Doç. Dr. Halit YAZICI

(1)

LĐFLĐ BETON-1

Doç. Dr. Halit YAZICI

http://kisi.deu.edu.tr/halit.yazici/

Ö Ö ZEL BETONLAR ZEL BETONLAR

Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü

(2)

L L Đ Đ FL FL Đ Đ BETON BETON

(FIBER REINFORCED CONCRETE)

(3)

BETON BETON

Ç Ç imento imento

Katk Katk ı ı lar lar Su Su

Agregalar

(4)

AMAÇ:

Betonda

• DAYANIM

• DAYANIKLILIK

• SÜNEKLĐK

• ÇATLAK KONTROLÜ’ne

yönelik olarak kullanılır

(5)

KERPĐÇ, TUĞLA VE HARÇTA;

•SAMAN ÇÖPÜ

•KEÇĐ KILI, AT YELESĐ

•ĐNSAN SAÇI

BETONDA;

•ÇELĐK

•POLĐPROPĐLEN

•POLĐOLEFĐN

•CAM

•DOĞAL LĐFLER

MÖ AT YELESĐ, KEÇĐ KILI 1900 ASBEST

1950 KOMPOZĐT MALZEMELER

1960 LĐFLĐ BETON

1970 ÇELĐK, CAM, POLĐPROPĐLEN LĐFLĐ BETONLAR

1990 YENĐ LĐF ÜRETĐM TEKNĐKLERĐ 2000+ YAPISAL UYGULAMALAR,

YENĐ ÜRÜNLER

LĐFLĐ BETONUN GELĐŞĐMĐ

(6)

Mühendislik malzemeleri iç yapılarına göre;

1. METALLER 2. SERAMĐKLER 3. POLĐMERLER 4. KOMPOZĐTLER

Kompozit malzemeleri iç yapılarına göre;

1. PARTĐKÜLLÜ KOMPOZĐTLER 2. TABAKALI KOMPOZĐTLER

3. LĐFLĐ KOMPOZĐTLER

Liflerle donatılı kompozitler matris ve lif fazının davranışına göre;

1. KIRILGAN LĐF-SÜNEK MATRĐSLĐ SĐSTEMLER 2. KIRILGAN MATRĐS-SÜNEK LĐFLĐ SĐSTEMLER

MÜHENDĐSLĐK MALZEMELERĐNĐN GRUPLANDIRILMASI

(7)

BETON TEKNOLOJİSİNDEKİ SON GELİMELERDEN SONRA NORMAL DAYANIMLI BETONLAR İÇİN KULLANILAN MALZEMELER ÇOK BÜYÜK ORANDA

FAZLA DEĞİMEDEN BASINÇ DAYANIMI 100 MPa’ı AAN YÜKSEK DAYANIMLI BETONLAR

ÜRETİLEBİLİR

YALIN BETON GEVREK BİR MALZEMEDİR!

ÇEKME DAYANIMI YAPISAL DİZAYNDA İHMAL EDİLECEK DERECEDE DÜÜKTÜR!

YÜKSEK TOKLUK VE SÜNEKLİKTEN YOKSUNDUR!

ÇELİK VEYA SENTETİK

LİFLERİN BETONA KATILMASI

SÜNEKLİĞİ ARTTIRIR!

(8)

BETON İÇERİSİNDE HOMOJEN OLARAK DAĞILI BULUNAN, KISA KESİLMİ LİFLER BETONDA;

ÇATLAK OLUMASINI GECİKTİRİR

ÇATLAK YAYILIMINI VE İLERLEMESİNİ ÖNLER / GECİKTİRİR

AAMALI OLARAK MATRİSTEN SIYRILMA VE KOPMA

MEKANİZMASI İLE BETONUN ENERJİ YUTMA KAPASİTESİNİ

ÖNELİ ORANDA GELİTİRİRLER

(9)

ENERJİ YUTMA KAPASİTESİ (SÜNEKLİK) DARBE DAYANIMI

İLK ÇATLAK DAYANIMI ÇEKME DAYANIMI

EĞİLME DAYANIMI BASINÇ DAYANIMI ELASTİSİTE MODÜLÜ

(10)

LİFLİ BETONUN KULLANIM ALANLARI

ENDÜSTRİYEL ZEMİNLER

•Fabrika zeminleri

•Derzsiz zeminler

•Yol betonları

•Benzin istasyonu, depo, hangar v.b. Yapıların zemin betonları

PREFABRİK BETON UYGULAMALARI

• Konvansiyonel donatının azaltılması

• Etkin çatlak kontrolünün sağlanması

• Düzgün beton yüzeyinin oluşturulması

PÜSKÜRTME BETON UYGULAMALARI

• Hasır çelik yerine kullanım

•Zaman ve maliyet tasarrufu

(11)

