TAZE VE SERTLEŞMİŞ BETONUN ÖZELLİKLERİ
Hafta 08
Öğr. Grv. Dr. Muhsin YALÇIN
•
Beton malzemelerinin karılması ve taze betonun yerine yerleştirilmesi işlemleri esnasında, beton karışımının içerisine istenmeden bir miktar hava da sıkışmaktadır.•
İçerisinde büyük miktarda hapsolmuş hava boşluğu bulunduran taze beton, yerleştirildiği kalıbın içerisini tamamen doldurmamış ve yoğunluğu az olan bir beton durumundadır.•
Böyle durumdaki beton sertleştiği takdirde agregalarla çimento hamuru, betonla donatı arasında veya betonla kalıp arasında boşluklar bulunduran, su geçirgenliği yüksek, dayanımı ve dayanıklılığı düşük olan bir beton elde edilmektedir.2
•
Bu nedenle, betonu yerine yerleştirdikten hemen sonra içerisinde yer alan hapsolmuş havanın mümkün olabildiği kadar dışarı çıkartılmasıgerekmektedir.
•
Taze betonun içerisindeki hapsolmuş havanın dışarı çıkartılması işlemine betonun sıkıştırılması denilmektedir.Betonun sıkıştırılması için uygulanan yöntemler:
•
Uygulanacak sıkıştırma yönteminin belirlenmesinde, taze betonun sahip olduğu işlenebilme/kıvam, kalıp şekilleri ve boyutları, beton içerisinde yer alacak donatının sıklığı ve miktarı gibi bazı faktörler gözönündetutulmaktadır.
3
•
Taze betonun sıkıştırılmasında kullanılan yöntemler iki ana grupta toplanmaktadır:1) Elle (tokmaklayarak) sıkıştırma 2) Mekanik yöntemlerle sıkıştırma 1) Taze betonun elle sıkıştırılması
•
Bu yöntemde, taze beton yüzeyindeki muhtelif bölgelere, bir çubukla (tokmakla), kısa zaman aralıklarıyla, yukarıdan aşağıya doğru darbeler uygulanmaktadır.•
Çubuğun alt ucunda, altı düz veya ızgaralı bir ağırlık bulunmaktadır.•
Taze beton, sıkıştırma amacıyla kullanılan çubuğun üst tarafından elletutularak dövülmektedir. 4
•
Sıkıştırma işlemi sonucunda betonun yüzeyinde ince bir harç tabakası oluşmaktadır.•
Bu durum, betonun yüzeyinin rahatça düzeltilebilmesinde yararlı olmaktadır.•
Elle sıkıştırma yöntemi, genel olarak plastik veya akıcı kıvamdaki betonlara uygulanabilmektedir. Bu yöntem, kuru veya çok kuru kıvamdaki betonların içerisindeki hapsolmuş havanın dışarı çıkarılmasında yeterli olmamaktadır.2) Taze betonun mekanik yöntemlerle sıkıştırılması a) Vibrasyon uygulayarak sıkıştırma
b) Merkezkaç (santrifüj) kuvveti yardımıyla sıkıştırma c) Düşme/şok masaları yardımıyla sıkıştırma
d) Beton yüzeyine statik basınç yükü uygulayarak sıkıştırma 5
a) Vibrasyon uygulayarak sıkıştırma:
•
Kalıbına yerleştirilmiş olan taze betona vibratör (titreştirici) denilen aletler vasıtasıyla titreşim iletilmekte ve böylece betonun sıkıştırılmasısağlanmaktadır.
