmiş betonların basınç dayanımı değerlerine ait
açıklayıcı istatistikler. ... 78 Çizelge 4.18. PVA lifi takviyeli beton numunelerine ait varyans analizi sonuçları. 80 Çizelge 4.19. PVA lifi takviyeli betonların basınç dayanımı verileri üzerinde
gerçekleştirilen duncan çoklu karşılaştırma testi sonuçları. ... 80 Çizelge 4.20. Cam+Bazalt lifi takviye edilmiş betonların basınç dayanımı değerlerine
ait açıklayıcı istatistikler. ... 82 Çizelge 4.21. Cam+Bazalt lifi takviyeli beton numunelerine ait varyans analizi
sonuçları. ... 83 Çizelge 4.22. Cam+Bazalt lifi takviyeli betonların basınç dayanımı verileri üzerinde gerçekleştirilen duncan çoklu karşılaştırma testi sonuçları. ... 84 Çizelge 4.23. Cam+PVA lifi takviye edilmiş betonların basınç dayanımı değerlerine ait açıklayıcı istatistikler. ... 85 Çizelge 4.24. Cam+PVA lifi takviyeli beton numunelerine ait varyans analizi
sonuçları. ... 86 Çizelge 4.25. Cam+PVA lifi takviyeli betonların basınç dayanımı verileri üzerinde
gerçekleştirilen duncan çoklu karşılaştırma testi sonuçları. ... 87 Çizelge 4.26. Bazalt+PVA lifi takviye edilmiş betonların basınç dayanımı
değerlerine ait açıklayıcı istatistikler. ... 88 Çizelge 4.27. Bazalt+PVA lifi takviyeli beton numunelerine ait varyans analizi
sonuçları. ... 89 Çizelge 4.28. Bazalt+PVA lifi takviyeli betonların basınç dayanımı verileri üzerinde
gerçekleştirilen duncan çoklu karşılaştırma testi sonuçları. ... 90 Çizelge 4.29. Cam lifi takviye edilmiş betonların eğilme dayanımı değerlerine ait
açıklayıcı istatistikler. ... 91 Çizelge 4.30. Cam lifi takviyeli beton numunelerine ait varyans analizi sonuçları. 93 Çizelge 4.31. Cam lifi takviyeli betonların eğilme dayanımı verileri üzerinde
gerçekleştirilen duncan çoklu karşılaştırma testi sonuçları. ... 93 Çizelge 4.32. Bazalt lifi takviye edilmiş betonların eğilme dayanımı değerlerine ait
açıklayıcı istatistikler. ... 94 Çizelge 4.33. Bazalt lifi takviyeli beton numunelerine ait varyans analizi
sonuçları. ... 96 Çizelge 4.34. Bazalt lifi takviyeli betonların eğilme dayanımı verileri üzerinde
gerçekleştirilen duncan çoklu karşılaştırma testi sonuçları. ... 96 Çizelge 4.35. PVA lifi takviye edilmiş betonların eğilme dayanımı değerlerine ait
açıklayıcı istatistikler. ... 97 Çizelge 4.36. PVA lifi takviyeli beton numunelerine ait varyans analizi sonuçları. 99 Çizelge 4.37. PVA lifi takviyeli betonların eğilme dayanımı verileri üzerinde
gerçekleştirilen duncan çoklu karşılaştırma testi sonuçları. ... 99 Çizelge 4.38. Cam+Bazalt lifi takviye edilmiş betonların eğilme dayanımı
değerlerine ait açıklayıcı istatistikler. ... 101 Çizelge 4.39. Cam+Bazalt lifi takviyeli beton numunelerine ait varyans analizi
sonuçları. ... 102 Çizelge 4.40. Cam+Bazalt Lifi takviyeli betonların eğilme dayanımı verileri
Çizelge 4.41. Cam+PVA lifi takviye edilmiş betonların eğilme dayanımı
değerlerine ait açıklayıcı istatistikler. ... 104 Çizelge 4.42. Cam+PVA Lifi takviyeli beton numunelerine ait varyans analizi
sonuçları. ... 105 Çizelge 4.43. Cam+PVA Lifi takviyeli betonların eğilme dayanımı verileri üzerinde gerçekleştirilen duncan çoklu karşılaştırma testi sonuçları. ... 106 Çizelge 4.44. Bazalt+PVA lifi takviye edilmiş betonların eğilme dayanımı
değerlerine ait açıklayıcı istatistikler. ... 107 Çizelge 4.45. Bazalt+PVA lifi takviyeli beton numunelerine ait varyans analizi
sonuçları. ... 108 Çizelge 4.46. Bazalt+PVA lifi takviyeli betonların eğilme dayanımı verileri
KISALTMALAR
BFRC Bazalt lif takviyeli beton
BPÇ Beyaz portland çimentosu
CTB Cam lif takviyeli beton
ÇLTB Çelik lif takviyeli beton
ÇYPB Çok yüksek performanslı beton
GFRC Cam lif takviyeli beton
HAK Hiper akışkanlaştırıcı katkı
MLTB Metalik lif takviyeli beton
NB Normal beton
UYPB Ultra yüksek performanslı beton
PVA Polivinil Alkol
S/ç Su/çimento oranı
SEM Taramalı elektron mikroskobu
TS Türk Standartları
TS EN Türk Standartları Enstitüsü
SİMGELER
GPa Gigapascal kN Kilo Newton MPa Megapascal ℃ Santigrat Derece mm Milimetre mm2 Milimetre kare cm Santimetre cm2 Santimetre kareΔ Birim hacim ağırlık
μm Mikrometre g Gram ± Artı-Eksi = Eşittir ≤ Küçük eşit % Yüzde
ÖZET
KARMA LİF KULLANILAN YÜKSEK PERFORMANSLI NANO BETON ÜRETİMİ
Enis BİLİM Düzce Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi
Danışman: Prof. Dr. Serkan SUBAŞI Temmuz 2019, 118 sayfa
Yüksek performanslı beton üretimine dünyada birçok ülke özel bir önem vermektedirler. Bu anlamda son yıllarda beton teknolojisindeki gelişmeler ile yüksek dayanımlı ve lif takviyeli betonlar yeni bir kompozit yapı malzemesi olarak ortaya çıkmış ve çeşitli uygulamalarda kullanımları yaygınlaşmıştır. Ayrıca; beton teknolojisi alanında diğer bilim ve mühendislik dallarında olduğu gibi nano teknolojideki gelişmeleri de yakından takip edilmekte ve olası yeni uygulama alanları ortaya çıkmaktadır. Yüksek dayanım elde etmek için nano partiküllerin yapı malzemelerinde kullanımı her geçen gün daha da ilgi çekmektedir. Bu çalışmanın amacı; karma lif kullanılan yüksek performanslı nano beton üretimidir. Bu amaçla üretilen beton örneklerinde silis, bazalt ve kuvars olmak üzere 3 farklı agrega nano filler malzeme olarak TiO2, takviye malzemeler olarak ise kırpılmış
cam, bazalt ve PVA lifler kullanılmıştır. Çalışma kapsamında ilk etapta lifli karışımlarda kullanılacak agrega türü ve tane dağılımı belirlemek amacı ile silis, bazalt ve kuvars agregaları ile 4 farklı tane dağılımı (AFS 30-35, F-0,5, F-0,8, F-1) ve %1 oranında TiO2
katkılı betonlar üretilerek yüksek dayanım veren beton karışımı elde edilmiştir. En yüksek dayanımı veren agrega türü ve tane dağılımına sahip olan beton karışımına cam, bazalt ve PVA fiberler tek tek ve karma olarak %1, %2 ve %3 oranında katılarak lifli yüksek performanslı nano beton örnekleri üretilmiştir. Üretilen beton örnekleri üzerinde slamp, birim hacim ağırlık, su emme, basınç dayanımı ve eğilme dayanımı deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak; liflerin beton basınç dayanımı üzerine önemli bir katkısı olmadığı, ancak eğilme dayanımlarını arttırdığı, karma lif kullanımı ile farklı özelliklere sahip betonların üretilebileceği ancak mekanik özelliklerde tekli lif kullanımına göre dayanım değerlerinde önemli farklılıkların olmadığı, nano materyal olarak TiO2 kullanımı ile mekanik özelliklerde yaklaşık %5 lik bir iyileşmenin sağlandığı
görülmüştür.