(Lofgren 2005) Değişik lif tipleri

(12)

Deformasyon Gerilme

ε ε ε ε_mu ε

ε ε ε_fu σ

σ σ σ_cu,I

σσσ σ_fu

σ σ σ σ_cu,II

σσ σσ

mu

LİF

KOMPOZİT

MATRİS

KIRILGAN LĐF-SÜNEK MATRĐSLĐ SĐSTEMLERĐN YÜK ALTINDAKĐ DAVRANIŞLARI

Sistemdeki lif fazı göçme deformasyonuna ulaştıktan sonra kompozitin davranışı

matris davranışına benzer.

Ancak daha düşük seviyelerde yük taşıyabilir.

(13)

Deformasyon Gerilme

εεε εfu

εεε εmu

σ σσ σ_cu,I

σ σ σ σ_fu

σ σσ σ_cu,II

σ σσ σ_mu

LİF

KOMPOZİT

MATRİS

V_f>V_f,cr

V_f<V_f,cr

KIRILGAN MATRĐS-SÜNEK LĐFLĐ SĐSTEMLERĐN YÜK ALTINDAKĐ DAVRANIŞLARI

Sistemde ilk göçme deformasyonuna ulaşan

matris bileşenidir. Bu noktadan sonra kompozit, lif

miktarına bağlı olarak daha yüksek gerilmeleri

taşıyabilmektedir.

(14)

KIRILGAN MATRĐS-SÜNEK LĐFLĐ SĐSTEMLERDE KIRILMA ŞEKĐLLERĐ

1. LĐF MĐKTARI KRĐTĐK ORANIN ALTINDA ĐSE:

matris kırıldıktan sonra kompozit daha düşük seviyede yük taşır.

(15)

2. LĐF MĐKTARI KRĐTĐK ORANINDA ĐSE:

matris kırıldıktan sonra kompozitin davranışı liflerin kopması ve matristen sıyrılması şeklindedir.

KIRILGAN MATRĐS-SÜNEK LĐFLĐ SĐSTEMLERDE

KIRILMA ŞEKĐLLERĐ

(16)

3. LĐF MĐKTARI KRĐTĐK ORANIN ÜZERĐNDE ĐSE:

başlangıçta matris ve lifler tarafından taşınan gerilme matrisin göçmesi ile birlikte kompozit bünyesindeki gerilme

bir miktar düşmekte, daha sonra lif miktarına bağlı olarak kompozit daha yüksek bir gerilmeyi taşıyabilmektedir.

KIRILGAN MATRĐS-SÜNEK LĐFLĐ SĐSTEMLERDE

KIRILMA ŞEKĐLLERĐ

(17)

ASBEST LĐFLĐ

ÇELĐK LĐFLĐ POLĐPROPĐLEN LĐFLĐ

CAM LĐFLĐ

LĐFLĐ BETON ÇEŞĐTLERĐ

(18)

(19)

(20)

LĐFLĐ BETONUN AVANTAJLARI

300300 KAVĐKAVĐTASYONTASYON--EROZYON DAYANIMIEROZYON DAYANIMI

±

±±

±

±2525 ELAST

ELASTĐĐSĐSĐTE MODÜTE MODÜLLÜÜ

±±

±±2525 BASIN

BASINÇÇ DAYANIMIDAYANIMI

5050--100100 DEFORMASYON KAPAS

DEFORMASYON KAPASĐĐTESĐTESĐ

50-50-100100 YORULMA DAYANIMI

YORULMA DAYANIMI

50-50-100100 EĞĐEĞĐLME DAYANIMILME DAYANIMI

25-25-100100 ÇÇEKME DAYANIMIEKME DAYANIMI

25-25-100100 ĐLK ĐLK ÇÇATLAK DAYANIMIATLAK DAYANIMI

100100--12001200 DARBE DAYANIMI

DARBE DAYANIMI

100-100-12001200 TOKLUK

TOKLUK--ENERJENERJĐĐYUTABĐYUTABĐLME LME

ARTIARTIŞŞ (%)(%) MEKAN

MEKANĐĐK K ÖÖZELLĐZELLĐKK

(21)

LĐFLĐ BETONUN KULLANIM ALANLARI

ENDÜSTRĐYEL YAPILARDA

döşemelerde dinamik yüklemeler ve termal etkilere karşı SU YAPILARINDA

kavitasyon hasarları ve dinamik yüklemeler için PÜSKÜRTME BETON UYGULAMALARINDA

hasır çelik kullanılmaması, esneklik ve zaman tasarrufu için ŞEV VE TÜNEL KAPLAMALARINDA

stabilite sağlanması için

HAVAALANI, LĐMAN VE KARAYOLU DÖŞEMELERĐNDE tekrarlı yükler ve yorulma durumuna karşı