•
Vibrasyon yöntemi, betonarme yapı betonlarının ve önyapımlı (prefabrike) beton elemanlarının sıkıştırılmasında yaygın olarak kullanılmaktadır.•
Taze betona vibrasyon uygulandığı zaman, ilk aşamada, vibratörün etki alanı içerisinde bulunan betonun harç bölümü geçici olarak sıvı duruma gelmektedir.6
•
Vibrasyon öncesinde, betonun hava boşlukları içererek peteklenmişbir durum göstermesine neden olan sürtünme kuvveti, vibrasyon etkisiyle ortadan kalkmaktadır.•
Sıvı karakteristik gösteren beton karışımı, dibe doğru yerleşme imkanı bulmakta, betonla kalıp arasındaki veya betonla donatı arasındaki boşluklara hareket etmektedir.•
Birinci aşamanın sonunda, peteklenme durumu ortadan kalkmakta, iri agregaların arasındaki boşluklar harçla dolu duruma gelmektedir.•
Taze beton, içerisinde iri agrega tanelerinin asılı durumda bulunduğu bir sıvı gibi davranmaktadır. Ancak, sıvı harç içerisinde hala önemli miktarda•
Vibrasyon işleminin devam etmesiyle, ikinci aşamada, beton içerisindeki hapsolmuş hava kabarcıkları yukarıya doğru hareket etmekte ve yüzeye çıkmaktadırlar.•
Büyük hava kabarcıkları ve vibratöre yakın olan kabarcıklar yüzeye daha kolay çıkmaktadır.•
Vibrasyon işlemi durduğu anda, çimento harcı sıvı karakteristiğini terketmekte, sürtünme kuvveti nedeniyle beton yine katı yapıda bir karakteristik kazanmaktadır.Vibratör tipleri:
•
Betonun kıvamına, üretilecek beton elemanın tipine uygun olabilecek sıkıştırmanın yapılabilmesi için değişik vibratör tipleri mevcuttur.•
Genel olarak vibratör tipleri:a) Dahili (dalıcı) vibratörler:
b) Harici (kalıp) vibratörler c) Vibrasyon masaları d) Yüzey vibratörleri
9
Vibratör tipleri:
Harici (kalıp) vibratörler Vibrasyon masaları
10
Yüzey vibratörleri
11
•
Taze betona ne kadar süreyle vibrasyon uygulamak gerektiği betonun kıvamına, betonun sıcaklığına ve kullanılacak vibratör tipine göre değişmektedir.•
Dahili vibratörler kullanıldığı takdirde, vibratör ucunun beton içerisine her daldırılışında gömülü olarak tutulduğu süre, normal uygulamalarda 5-15 saniye kadardır.•
Kalıplara dahili vibratör ucu temas etmemelidir.•
Dahili vibratör betona düşey olarak daldırılmalı ve daldırma aralığı vibratörlerin etki yarıçaplarına bağlı olarak 45-50 cm’yi geçmemelidir.•
Sıkıştırılan bölgeler birbirlerine örtüşecek şekilde vibrasyon yapılmalıdır.12
•
Beton tabakaları arasında soğuk derz oluşumunu engellemek için vibratörün her defasında bir önceki tabakaya 10cm kadar girmesi sağlanmalıdır.İç vibrasyon ile bölgelerin örtüşmesi Alt tabakadaki betona vibratörün en az 10cm girmesi
13
•
Dahili vibratör kullanıldığı zaman, beton yüzeyindeki iri agregaların beton içerisine gömülmüş ve yüzeyleri harçla kaplanmış bir durum almalarına ve/veya büyük hava kabarcıklarının yüzeye çıkışının durdurduğu ana kadar vibrasyona devam edilmelidir.•
Dalıcı ucun taze beton içerisinden dışarı çıkartılma işlemi yavaşça (saniyede 5-10 cm hızla) yapılmalıdır.•
Dalıcı ucun dışarıya çok hızlı olarak çıkartılması, o noktada bir miktar hava boşluğu oluşmasına yol açmaktadır.14
•
Genel olarak, yüzey vibratörleri, derinliği 25 cm'den fazla olmayan döşemelerde, yol betonlarında veya benzeri uygulamalarda, özellikle kuru- plastik veya kuru kıvamdaki betonların sıkıştırılmasında kullanılmaktadır.•
Derinliği nispeten fazla olan kalıplara yerleştirilen betonlarda, bazen iç kısımlar dahili vibratörle sıkıştırılmakta ve üst kısma yüzey vibratörü uygulanmaktadır.Taze betona vibrasyon uygulanmasının yararları:
•
Beton daha kolay yerleştirilmektedir.•
Daha yoğun ve homojen bir beton elde edilmektedir.•
Kalıpları sökülen betonda, kenarların ve belirgin hatların düzgün şekilde oluşabilmesi sağlanmaktadır.•
Daha yüksek beton dayanımı elde edilmektedir.•
Betonarme yapı betonlarında, betonla demir donatıların arasında daha iyi aderans sağlanmaktadır.•
Daha yüksek beton dayanıklılığı elde edilmektedir.b) Santrifüj (merkezkaç) kuvveti yardımıyla sıkıştırma:
•
Bu yöntemde, dairesel kesitli kalıp içerisine yerleştirilen beton kalıpla birlikte kendi etrafında döndürülmekte ve merkezkaç kuvvet etkisiylesıkıştırılmaktadır.