ABSTRACT
HİGH PERFORMANCE NANO CONCRETE PRODUCTİON USİNG MİXED FİBER
Enis BİLİM Düzce University
Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Civil Engineering Master’s Thesis
Supervisor: Assist. Prof. Dr. Serkan SUBAŞI July 2019, 118 pages
Many countries give special importance to high performance concrete production in the world. In this sense, with the advances in concrete technology in recent years, high strength and fiber reinforced concretes have emerged as a new composite construction material and their usage has become widespread in various applications.
Also; the developments in nanotechnology are closely monitored in concrete technology like as in other science and engineering disciplines technology. Consequently, possible new applications are emerging in concrete technology. The use of nanoparticles in building materials to obtain high strength is being interested day by day.
The aim of this study is the production of high-performance nano concrete by using mixed fiber. For this purpose, silica, basalt, and quartz were used as aggregates, TiO2 was used
as nano filler material and also chopped glass, basalt and PVA fibers were used as reinforcement materials in the production of concrete samples.
In the scope of the study, in order to determine aggregate type and grain distribution to be used in fibrous mixtures, silica, basalt and quartz aggregates with 4 different grain distributions (AFS 30-35, F-0,5, F-0,8, F-1) were determined. Then, %1 TiO2 added
concretes were produced and high strength concrete mixture was obtained.
After determinin the concrete mixture which has the highest strength, high performance nano concrete samples were produced by adding the ratios of %1, %2 and %3 of glass, basalt and PVA fibers individually or mixed. Slamp, unit weight, water absorption, compressive strength and flexural strength tests were performed on the produced concrete samples. As a result; it has been observed that fibers do not have a significant contribution on the compressive strength of concrete but they increase the bending strength. Also, it is seen that the concrete with different properties can be produced by using mixed fiber, but there are no significant differences in strength values compared to single fiber use in mechanical properties. Another significant result is that by using TiO2 as nano material,
an improvement of approximately %5 in mechanical properties is achieved.
1. GİRİŞ
Beton yüzyıllardır kullanımı sürmekte olan ve her gecen gün kullanım alanları genişlemekte olan tüm dünyada en çok tercih edilen bir yapı malzemesidir. Kullanımının ve kullanım alanlarının artması ile birlikte betonda farklı performans özellikleri ihtiyaçı doğmuştur. Bu ihtiyaçlar ancak özel betonlar ile sağlanmaktadır. Lifli beton ise özel beton arayışlarının sonucu ortaya çıkmış olup beton ve çimentolu malzemelerde çeşitli özelliklerde liflerin kullanımı esasına dayanmaktadır (Arazsu, 2012).
Betonda, yüksek basınç dayanımı çok önemli bir avantajtır. Fakat, bu yüksek dayanım artışı ile gevrekleşen betonunun sünekliğinde önemli bir azalma meydana getirmektedir. Yüksek dayanımlı beton üretimindede betonda oluşan gevrekliği azaltmak için lifler ile birlikte kullanılması tercih edilir. Betonda liflerin tercih edilmesi ile birlikte lifli çimento esaslı kompozit, lifli beton, lifli harç, yüksek performanslı lifli çimento esaslı kompozit gibi yeni malzemeler geliştirilmiştir.
Farklı türlerde ve kendi yapısal özelliklerini taşıyan lifler ile beton matrisinin birleşiminden oluşan lif takviyeli betona karma lif takviyeli beton denilmektedir. Karma lifli betonlarda liflerin etkin bir şekilde çalışabilmesini sağlayabilmek için beton fazının da iyi optimize edilmiş, yoğun bir mikro yapıda olması gerekir. Böyle bir karışımı oluşturabilmek için işlenebilirliğin de gerekli seviyede olması sağlanır. Bu şekilde tasarlanmış karışımlar ile yüksek/ultra yüksek performanslı betonlar elde edilebilir ve böylece imalat ile servis ömrü boyunca üstün nitelikler gerektiren yapı ve yapı elamanlarında kullanılabilir.
Yüksek performanslı beton üretimine dünyada birçok ülke özel bir önem vermektedirler. Günümüzde beton teknolojisi alanındaki gelişmeler ile yüksek dayanımlı ve lif takviyeli betonlar yeni bir kompozit yapı malzemesi olarak ortaya çıkmış ve çeşitli uygulamalarda kullanımları yaygınlaşmıştır.
Lif takviyeli betonlar yapı alanında önemli bir kullanım alanı bulmuş olup; stratejik öneme sahip yapıların kullanım ömrünün artırılmasında ve dayanıklı yapı elemanı oluşturmakta kullanılmaktadır. Nükleer enerji santrallerinin güvenliğinde, tüneller, su
yapıları, hava alanları, askeri yapılar, beton borular ve ön dökümlü beton yapı elemarının üretiminde kullanılmaktadır (Akçay, 2018).
Dünyada yapı malzemesi alanında, özellikle de nano teknolojinin farklı uygulamalarıyla ilgili çok sayıda araştırma yapılmakta ve kullanım alanları hızla artmaktadır. Türkiye'de ise aktif biçimde nano teknolojiden yararlanan kuruluşların sayısı bir hayli azdır. Nano teknoloji ile ilgili kuruluşlar genellikle; enerji, savunma, havacılık, otomotiv, kimya, tekstil ve inşaat sanayi ile ilgili çalışmalara entegre ederek bu alanlarda nano teknolojiyi kullanmaya çalışmaktadır. Nano teknolojinin yapı malzemelerine özellikle de çimento esaslı malzemelere adaptasyonuyla beton biliminin daha da ileri gideceği aşikârdır. Yüksek dayanım elde etmek için nano partiküllerin yapı malzemelerinde kullanımı her geçen gün artmakta ve endüstrinin daha da ilgi çekmektedir.
Yüksek dayanım; karışım içerisindeki homojenliğin artması, boşluk oranın ve mikro çatlakların azaltılması ile mümkündür. Bu da çeşitli kimyasallar ile beraber dolgu amacı ile kullanılan nano boyutlu malzemelerin betona eklenmesi ile sağlanabilir.
2. KURUMSAL TEMELLER VE KAYNAK ARAŞTIRMASI
2.1. BETONÇimento, su, agrega ile kimyasal ve minarel katkı maddelerinin homojen olarak karıştırılması ile oluşan, başlangıçta plastik kıvamda olup zaman ile sertleşerek dayanım kazanan yapı malzemesidir.
Betonun plastik haldeki anına yani, su ve çimento kendi arasında kimyasal reaksiyona girip zaman ile katılaşmanın başladığı ana kadar olan safhaya taze beton, katılaşmanın son bulduğu andan itibaren olan duruma ise sertleşmiş beton olarak tarif edilmektedir. Betonun taze ve sertleşmiş durumların sağlaması gereken çeşitli koşullar mevcuttur.
Bunlar;
Taze beton için;
İşlenebilme (Betonun karıştırılabilir, taşınabilir, yerleştirilebilir, sıkıştırılabilir ve üzeri düzeltilebilir olması ile bu işlemler sırasında iri agregalar ile çimento harcı arasında ayrışma olmaması durumlarının tümüne işlenebilme adı verilmektedir.) Homojenlik (Taze beton içerisinde hapsolmuş suyun dışarı çıkma eğilimi olarak tanımlanan terleme olabildiğince az olmalı ve beton homojen yapısını korumalıdır.)