KABUK YAPILARDA

mimari nedenler ve ince kesitler için DEPREME DAYANIKLI YAPILARDA

sünekliği arttırmak için

YANGINA DAYANIKLI YAPILARDA

termal ve mekanik şok etkilerine karşı ÖNYAPIMLI BETONARME ELEMANLARDA

çatlak oluşumunun engellenmesi için PATLAMAYA DAYANIKLI YAPILARDA

enerji sönümlemesi için

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

LĐFLĐ BETONLARIN

ÖZELLĐKLERĐ

(28)

MATRĐS BĐLEŞENLERĐ

MALZEME ÖZELLĐKLERĐ VE SEÇĐMLERĐ

(29)

ÇĐMENTO SEÇĐMĐ

Çimento hamuru ile matrisin diğer bileşenleri arasındaki bağ tamamen fiziksel bir bağ olmalıdır. Çimento, hidratasyon reaksiyonlarını ve betonun performansını engelleyecek herhangi bir zararlı oluşum göstermemelidir.

CAM LĐF

YÜKSEK ALKALĐLĐ ÇĐMENTO

Normal betonlarda olduğu gibi lifli betonlarda da istenen performansa ve betonun kullanılacağı ortama uygun çimento seçimi yapılmalıdır.

ASR

DĐKKAT!!!!!!

(30)

SU SEÇĐMĐ

Hidratasyon olayını etkileyen, liflerin bozulmasına neden olan asit, klor, sülfat, organik madde v.b. zararlı bileşenler içermemelidir.

Temiz ve içilebilir nitelikte olmalıdır.

DĐKKAT!

(31)

AGREGA SEÇĐMĐ

Đyi bir aderans için

çakıl yerine tercihen kırmataş kullanılmalıdır.

Đşlenebilirliği arttırmak ve homojen lif dağılımı elde edebilmek için

iri agrega miktarı sınırlandırılmalıdır.

(32)

MĐNERAL KATKILAR

Dayanımı ve dayanıklılığı arttırmaya yönelik

olarak lifli betonlarda uçucu kül, silika dumanı, taş tozu v.b.

mineral katkılar

kullanılabilir.

(33)

KĐMYASAL KATKILAR

Betonda lif içeriğinin artışıyla birlikte azalan işlenebilirlik ciddi bir problem olmaktadır. Bu sorun ancak akışkanlaştırıcı katkıların kullanımı ile çözülebilmektedir.

(34)

LĐFLER

MALZEME ÖZELLĐKLERĐ VE SEÇĐMLERĐ

(35)

LĐFLER BETONDA HANGĐ AMAÇ ĐÇĐN KULLANILACAKSA O YÖNDE LĐF ÇEŞĐDĐNĐN SEÇĐLMESĐ GEREKĐR.

Taze beton çatlaklarının önlenmesi

Sertleşmiş betonda eğilme ve çekme dayanımının arttırılması

Enerji yutabilme kapasitesinin arttırılması

Aşınma dayanımının arttırılması

Cam, sentetik (polipropilen, poliefin, naylon)

Çelik, karbon

Polipropilen, çelik

Çelik

(36)

LĐFLER BETONDA HANGĐ ORANDA KULLANILACAĞI ŞU DEĞĐŞKENLERE BAĞLIDIR:

Kullanılacak lif çeşidi

Liflerin boyutları

Liflerin geometrik şekilleri

Lif ile beton arasındaki kenetlenme özellikleri

(37)

Yüzeyi pürüzlü, dalgalı ya da uçları kıvrılmış liflerin beton matrisinden sıyrılması, düz liflere göre daha zordur.

Temel olarak lif, çeliğin doğası gereği çok yüksek çekme dayanımına sahiptir.

Fakat çelik lifin bu yüksek performansının ne kadarının beton kesitte

kullanılabileceği lifin tipine ve matrise aderansına bağlıdır.

Liflerin belirli bir gerilmeden sonra matristen sıyrılması betonun performansını

olumsuz etkiler. Bu sıyrılma olayı direkt olarak matrisin yapısı ile ilgili olmasına karşın kullanılan lifin özelliklerine de bağlıdır.

(38)

Beton içerisine dağılmış olan lifler matriste ilerleyen çatlağın yol açtığı gerilmeleri kendi üzerlerine alırlar ve matrisin çatlamamış bölgelerine iletirler. Betonda lif bulunmaması halinde ise betona herhangi bir gerilme uygulandığında meydana gelen mikroçatlaklar gerilmenin artması ile çeşitli yönlere yayılarak belirli bir gerilme değerinde betonun parçalanmasına neden olurlar.