•
Bu yöntem, beton direklerin, beton boruların ve benzeri dairesel kesitli beton elemanların sıkıştırılmasında kullanılmaktadır.c) Düşme/şok masaları yardımıyla sıkıştırma:
•
Sıkıştırılma işlemine başlamadan önce, içerisinde beton bulunan kalıp düşme masasının tablasının üzerine vidalarla sıkıca bağlanmaktadır.17
•
Masanın elektrik güç vasıtasıyla çalıştırılması ile, masanın tablası kısa bir mesafe ani düşüş yapıp tekrar eski konumuna gelmektedir.•
Masa çalıştırıldığı sürece bu hareket tekrar etmektedir. Ani düşme hareketlerinin etkisi ile düşme masası tablasının üzerine sıkıca bağlı olan kalıbın içerisindeki beton sıkışmaktadır.•
Bu yöntem, özellikle kuru-plastik veya kuru kıvamlı betonlarla yapılan prefabrike elemanların sıkıştırılması için yararlı olmaktadır.d) Beton yüzeyine statik basınç yükü uygulayarak sıkıştırma:
•
Bu işlem için taze betonun yüzeyine statik basınç yükü uygulanmakta ve böylece betonun sıkıştırılması sağlanmaktadır.18
•
Betonun yüzeyine statik basınç yükü uygulama yöntemi, akıcı veya plastik kıvamdaki betonlar için uygundur.•
Genellikle, ince döşemelerin betonlarının sıkıştırılmasında kullanılmaktadır.•
Kalıp içerisindeki betona basınç uygulanması ile içerisindeki suyun bir kısmı ve hapsolmuş hava dışarı çıkartılmaktadır.•
Betonun sıkıştırılması için yukarıda sıralanan değişik yöntemler arasında en çok kullanılanı, vibrasyon yöntemidir.19
•
Betonun sıcaklığı, hidratasyonun hangi hızla gerçekleşebileceğini etkilemektedir.•
Betonun yerine yerleştirilmesinden sonra geçen sürenin uzunluğu ise, hidratasyonun ne ölçüde ilerlemiş olmasını etkilemektedir.•
Betonun sahip olduğu sıcaklık ve betonun yaşı, hidratasyonun ne ölçüde yer almış olmasını, dolayısı ile betonun dayanımını etkileyen en önemli etkenler arasındadır.•
Betonda olgunluk (M), kür süresi (t) ile beton sıcaklığının (T) çarpımlarının fonksiyonu olarak tanımlanmakta ve aşağıda gibi gösterilmektedir.M = f (T x t)
20
BETONDA OLGUNLUK KAVRAMI/FAKTÖRÜ
•
Aynı özeliklerdeki malzemelerle ve malzeme oranlarıyla hazırlanmış olan iki beton, aynı koşullarda ve aynı uzunlukta bir süreyle kür edildiklerinde, doğal olarak, aynı dayanımı kazanmaktadır.•
Kür süresinin ve betondaki sıcaklığın farklı olduğu durumlarda ise, her iki betonun dayanım kazanma hızı farklı olmaktadır.•
Değişik sıcaklıklarda ve değişik sürelerle kür edilen betonların, aynı olgunluk seviyesinde bulundukları durumda, basınç dayanımlarının yaklaşık olarak aynı olacağı kabul edilmektedir.21
•
Betonun eriştiği olgunluk seviyesinin hesaplanmasında, çimento ve su arasındaki kimyasal reaksiyonların yer alabilmesi için betonda bulunması gereken en düşük sıcaklık gözönünde tutulmaktadır.•
Değişik araştırmacılar, betondaki hidratasyonun durduğu en düşük sıcaklık olarak -20oC ile -5oC arasında değişik değerler kullanmaktadırlar.•
Amerikan Beton Enstitüsü (ACI) tarafından kullanılan olgunluk formülü:M = Σ(C+10) ∆t
M : Olgunluk faktörü, oCxgün veya oCxsaat C : Beton sıcaklığı, oC
∆t : Belirli sıcaklıktaki kür süresi, gün veya saat.