Priz süresinin fazla uzun ya da kısa olmaması Sertleşmişbeton için;
7, 28 ya da 90 günlük gibi herhangi bir yaş için hedeflenmiş olan minimum beton karakteristik dayanımından daha az bir dayanım göstermemesi
Geçirimsizlik (Çevredeki su ya da diğer sıvıların betonun yapısında bozulmalara neden olacak etki yaratmaması için beton içeriğinin yeterince geçirimsiz olması gereklidir.)
Dayanıklılık (Donma-çözülme, ıslanma-kuruma, ısınma-soğuma, aşınma, asitler, sülfatlar ve alkali reaksiyon gibi kimyasal reaksiyonlara karşı beton durabilite adı verilen dayanıklılığa sahip olmalıdır.)
Hacim sabitliğine sahip olması (Betonda çatlamalara yol açacak boyutta rötre ve genleşme oluşmamalıdır.) olarak sıralanabilir (Erdoğan, 2003).
Betonun taze halde iken; ayrışma yapmadan ve boşluğu en az olacak şekikde sıkıştırılarak yerleştirilmesi ve sertleştikten sonra da servis ömrü boyunca maruz kalabileceği fiziksek ve kimyasal etkilere karşı yeterli dayanıma sahip olması istenilir (Şimşek, 2012).
Sertleşmiş beton, taze beton safhasından sonraki durum olduğundan dolayı taze betondaki etkiler sertleşmiş betonda görünmekte ve beton performansını ciddi şekilde etkilemektedir. Taze ve sertleşmiş betonun tüm özellikleri, karışımda kullanılan çimentonun, agreganın, suyun ve katkı maddelerin özellikleri ve karışımda kullanıldıkları oranlar ile doğrudan etkilidir (Erdoğan, 2003).
Beton çeşitleri birim ağırlıklarına ve basınç dayanımlarına göre sınıflandırılabilir (Doğan, 2015).
Birim ağırlıklarına göre betonlar;
1. Hafif Beton: Birim hacim ağırlığı (yoğunluğu) 0.7- 2.0 kg/dm³ arasında olan betonlara ‘‘hafif beton’’ denir. Bu betonlar ısı, ses ve hafiflik özelliklerinin olması istendiği yapı elemanlarında ve endüstride oluşan atık maddelerin değerlendirilmesinin istendiği durumlarda kullanılan betonlardır.
2. Normal Beton: Normal doğal taneli agrega ile üretilen ve birim ağırlığı 1.8 - 2.8 kg/dm³ arasında değişen betonlardır. Bu betonlar en sık kullanılan beton çeşididir. Ayrıcalık istenmeyen yapı elemanlarında kullanılırlar. Maliyetinin ucuz olması, kolay işlenebilme, hızlı tedarik ve dayanımlarının yüksek olmasından dolayı fazla kullanılmaktadır. Bu elemanların birim ağırlıkları yüksek olduklarından dolayı kendi öz ağırlıklarını taşıyabilmeleri için yüksek enerjiye ihtiyaç duyarlar.
3. Ağır Beton: Ağır betonlar zararlı ışınlara karşı özel bir perde oluşturmak amacıyla kullanılan, birim ağırlıkları 2.8-5.0 kg/dm³ arasında olan betonlardır. Kullanım yerleri arasında stratejik öneme sahip yapılar nükleer reaktörler yani atom santralleri, hastanelerin ışın tedavisi yapılan bölümleri gösterilebilir. Ağır betonları oluşturan temel yapı agregaların ağırlığından gelmektedir. Yoğunlukları 3.2 kg/dm³’ün üstündedir. Bu agergalar barit, magneti, limonit vb. demirli ağır minerallerdir.
Basınç dayanımlarına göre betonlar;
2.1.1. Normal Dayanımlı Beton:
Basınç dayanımı 40 MPa kadar olan betonlar normal dayanımlı beton olarak adlandırılırlar. Bu betonların maliyetinin düşük olması istendiğinden karışımında doğada kolay bulunan agregalar, uygun miktarda çimento miktarı ve su/çimento oranı ile kullanılmaktadır.
Gelişmekte olan beton teknolojisine rağmen en çok tercih edilen beton türüdür. Normal betonlar konut, iş merkezi, endüstri kuruluş, yol ve sanat yapıları gibi birçok alanda kullanılmaktadır.
2.1.2. Yüksek Dayanımlı Beton
Beton diğer yapısal malzemelere kıyasla çok yönlülük, kullanılabilirlik ve ekonomi gibi birçok üstün avantaja sahip olan ve bu özellikleri sayesinde ülkemizde ve tüm dünyada yaygın olarak kullanılan kompozit bir yapı malzemesidir.
Geçmişin ve günümüzün en önemli yapı malzemelerinden biri konumunda bulunan betonun gelecekte de yaygın kullanımının devam etmesi beklenmektedir. Bununla birlikte, nüfus artışı, yaşam standartlarının yükselmesi, yapı teknolojisindeki ve kentsel dönüşüm projelerindeki ilerlemelerden dolayı geleneksel beton bazı durumlarda istenilen dayanım ve durabilite özelliklerini gösterememektedir. Artan talebin karşılanması ve istenilen beton özelliklerinin elde edilebilmesi için yapı sektöründeki araştırmacılar farklı beton türlerini tasarlamaya yönelmişlerdir (Binici, Durgun, Rızaoğlu & Koluçolak 2012, Hyeok-Jung, Sang-Mın, Subbıah & Seung-Jun 2017, Mıcgınnıs, Davıs, De La Rose, Weldom & Kurama 2017, Ulusu, Aruntas & Gençel 2016).
Yüksek Performanslı Beton (YPB), bu farklı beton türlerinin en önemlilerinden birisi olarak dikkat çekmektedir (Öz & Güneş, 2018).
Beton teknolojisinde; dayanım, dayanıklılık ile beraber gelişerek yüksek performans deyimini ortaya çıkarmıştır. Beton basınç dayanımına göre 40 MPa'ya kadar normal beton (NB), 40 ila 80 MPa arası yüksek performanslı beton (YPB), 80 ila 150 MPa arası çok yüksek performanslı beton (ÇYPB) ve 150 MPa üzerine ultra yüksek performanslı beton (UYPB) isimlendirmeleri kullanılmaktadır (Soliman, 2011).
YPB istenilen dayanım koşulunu sağlamasının yanı sıra beklenen dayanıklılık koşulunu da sağlayan geleneksel betona kıyasla üstün özellikleri olan yüksek dayanımlı betonun
özel bir türüdür. İçeriğinde bulunan kimyasal ve mineral katkılardan dolayı YPB’nin tasarımı ve üretimi, geleneksel betonun tasarımı ve üretiminden daha karmaşıktır. YPB’nin genel tasarım kriterlerine bakıldığında su/bağlayıcı oranının 0,35’den daha düşük olması istenir (Taşdemir, Bayramov & Yerlikaya, 2003). Bu nedenle YPB yüksek oranda çimento veya bağlayıcı malzeme içermektedir.
Son yıllarda beton teknoljisindeki gelişmeler ile birlikte yüksek dayanımlı betonunda (YDB) kullanımı gittikçe yaygınlaşmaktadır. Bunun nedeni, dikey mimarinin artması ile birlikte daha yüksek katlı yapıların inşa edilmesi ihtiyacı doğması ve köprülerin daha uzun açıklıklı inşa edilmesi sebebiyle uzun açıklıkların YDB ile geçilmesidir. Yüksek dayanımlı betonların performansı normal dayanımlı betonlara göre daha fazladır. Ayrıca, yüksek dayanım sonuçları elde edildiğinden kullanım alanlarında daha az yapısal elemanın kullanılması mümkündür. Yüksek dayanımlı betonlar ile dayanımın yanında, yapı servis ömrünün ve çevresel faktörlere karşı direncinde artması da söz konusudur.
2.2. AGREGALAR
2.2.1. Agregalar Hakkında Genel Bilgi
Beton üretiminde kullanılan kum, çakıl, kırmataş gibi malzemelerin genel adı agregadır. Doğal kaynakları giderek tükenen ve temiz, kaliteli, standartlara uygun örneklerinin bulunması hergün güçleşen bir malzeme olarak görülen agregalar, betonu oluşturan malzemeler içerisinde %75 ile en büyük orana sahiptir ve hazır beton sektöründeki stratejik önemini her geçen gün artırmaktadır.
Beton üretiminde agrega tercih edilmesinin tek nedeni daha ekonomik beton üretmek değildir. Agrega yapısı bakımından betonun teknik özelliklerine de önemli katkılarda bulunmaktadır (Erdoğan, 2003).
Beton üretiminde kullanılan agreganın dayanıklılığı, su geçirgenliği, gözenekliliği, mineral yapısı, tane şekli, tanelerin yüzey yapısı, en büyük tane boyutu, gradasyonu, beton özelliklerini etkilemektedir. Kaliteli ve beklentileri karşılayacak nitelikte bir beton üretmek için agregaların temel özelliklerini iyi bilmek gerekmektedir. Genel olarak özgür ağırlığı fazla yani ağırlığı fazla olan agregaların dayanım ve beton içerisindeki dayanıklılığı yüksektir. Bu durumda, agrega dayanımını çimento dayanımından az olduğu durumlarda, betonun mekanik dayanımı çimento dayanımına ulaşılamadan agreganın
kırılması ile tükenecektir. Agreganın çimento dayanımından daha düşük olduğu durumlarda çimento miktarının artırılması beton dayanıklılığını değiştirmeyecektir (Taş, 2004).
Kaliteli bir beton üretimi için agregalarda bulunması gerekli koşullar şu şekilde sıralanabilir,
1. Agregalar, sağlam olmalı, aşınmamalı, suya karşı dayanıklı olmalıdır. 2. Agregalar, çimento bileşenleriyle uyumlu olmalıdırlar.
3. Agrega tanelerinin biçimi ve dokusu iyi olmalıdır.
4. Agrega tanelerinin büyüklük bakımından dağılımı, amaca ve standartlara uygun olmalıdır.
5. Agrega içinde zararlı maddeler içermemelidir (Şimşek, 2012).
Ekonomik ve dayanıklı bir beton elde etmek için beton üretiminden kullanılan agregaların bazı özelliklere sahip olması istenilir. Kaliteli bir agrega ile betonda dayanıklılık, işlenebilirlik ve mukavemet gibi önemli özellikler sağlanarak yüksek performanslı beton elde edilebilir.
Agrega dayanım değerlerinin yüksek olması, betonun fiziksel ve mekanik değerlerinin yüksek olmasına katkıda bulunmaktadır.
Normal dayanımlı betonun kırılma davranışını, hidratasyona uğramış çimento hamuru tayin etmektedir. Eğer, agrega dayanımı çok düşük değilse çimento hamurunun dayanımı agrega dayanımından düşük olacak, kırılma çimento hamurunda ya da çimento hamuru ile agrega arasındaki yüzeyde gerçekleşecektir.
Bu yüzden yüksek dayanımlı betonlarda çimento hamuru ve bu hamur ile agrega arasında kalan yüzeyin dayanımı, agreganın dayanımından genelde daha yüksek olacaktır. Bunun neticesinde de, kırılma agrega yüzeyini keserek oluşur. Yani agreganın dayanımı, yüksek dayanımlı betonların davranışını belirleyen en önemli malzeme olur.
2.2.2. Granülometri ve Maksimum Tane Boyutu
Beton hacminin yaklaşık % 70 ini oluşturan agregaların fiziksel, mekanik, kimyasal ve granülometrik özellikleri taze betonun işlenebilirliliğini, sertleşmiş betonun ise mekanik dayanım sonuçlarını ve geçirimliliğini önemli derecede etkilemektedir. Agreganın granülometrik özellikleri betonun pozozitesini ve kompositesini belirleyen temel
unsurlardandır. En ideal agrega karışımı elde etmek için granülometrik özellikleri birbirinden farklı agregalar kullanılarak boşluk miktarı (Porozite) minumum düzeye indirilerek, maksimum doluluk (Kompasite) oranına sahip agrega karışımı elde edilmektedir (Usta, 2012).
Beton içerisinde yer alan agregaların, boşluk oranının en az yani kompasitesinin fazla olması istenir. Böylelik ile sağlam yapılı betonlar elde edilirken, hem de boşlukları dolduracak çimento hamurunun azalması işlemini gerçekleştirilebilir. Bu şekilde karışım dizaynında az hammadde kullanılarak, ekonomik sonuçlar elde edilir.
Agrega granülometresinde işlenebilme özelliği taze beton özelliklerini, doğrudan etkilenen bir özelliktir. Agrega granülometrisi iyi olmadığı zaman, istenilen işlenebilirliği elde edebilmek için betona daha çok su katılması gerekecek ve bu durum neticesinde beton dayanımları ciddi miktarda düşecektir. Aynı zamanda istenilen sabit su/çimento oranı için çimento miktarı arttırılacak olursa betonda daha çok büzülme olayı gerçekleşebilir. Çimento kullanım oranının artmasından dolayı ekonomik beton üretilememiş olacaktır.
2.2.3. Bazalt Agregası Genel Özellikleri
Bazalt, doğada en çok rastlanan gri ve siyah renkli volkanik bir kayaçtır. Aşınma dayanımları ve basınç dayanımları olduça yüksek olan bazaltlar inşaat sektöründe çeşitli kullanım alanlarında yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. İnşaat sektörünün dışında ulaştırma, kara, hava ve demir yolu inşaasında uzun ömürlü ve kaliteli olması nedeni ile günümüzde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Son zamanlarda yüksek performanslı beton üretiminde de kullanımı artmış durumdadır (Düzbasan, Uluöz, Yakıt & Camcıoğlu, 2011).
Bazalt agregası yoğun ve sert bir malzeme olduğundan, basınca karşı mukavemeti yüksektir. Granitten daha sert bir malzemedir. Bundan dolayı inşaat taşı, parke, balast, yapımı için faydalı bir malzeme olup, Türkiye’de birçok ilde yapı işlerinde yoğun bir şekilde kullanılan bir malzemedir. Şanlırfa, Gaziantep, Diyarbakır civarında ve Trakyada Çorlu dolaylarında citti miktarda çıkarılmaktadır.
Bazalt günümüzde ulaştırma ve yapı sektöründe; liman, hava alanlarında, demir yolu ve karayolu inşaatlarında dayanıklı olması ve aşınmalara karşı dirençli olmasından dolayı tercih edilmektedir (Çelik & Şahbaz, 2017).
2.2.4. Silis Agregası Genel Özellikleri
Silis kumu ya da bir diğer adıyla kuvars kumunun ana elementi olan silisyum (Si), yeryüzünde en çok bulunan elementlerden biridir. Bu elementin atom numarası 14, yoğunluğu 2.33 gr/cm3 ’dür. Silisyum doğada silikat asidi veya tuzları halinde bulunmaktadır. Silisyum oksit doğada kum formunda, kuvarsit veya kuvars (SiO2)
şeklinde bulunabilmektedir.
Silis kumu, ana bileşen olarak başlıca kuvarstan (SiO2) ve az miktarda kil, kireç, demir
ve titanyum oksitten oluşur. Titanyum oksit ve demir oranı silis kumunu pazarını belirleyen ve kullanım alanını şekillendiren en önemli unsurdur.
Silis kumu, kuvarsaça zengin magmatik, metamorfik kayaçların ayrışması sonucu oluşan 2 mm’den küçük kuvars tanecikleridir. Renksiz veya açık beyaz renklidir ve demir oksit içeriyorsa, renkleri pembeden kızıla veya kahverengine kadar değişir. Silis kumunda az miktarda bulunan ve istenmeyen safsızlıkları oluşturan maddeler kil, silt, feldispat, karbonatlı bileşikler, demir ve titanyum oksitlerdir (Hacıfazlıoğlu, 2011).
Endüstri ve üretimde kullanılan silika kumunun SiO2 emiktarının en az %95 olduğu
kaynaklar tercih edilir.