22
Betonun olgunluk faktörü basınç dayanımı arasındaki ilişki:
23osıcaklıkta 28 gün süreyle kür edilmiş betonun basınç dayanımı %100 Betonun olgunluk faktörü, M=(23+10)x28=924oCxgün
•
Betonun olgunluk faktörü ile basınç dayanımı arasındaki ilişki yarı-Iogaritmik bir ölçekle gösterilecek olursa, bu ilişkinin doğrusal olduğu görülmektedir.Şantiyedeki yapıda kullanılan betonun olgunluğunu belirleme yöntemi:
•
Olgunluk yöntemi daha çok inşaat sırasında betonun dayanım kazanmasının gözlenmesi amacıyla kullanılıra) Yapıda kullanılacak betondan standard silindir veya küp numuneler alınmakta, bu numuneler laboratuvarda standard kür koşullarında (sabit sıcaklıkta ve ıslak olarak) kür edilmektedir.
b) Laboratuvarda kür edilen beton numuneler basınç dayanımı deneyine tabi tutulmakta ve dayanım değerleri bulunmaktadır. Ayrıca, bu numunelerin kür edildikleri sabit sıcaklık değeri ve kür süresi kullanılarak, olgunluk değerleri hesaplanmaktadır. Böylece, numunelerin dayanım-olgunluk ilişkisi elde
edilmektedir. 25
c) Şantiyedeki yapıya yerleştirilen betonun sıcaklığı ve o sıcaklığı koruduğu süreler kaydedilerek (olgunluk metre) , yapıdaki betonun olgunluğu hesaplanmaktadır.
•
Aynı olgunluk seviyesindeki betonların basınç dayanımları yaklaşık olarak aynı olacağından, laboratuvar koşullarında bulunmuş olan dayanım-olgunluk ilişkisi kullanılarak, yapıdaki betonun olgunluğuna denk düşen dayanım bulunmaktadır.26
ÖRNEK: Betondaki olgunluk-dayanım (σ, MPa) ilişkisi aşağıdaki şekilde belirlenmiştir.
σ= -25 + 20 log10M
a) 30oC kür sıcaklığı uygulanan ve 10 gün süreyle kür edilen betonun dayanımını bulunuz.
b) Beton dayanımının 28 gün sonunda 35MPa olabilmesi için kür süresince betonun sahip olması gereken sıcaklığını bulunuz.
a) 30oC ve 10 gün sonucunda dayanım:
M = Σ(C+10)x∆t = (10+30)x10=400oCxgün σ= -25 + 20log10M = -25 + 20log(400) = 27MPa
27
b) Beton dayanımının 28 gün sonunda 35MPa olabilmesi için kür süresince betonun sahip olması gereken sıcaklık (C).
M = Σ(C+10)x∆t = (C+10)x28 C+10 = T denilirse
M = 28T
σ= -25 + 20log10M
35 = -25 + 20log(28T) ise T=35.7oC C+10 = 35.7 ise C=25.7oC
28
•
Çimento ve su arasındaki kimyasal reaksiyonlar sonucunda oluşan hidratasyon ürünleri (çimento jelleri), çimento hamurunun bağlayıcılığını sağlamakta, çimento hamurundaki kapiler boşluk oranını azaltmaktadır.•
Çimento hamurunun (ve betonun) kazanacağı dayanımın hızı ve miktarı, hidratasyonun ne ölçüde gerçekleşmiş olduğuna bağlıdır.•
Hidratasyon olayının gerçekleşebilmesi ve normal hızda devam edebilmesi için, betondaki çimento hamurunun içerisinde yer alan kapiler boşluklarda yeterli miktarda suyun bulunması ve beton sıcaklığının çok düşük derecelerde olmaması gerekmektedir.29
•
Bu nedenle, yerine yerleştirme, sıkıştırma ve yüzey düzeltme işlemleri tamamlanmış olan taze betona uygulanacak bir sonraki işlem; betonun içerisindeki çimento ve su arasındaki kimyasal reaksiyonların oluşumunu engelleyebilecek veya yavaşlatacak koşullara karşı önlem almaktır.•
Betonun, özellikle ilk günlerinde yeterince hidratasyon yapabilmesini sağlayabilmek için betonun içerisinde yeterli miktarda suyun ve sıcaklığın bulundurulması ve bu ortamın korunması işlemine beton kürü/bakımı olarak tanımlanmaktadır.30
Betona kür uygulanmasının amaçları:
a) Taze betonu fazla sıcak ve soğuktan korumak b) Buharlaşma nedeniyle su kaybını engellemek c) Çimento hidratasyonunun devamlılığını sağlamak d) Rötreyi azaltmak