2.2.5. Kuvars Agregası Genel Özellikleri
Kuvars kayacı diğer kayaç türlerine göre çok sert ve sağlam bir yapıdadır. Kuvars taneciklerinin geneli beyaz renkte, taneleri köşeli ve şekilsizdir. Normal dayanımlı betonlarda kullanılan agregaların basınç dayanımı yaklaşık 100 MPa iken, kuvars agregasının basınç dayanımı yaklaşık 180 MPa’a kadar ulaşmaktadır. Sertlik derecesi (~7) olan bir agrega olduğu için aşınma direnci yüksektir ( İpek & Yılmaz, 2009). Kuvars kumu incelendiğinde baskın olarak silikadan meydana geldiği görülmektedir. Kumu oluşturan diğer bileşenler, alüminyum, demir oksitler ve feldispattır. Silika miktarı yüksek olduğu için yapı ve yapı endüstri sektöründe kuvars agregası farklı boyutlarda kullanılmaktadır.
Genellikle reaktif pudra betonlarında kullanılan en büyük taneye sahip olan malzeme kuvars kumudur. Reaktif Pudra Betonunda istenilen dayanımlara çıkabilmesi için bu betonlarda uygun agrega kullanılmalıdır. Bu nedenle hem dayanımı yüksek hem de aşınma direnci yüksek agregalara ihtiyaç duyulmaktadır (Richard & Cheyrezy, 1995).
2.2.6. Farklı Agrega Türlerinin Beton Özelliklerine Etkisi İle İlgili Yapılmış Olan Araştırmalar
Pek (2014), beton agregası olarak genellikle tercih edilen kalker ile bazalt agregasının karşılaştırıldığı çalışmada, bazalt agregalı beton, basınç deneylerinde kalker agregalı betondan çok yüksek olduğu, su emme ve boşluklarının da düşük değerde olduğu saptanmıştır.
Bazalt agregası ile çelik lifin kullanılabilirliliği araştırılmış. Çalışma sonucuna göre beton travers üretiminde çelik lif kullanımının betonun mekanik özelliklerinden özellikle eğilme dayanımını artırdığını tespit etmiştir ( Kozak & Ünal, 2014).
(Kayan, Doğruyol, & Ayhan, 2017) Diyarbakır bazalt taşının mineral katkı ikameli betonların, 28 günlük beton basınç dayanımları göz önünde bulundurulduğunda C30 beton sınıfı olarak dizayn edilen numunelerin sınıfının üstünde performans göstermiş olduğu tespit edilmiştir. 365 gün sonunda numunelerdeki dayanıklılığıda tespit edebilmek için yapılan basınç deney sonuçlarına göre Diyarbakır bazalt agregalı silis dumanı ikameli numunenin en yüksek basınç dayanımına sahip olduğu silis dumanının betonda dayanım ve dayanıklılığını olumlu yönde etkiledği tespit edilmiştir.
(Güçlüer, Günaydın, Tekin, & Şahan, 2017) 4 farklı agrega ocağından temin edilen agregalar ile beton numuneleri üretmiş ve bu numuneler üzerinde tahribatlı ve tahribatsız deney metodları kullanılarak birbirleri arasında karşılaştırmalar yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre tüm agrega tiplerininin beklenen nihai dayanım sonucu C25 e ulaştığı, bir birleri arasında da %35‘e varan dayanım farkı olduğu tespit edilmiştir.
(Ünal, Uygunoğlu & Çoşkun, 2016) yaptıkları çalışmada agrega granulometrisi ve kimyasal katkının yüksek performanslı beton özelliklerine etkisini araştırmıştır.
Bu çalışmada Dört farklı boyuttaki agregalardan beş farklı granümetri seçilmiş olup, granülometrinin normal ve katkılı beton özelliklerinin üzerine etkileri aşağıdaki şekilde sıralanmıştır.
Agrega granülometrisi ve su çimento oranı bu davranışı etkileyen iki önemli faktördür. Agrega granülometrisi, agrega-harç fazı arasındaki mikro-çatlak oluşumunu, su/çimento oranı ise hamur veya harç fazının özelliklerini etkiler.
Özturan ve Çeçen, üç farklı agrega türü çakıl, beyaz kalker ve bazalt agregalarının kullanıldığı çalışmada beton sınıfının düşük olduğu numunelerde kalker agregası içeren
betonun, beton sınıfının yüksek olduğu seride ise bazalt agregası içeren beton numunelerinin en yüksek dayanıma sahip olduğunu belirlemiştir. Tüm sınıflarda en düşük dayanımı çakıl agregası kullanarak üretilen betonlar vermiştir. Çakılla daya yüksek dayanım elde etmek için beton karışım oranını değiştirmeden yüksek dayanımlı çimento kullanarak ürettikleri numunelerde, basınç dayanımında önemli bir değişiklik gözlemlenmezken, eğilme ve yarma dayanımlarında %30 luk bir artış gözlemlemişlerdir (Özturan & Çecen, 1997).
(Çetin & Carrasquillo, 1998) yaptıkları çalışmada özgül ağırlıkları 2,5-3,14 g/cm³ aralığında olan beş farklı türde agrega kullanarak, su/çimento oranını 0,28 olduğu karışımlarda agrega türünün ve hacim konsantrasyonunun etkilerini incelemişlerdir. En düşük basıç dayanımına çakıl agregası içeren numunelerin sahip olduğunu tespit etmiş olup, bunun nedeninin çakılın şeklinin ve yapısının mekanik kenetlenmeye müsait olmaması olarak belirtmiştir. Tane çapı daha küçük olan agregaların beton dayanımı üzerinde etkilerinin daha fazla olduğunu sonucuna ulaşmıştır.
2.3. LİFLER
2.3.1. Lifler Hakkında Genel Bilgi
Lif, doğal kaynaklardan elde edilen, ya da insan eliyle üretilen, uzunluğu, esnekliği, bükülebilirliği ve dayanıklılığı olan hammaddeler olarak tanımlanmaktadır.
Lifler doğal ve yapay olmak üzere iki tipe ayrılır.
Doğal lifler, Hayvanlar ve bitkilerden oluşan lifler ile minerallerden oluşan liflerdir. Yapay lifler, belirli bir amaca hizmet etmek için belirli özellikler kazandırılan ve özel olarak üretilen liflerdir.
Betonun yükler altında zorlananması ile en zayıf noktalardan itibaren taşıma kapasitesinin aşılması ile çatlaklar oluşmaya başlar. Beton üretiminde kullanılan lifler, yüksek çekme mukavemeti sayesinde, betonda çatlak oluşumunu ve yayılmasını önler. Beton içerisinde uygun miktarda lifin kullanımı ile lifler oluşan yükleri karşılayarak çatlakların önünde köprü görevi görürler. Çatlak sonlarına bitişik olan lifler, matriste oluşan gerilmelerin üzerlerinden geçmelerini sağlarlar. Bu şekilde çatlamamış beton kesitlerinin oluşumunu ve dayanımda artış sağlamaktadırlar.
Liflerin beton üzerindeki etkileri şu şekildedir;
Taze betondaki kılcal çatlakların oluşmasını engeller, Eğilme ve çekme dayanımlarını arttırır,
Gevrek şekilde kırılmayı engeller, Tokluğu arttırır,
Durabiliteyi arttırır (Hannant, 2003).
Şekil 2.1. Lifli betona ait gerilme ve şekil değiştirme diyagramı.
2.3.2. Lif Çeşitleri ve Kullanım Alanları
Lifler, farklı özellikte malzemelerden üretildiklerinden dolayı üretildikleri malzemelerin özelliklerini taşıyarak çok çeşitli olabilmektedir.
Genel olarak lifleri iki çeşit grupta toplamak mümkündür; 1) Doğal Lifler Bitkisel Lifler Hayvansal Lifler Mineral Lifler 2) Yapay Lifler Polimerik Lifler Metalik Lifler Seramik Lifler
Çizelge 2.1. Farklı lif çeşitlerine ait özellikler. Lif Tipi Özgül Ağırlık Uzama (g/cm³) Çekme Dayanımı (MPa) Elastisite Modülü (GPa) Mak. (%) Asbest 3.2 552-966 83-138 0.6 Pamuk 1.5 414-690 4.8 3-10 Naylon 1.1 759-828 4.1 16-20 Polyester 1.4 724-863 8.3 11-13 Polietilen 0.95 690 0.14-0.4 10 Polipropilen 0.90 552-759 3.5 25 Karbon 1.9 380-5520 230-380 0.5-1.6 Kevlar 1.44 3600 60-130 0.2-4 Cam 2.5 1035-3795 69 1.5-3.5 Çelik 7.8 276-2760 200 0.5-3.5 Bazalt Lif 2.80 4840 89 3.5 2.3.2.1. Doğal Lifler
Bu lifler doğada bulunan ve kolayca elde edilebelen lif türleridir. Bu liflerin bilinen dez avantajları alkali ortam içerisinde parçalanma eğiliminde olmalarıdır. Tarihte kullanılan en eski lifler saman ve at yelesi olup çimentosuyla birlikte kullanılmı gerçekleştirilmiştir. Diger doğal lif çeşitleri ise bambu, hindistan cevizi, sisal, seker kamısı ve ahşap gibi liflerdir (Ekincioğlu, 2003).
Doğal liflerin yapısal özellikleri:
Güneş ışığına karşı duyarlıdırlar.
Dona karşı dayanıklı olup donma noktasında kırılma ve kopma olmaz. Isı ve su buharını absorbe ederler.
Isı altında şekil değiştirmezler.
Isı altında boyları değişmez ( Türker et al., 1992 ). 2.3.2.2. Yapay Lifler
Yapay lifler doğal hammaddelerin çeşitli işlemler ile lif haline dönüştürülmesi ile üretilmektedir. Üretim yöntemleri lif türüne göre değişir. Yapay lifler üç gruba ayrılmaktadır (Ali, 2017).
Polimerik Lifler
Tekstil ve petrokimya sektöründe yapılan araştırma ve gelişmeler neticesinde, polimer elyafların ortaya çıkmasına neden olmuştur. Sentetik elyaf olarak adlandırılan bu elyafların çekme mukavemeti çok yüksektir. Bu lifler düşük ve yüksek elastisite modülüne sahip lifler olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Polipropilen, polyester, polietilen ve naylon gibi birçok elyafın elastisite modülü düşüktür. Çapları mikron boyutundadır. Bu lifler lif hamuru ya da tekil lif halinde bulunmaktadır. Alkalin ortamdan etkilenmeyen, yüksek çekme mukavemeti ve yüksek erime sıcaklığı (165 °C'nin üstünde) polimer liflerin iyi yönlerindendir. Düşük yangın dayanımı, oksijen ve güneş ışığından etkilenme özellikleri polimer liflerin dezavantajlarındandır (Ali, 2017).
Çizelge 2.2. Polimer liflere ait fiziksel özellikler.
Lif Çeşidi Etkili Çap (3-10 mm)
Özgür Ağırlık (g/cm³)
Çekme
Dayanımı Modülü (GPa) Elastisite Nihai (%)
Akrilik 13-104 1.17 207-1000 14.6-196 7.5-50.0 Aramid I 12 1.44 3620 62 4.4 Aramid II 10 1.44 3620 117 2.5 Naylon 1.16 965 5.17 20.0 Polyester 1.34-1.39 896-1100 17.5 Polietilen 25-1020 0.96 200-300 5.0 3.0 Polipropilen 0.90-0.91 310-760 3.5-4.9 15.0 Metalik Lifler
Metalik liflerden en yaygın olarak bilineni çelik liflerdir. Çelik lif deöetlerinin bir araya gelerek betonda kullanılmasına, kısaca ÇLTB (çelik lif takviyeli beton) veya MLTB (metal lif takviyeli beton) diye adlandırılır. Çelik lifler aynı uzunluktaki diğer lif türlerine göre daha kalın, sert ve ağırdır. Çelik liflerin çapları 0,2–1,0 mm arasında olup uzunlukları 20–50 mm arasındadır. Üretim yöntemine göre değişik şekilleri ve boyları vardır. Sıcaklık altında eritip çekme yöntemiyle ya da amorf yapıda şerit biçiminde üretilirler (Boğazkesen, 2011).
Lifli beton üretiminde kullanılan metalik liflerin en yaygını olan çelik lifler yüksek elastisite modülüne ve dayanıma sahiptir. Sünek bir davranış sergiliyen bu lifler paslanmaz çelik veya karbon çeliğinden üretilirler.
Mineral Lifler
Mineral liflerden en yaygın olarak bilineni cam liflerdir. Dayanıklılık, sertlik ve diğer malzemeler ile tepkimeye girmeme özellikleri bakımından öne plana çıkmaktadır. Çimento hamuruna veya harç karışımlarına katılan bu malzemeler esnek, hafif ve ekonomiktir. İri boyutlu agrega türleri ile kullanılmazlar (Ekincioglu, 2003).
Mineral lifl yüksek eleastisite modülüne ve çekme dayanımına sahip olup, gevrek bir davranış gösterirler.
2.3.3. Lif ve Matris Arasındaki Etkileşim
Lifler ve matris arasındaki ilişkiyi daha net anlayabilmek için lif türünün ve kompozit davranışının belirlenmesine gerek vardır.
Literatürde matris (matrix) olarak geçen terim lifin etrafını çevreleyen çimento hamurudur. Matris yani çimento hamurulifleri bir arada tutarak, liflerden gelen gerilme transferini sağlamaktadır. Lif takviyeli beton üretiminde lifin kalitesi kadar kullanılan matrisin kalitesininde beton performansı üzerinde önemli etkileri bulunmaktadır
Lifler ve matris arasındaki etkileşimin temel özellikleri; Matrisin kalitesi,
Lifin şekli, Lif yüzde miktarı Lif tipi
Lif narinliği Lif dağılımı
Matris ve lif elastisite modül karşılaştırması (Shah & Balaguru, 1992).
2.3.4. Lif Özelliklerinin Kompozit Özelliklerine Etkisi
Lifli betonlarda narinlik ve lif miktarı beton özelliklerini etkiliyen önemli paremetrelerdir. Ayrıca karışıma ilave edilen liflerin karışım içerisinde homojen şekilde dağılması betona dayanım, dayanıklılık ve tokluk kazandırarak betonun özelliklerini iyileştirdiği bilinmektedir (Bölükbaş, 2011).
Lifli betonlarda iyi bir performans alabilmek için, liflerin beton karışım içerisine uygun miktarlarda ve uygun narinlik oranında (lif boyu/lif çapı) eklenmeleri gerekmektedir.
Uygun oranlarda eklenen liflerin beton özelliklerini önemli derecede iyileştiren etkenler arasında yer almaktadır (Kuder & Shah, 2010).
2.3.4.1. Lif Geometrisi
Lif geometrisinin çimento hamuru ile lif arasında doğrudan ilşkisi bulunmaktadır. Liflerin geometrisi genel anlamda çelik lif çeşitlerinde ortaya çıkmaktadır.
(Bayasi & Soroushian, 1991) tarafından yapılan çalışmada, lif tipinin lif takviyeli betonlar üzerindeki performansı incelenmiştir. Aynı narinliklere, farklı geometrilere sahip lifler üzerinde yapılan çalışmada liflerin işlenebilirliliği düşürdüğü, dalgalı liflerin çökme değerinin kancalı ve düz liflere oranla daha fazla olduğu görünmüştür. Ayrıca enerji yutma kapasiteleri bakımından kancalı liflerin düz ve dalgalı liflere göre daha iyi sonuç verdiği saptlanmıştır.
2.3.4.2. Liflerin Narinliği
Lifli betonların dayanımını etkileyen en ömenli unsurlardan bir taneside lifin narinliğidir. Lif narinliği, lifin boyunun (L), çapına (d) oranı olup genellikle 30-10 arasında değerler almaktadır (Bayramov, 2004). Beton karışımlarında lif narinlik oranının artmasıyla birlikte, dayanım artsa da, işlenebilme ve karıştırmada yaşanan olumsuzluklardan dolayı bu değerin optimum bir aralıkta sınırlandırılması önerilmektedir.
2.3.4.3. Liflerin Hacimsel Yüzdesi
Lifler teorikde beton karışımına ne kadar çok katılır ise betonun dayanım, dayanıklılık değerlerine o kadar çok etki edeceği düşünülsede uygulamada durum düşünülenden daha farklı gerçekleşmektedir. Beton karışımı içerisindeki lif hacminin artması betonun kıvamını, işlenebilirliğini etkiyeceğinden dolayı betonun kalıba yerleştirilmesi işleminde topaklanmalardan ötürü ciddi problemler oluşturur. Ortaya çıkan topaklanmalar sonucunda betonun yapısında zayıf, kırılgan bölgeler oluşur. Lifli beton üretiminde işlenebilirlilik ve yerleştirme problemlerinden dolayı %3’ ten fazla miktarda lif kullanılmaması önerilmektedir.
Zollo tarafından karışımdaki lif hacmine göre sınıflandırma: %0,1-%1 : Düşük lif yüzdeli
%1-%3 : Normal lif yüzdeli
Lif oranının yüksek olduğu karışımlarda liflerin varlığından dolayı topaklanma ve işlenebilirlikte azalma önemli sorunlar yaratmaktadır.
Lifli beton üretiminde kullanılan lif miktarı da optimum bir değerde bulunmalıdır. Lif içeriğinin yüksek olması durumunda karıştırma ve işlenebilme problemleri ortaya çıkar ve lifler karışım içerisinde topaklanır. Bu topaklanmalar neticesinde matris içerisinde zayıf bölgeler oluşmaktadır. Karışımda iri taneli agrega kullanılmaması, liflerin karışıma kuru katılması, süper akışkanlaştırıcı kullanılması ve lif narinlik oranının optimum bir değerde olması ile liflerin matris içerisinde homojen dağılması sağlanabilir (Özyurt, 2000).
2.3.4.4. Liflerin Dağılımı
Lifli betonların performansı liflerin homojen dağılımı ile doğrudan ilşkilidir. Lifler kompozit içinde homojen dağıldığı ve optimum miktarda kullanıldığı zaman çok etkin ve faydalı olabilirler. Yapısal bir kompozit olan lifli beton, bütün yük doğrultularında aynı özellikleri gösterememektedirler. Lif dağılımının aynı bölgede fazla olduğu betonlar, uygun bir yapı malzemesi olarak düşünülemezler. Çünkü lifler kendi doğrultusu ve diğer doğrultularda aynı özelliklere sahip değillerdir (Vodicka, Spura & Krarky, 2004).
Birçok araştırmacı liflerle elde edilen performansın doğrudan lif dağılımına bağlı olduğunu belirtmişlerdir. Lifler kompozit içinde homojen dağıldığı ve optimum miktarda kullanıldığı zaman çok etkin ve faydalı olabilirler. Lif dağılımının ölçülmesi için çeşitli metodlar kullanılmaktadır. Matris içinde liflerin yerlerinin belirlenebilmesi için X-ışınlarından faydalanmışlar ve liflerin dağılımını karakterize etmek için en yakın komşu liflerin kovaryans fonksiyonunu kullanmışlardır (Chermant, Chermant, Coster, Dequied & Redon, 2001).
2.3.5. Liflerin Kullanım Şekilleri
2.3.5.1. Tek Tip Lif Kullanımı
Lif takviyeli betonlar genellik ile tek tip lif türü olarak kullanılırlar. Son yıllarda karma kullanımlarda yaygınlaşmaktadır. Tek tip kullanımlarda sadece kullanılan lifin yapısal özellikleri betonun karekteristik özelliklerine etki etmektedir. Bu durumda yüksek performansın beklendiği durumlarda tek lif tipinin kullanılması sınırlı bir alanda beklentileri karşılayacaktır. Çünkü beton içerisine kendi özelliği kadar etki ederek
betonun içerisinde gelişigüzel dağılarak çatlak bölgelerini koruyacak ve önleyecektir. (Türk & Kına, 2017).
2.3.5.2. Karma Lif Kullanımı
Betondaki göçme aşamalı ve çök büyük ölçekli bir süreç olduğundan, tek lif tipinin kullanıldığı betonlarda, her bir lif tipi kendi yapısal özelliğini yansıtarak sınırlı bir alanda etkili olacak bu şekilde yüksek dayanımlı beton performansına ulaşamayacaktır. Bu nedenle farklı yapısal özelliklerde, boyutlarda ve işlevsellerde lif kombinasyonları kullanılarak betonun mekanik performansı dayanım ve dayanıklılığının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla birden çok süreksiz lif tipinin karışımı ile geleneksel beton matrisinin birleşiminden elde edilen lif takviyeli betona karma lif takviyeli beton denilmektedir. (Ding, You & Jalali 2010, Sukontasukkul & Jamsawang 2012).
Liflerin mikro ve makro ölçütlerde karma kullanımı, işlenebilirliği iyileştirirken, mekanik performastada istenen özelliği sağlamak için sunulmuştur. Mikro çatlakları başlamasını ve yayılmasını küçük ve yumşak lifler kontrol ederken, makro çatlakları ise büyük ve güçlü fiberler kontrol eder. Bu şekilde lifler birbirlerinin zayıf kaldığı özellikleri iyileştirerek daha nitelikli kompozitlerin üretimine katkı sunmaktadırlar (Mobasher & Li 1996, Akcay 2012).
(Bentur & Mindess, 1990) karma liflerin avantajlarını şu şekilde sıralar:
1. Rijitliği ve sağlamlığı fazla olan lif tipi çatlak gerilemesini sağlayarak mukavemeti artırırken, daha esnek ve sünek olan lif tipi ise çatlama sonrasında tokluk ve şekil değiştirme kapasitesini geliştirir.
2. Boyutları büyük olan lif tipi makro çatlakların yayılımını durdurarak, tokluğu geliştirirken, boyutları küçük olan lif tipi ile daha yüksek çekme dayanımına ulaşılarak, mikro çatlakları köprülüyerek çatlak yayılımı kontrol edilir.
3. Liflerin yapısı gereği dayanıklılığı farklıdır. Dayanıklılığı fazla olan lifler ileriki yaşlarda dayanım ve tokluk vadederken, dayanımı az olan lifler kısa süreli dayanım garanti ederler.
Farklı kombinasyonlarla liflerin karma kullanımı, kompozitlerin eğilme performansını iyileştirmek için kullanılır. Burada temel amaç, karma sistemin tek lif tipinin sağladığı performansı geçmesini sağlamaktır. Yani, bir sinerji oluşturmaktır (Mindess, 2007).
2.3.5.3. Mikro Ve Makro Lif Kullanım
Son yıllarda kompozitlerde, değişik tip ve boylardaki karma lifler kullanılarak takviye etkisi artırılması çalışmaları hız kazanmıştır. Bu amaçla mikro lif (kısa, narinliği düşük lif) ve makro lif (daha uzun ve yüksek narinlikteki lif) kullanılmaktadır (Ganesan, Indira and Sabeena 2014, Banthia and Gupta 2004, Lawler, Wilhelm, Zampini and Shah 2003, Rambo, Silva and Filho 2014).
Makro ve mikro liflerin birlikte kullanıldığı karışımlarda Şekil 2.2’de belirtildiği üzere rastgele oluşan mikro çatlaklar, mikro lifler tarafından kuşatılır. Akabinde, mikro çatlakların oluştuğu bölgede köprüleme sayesinde, gerilme büyük liflere aktarılır. Bu şekilde çatlakların birbirine yaklaşması ve birleşmesi geçiktirilerek malzemeye süneklilik kazandırılmış olunur (Blunt and Ostertag, 2009).
Şekil 2.2. Karma lifli kompozitlerin sünek bir davranışta çatlama davranışı. Karma lif takviyeli beton kolonlar, geleneksel betonarme kolonlar ile karşılaştırıldığında karma lif takviyeli betonların süneklilik ve enerji yutma kapasitesi bakımından önemli bir sinerjik etki gösterdiği görülmüştür (Huang, Xu, Chi & Xu, 2015).
Hem düşük hem de yüksek elastisite modülüne sahip liflerin bulunduğu karma lif takviyeli kompozit malzemesinin, çekme dayanımında ve şekil değiştirme kapasitesinde aynı anda düzelme göstermesi beklenir. Böylece kompozit, darbeye karşı daha dirençli olmuş olur (Zhang, Sharif & Lu, 2007).
2.3.6. Lif Takviyeli Betonlar
Lif takviyeli beton 1901 yılında asbest kullanımı ile Avusturya'da ilk defa Ludwig Hatschek tarafından bulunmuştur. Ancak asbestin sebep olduğu sağlın sorunları nedeni ile yerini sentetik liflere bırakmıştır. Günümüzde lif takviyeli beton üretiminde çeşitli kalınlık ve uzunlukta farklı geometrilere sahip cam, çelik ve plastik lifler kullanılmaktadır.
Betonun çekme ve kırılma ve çarpma dayanımını iyileştirerek meydana gelebilecek çatlak büyümelerini önler. Bu sayede, kırılma durumunda sayısı az büyük çatlaklar yerine, sayısı çok fakat küçük ve zararsız çatlaklar meydana gelir Şekil 2.3’de görülmektedir.
Şekil 2.3. Normal ve lif takviyeli betonun kırılma davranışı.
Lifle takviyeli betonlarda, çimentolu kısımlar kırıldıktan sonra bile esneklik özelliğine sahip lifler sayesinde daha büyük çekme kuvvetleri karşılanabilmektedir. Lif takviyeli beton, aşırı yük durumunda normal beton gibi ani kırılganlık özelliğine sahip değildir. Şekil 2.4’de görülmektedir.
Lif takviyeli beton kullanımının sağladığı avantajlar:
• Mekanik dayanıklılığı geleneksel yapı malzemelerine göre yüksektir. • Isı yalıtımında yüksek performansa sahiptir.
• Su yalıtımında/doygun yapı ve geçirgenliğin olmayışı avantajım sunmaktadır.
•Aşınma değerleri açısından geleneksel yapı malzemelerinden üstün performans özelliği gösterir. 10 mm kalınlığındaki bir lif takviyeli beton levhanın 60 yıllık hızlandırılmış erozyon testi karşısında 1 mm yüzey kaybına uğradığı görülmüştür.
•Akustik değerler (ses geçirgenliği) açısından da geleneksel yapı malzemelerine göre yüksek performansa sahiptir.
• Atmosfer, ısı, yağış, radyasyon vb. doğal şartlarından etkilenmez.
• Hijyen ve çevresel değerlerle ilişkiler ve çevresel etki açısından zararlı veya sağlık açısından toksik maddeyi barındırmamaktadır.
• Her türlü mimari formu istenilen şekilde uygulanabilme özelliğine sahiptir. • Bina cephe giydirmelerinde kullanılabilme özelliği vardır.
• Kaba inşaat sırasında oluşan hataların giderilmesi amaçlı kullanma olanağı vardır. •Betondan daha dayanıklı ve hafiftir. Lif takviyeli betonun kullanım alanları, lifsi malzemenin yapısına bağlı olarak değişmektedir.
2.3.7. Cam Lif Takviyeli Betonların Özelikleri
Cam lifin esasını silis kumu (SiO2) meydana getirmekle beraber belirli oranlarda sodyum,
kalsiyum, alüminyum, bor ve demir gibi elementlerin oksitlerinden oluşur.
Cam lifler, camların elektrik fırınında yaklaşık 1200-1500 oC de ergitilmesi ve ergiyen
camların platin alaşımlı bir potanın tabanındaki binlerce delikten hızlı bir şekilde çekilerek ve soğutma bölgesinden geçirilerek üretilir. Daha sonra lifler üzerine kaplama uygulaması yapılarak ve demetler halinde makaralara sarılarak depolanırlar (Şahin, 2000).
Cam lifler günümüzde; ekonomik, esnek ve hafif lifler olarak yer almaktadır. Bu özelliklerinin yanı sıra sertlik derecesi yüksek olup aşınmalara karşı oldukça dirençlidir. “Cam Lif Takviyeli Beton” ise cam lif, çimento, agrega ve su karışımından oluşan bir malzemedir (Kurt, 2006). Cam lif takviyesi, betonda erken dönemde oluşan mikro
çatlakların gelişimini engelleyerek veya geciktirerek betonun çekme dayanımını ve tokluğunu arttırmak amacıyla kullanılmaktadır (Ekincioğlu, 2003).
Cam lifler darbelere karşı dayanım ve basma dayanımı dışında yüksek mukavemet, yüksek elastise modül ve yüksek eğilme özelliklerine sahiptir. Ayrıca yüksek sıcaklıklara karşı direnci ve nem tutabilme özelliğ sayesinde boyutsal değişimleri çok küçük olur ve ortam şartlarına karşı dirençleri yüksektir (Rosato, 2004).
Cam lif takviyeli beton hafifliğinin yanı sıra alkali dayanımınında yüksek olması münasebeti ile tünel, bina cephesi, çatı kaplaması, boru elemanları gibi bir çok alt yapı ve üst yapı elamanlarında kullanılmaktadır.
2.3.8. Bazalt Lif Takviyeli Betonların Özelikleri
Bazalt lifler bazalt kayaçların erime işlemlerinden geçirilip ince partiküller halinde ayrılmasıyla elde edilir. Bu işlemler gerçekleştirilirken başka herhangi bir katkı malzemesi kullanılmamaktadır. İşlemlerin bu şekilde devam etmesi maliyeti de olumlu yönde etkilemektedir (Kabay, 2014).
Bazalt lifler yüksek mekanik özelliklerinin yanı sıra yüksek sıcaklıklarda alev almama ve yapısal özelliğini kaybetmemesi ile yangından koruma sektöründe yalıtımı özellikleri sayesinde izalator olarak kullanılmaktadır. Isı ve ses yalıtım özelliklerinin yanı sıra kimyasallara karşı direnç gösterme sebebi ilede korozif ortam uygulamalarında kullanılmaktadır. Bu özellikleri bünyesinde barındıran bazalt lifler, kompozit, inşaat, otomotiv, ulaşım, endüstri, kimyasal transfer depoları, makine imalatı, eğlence ve spor malzemeleri üretiminde yardımcı hammadde olarak kullanılmaktadır (Bashtannik, Kabak & Yakovchuk, 2003).
Bazalt lifin betona karıştırılması ile fiziksel ve mekanik bazı avantajlar sağlanmaktadır. Beton içerisinde çatlaklar ciddi oranda azalmakta, betonun eğilme ve çekme etkisi altındaki değerleri artmakta, geçirimsiz ve dayanımı yüksek betonlar elde edilebilmektedir. Aynı şekilde betonun yorulma dayanımı ve aşınma dayanımı da artmaktadır. Bazalt lifin, kuru karışımı hazırlanırken beton karışıma ilave edilmesi ve normal beton karışımlarına göre karışım süresinin %20 artırılması önerilmektedir. Bazalt lifinin topaklanma riski olduğundan dolayı taze karışıma ilave edilmesi önerilmemektedir. 1m³ beton içerisine 1-10 kg bazalt lif karıştırılabilmektedir. Bazalt lifli betonlar havaalanı pislerinde, kıyı ve liman yapıları, su altında kalacak köprü