Çatlak oluştuktan sonra ilerlerken yayılma için gereken enerji düşüktür ve

genellikle çatlağın oluşması için gereken enerjinin yarısı olarak kabul edilir. Beton içerisinde lif bulunması halinde, başlangıçta mikroçatlağı meydana getiren enerji, lifler aracılığı ile çatlağın yanındaki sağlam bölgelere aktarılır. Bu nedenle çatlağın yayılması için daha fazla enerji gerekir. Böyle bir enerjinin bulunması halinde bile, bu enerjinin büyük bir bölümü yine lifler tarafından taşınır ve bu taşıma liflerin

matristen sıyrılması için gereken kuvvete kadar devam eder. Beton kırıldıktan sonra bile çelik lifler kırılan beton parçalarını bir arada tutarak nihai yükten daha fazla bir yükün taşınmasına yardım ederler.

(39)

Betona katılan kısa kesilmiş lifler matrisi takviye ederek beton içerisinde üzerinden gerilmelerin geçtiği küçük köprücükler olarak rol oynarlar

(40)

Betterman vd., 1995, (ekil Bayramov 2004’den uyarlanmıştır)

(41)

Çelik teller;

Matris içerisinde homojen dağılı, kısa kesilmiş çelik teller matristeki çatlak oluşumu ve yayılmasını

azaltır.

Beton içerisinde zaten var olan mikroçatlakların yük etkisi altında gelişip büyüyerek makro

çatlaklara dönüşmesini durdurur veya geciktirir.

Beton çatladıktan sonra çatlamış kesiti bir arada tutar ve gerilme köprüsü görevi görür.

Özellikle çekme ve eğilme etkisi altında yük taşıma

kapasitesinde artış sağlar.

(42)

ÇATLAK ÖNÜNDE LİFİN ÇALIMA MEKANİZMASI

(43)

(44)

(45)

ÇELİK LİF DONATILI BETONLAR

Çelik lifli beton teknolojisinde değişik geometri ve tipte çelik lifler kullanılmaktadır.

Kullanılan lifin tipi çelik lifli betonun mekanik özelliklerini etkileyen en önemli parametredir.

Çekme ve kesme kuvvetine çalışan liflerin beton ile aderansı lifli betonun performansını önemli derecede etkiler.

Yüzeyi pürüzlü, dalgalı ya da uçları kıvrılmış liflerin beton matrisinden sıyrılması, düz liflere göre daha zordur. Temel olarak lif, çeliğin doğası gereği çok yüksek çekme dayanımına sahiptir. Fakat çelik lifin bu

yüksek performansının ne kadarının beton kesitte kullanılabileceği lifin tipine ve matrise aderansına bağlıdır. Liflerin belirli bir gerilmeden

sonra matristen sıyrılması betonun performansını olumsuz etkiler. Bu sıyrılma olayı direkt olarak matrisin yapısı ile ilgili olmasına karşın kullanılan lifin özelliklerine de bağlıdır.

(46)

ÇELĐK LĐF TĐPLERĐ

yuvarlak dikdörtgen düzensiz

düz çengelli çiftkenar tekkenar kıvrımlı paletli sonlanmış

(47)

ÇELĐK LĐFLER ĐÇĐN ;

Görünüm oranı l/d=60-100, lif boyu l=30-60 mm Düz veya uçları çengelli

Hacimce %0.5-2.0 oranında

KOROZYONA DĐKKAT!!!

GEREKĐRSE GALVANĐZ KAPLI LĐF.

(48)

TAZE BETON ÖZELLĐKLERĐ

(49)

TASARIM

Lifli beton üretilmeden önce betonun nerede kullanılacağı, yapının esası ya da bir parçası mı olacağı, yapıda hangi etkiler altında kalacağı ve bu betondan beklenen özellikler açıkça belirtilmelidir.

Daha sonra bu mevcut ve beklenen koşulların sağlanmasında en yüksek performansa uygun malzeme (lif tipi, boyutları ve dozajı, çimento, agrega) seçilmelidir.

(50)

KARIŞIM ESASLARI

Normal beton üretimi ile benzeşimler gösterse de lifli beton üretiminde lif kullanımı sonucu bir takım farklılıklar vardır. Çelik lifli betonlar için matris özelliklerini geliştirmek amacıyla bir dizi öneri getirilmiştir.

Portland ya da katkılı Portland Çimentosu kullanılmalı, Maksimum S/Ç oranı 0.55 alınmalı,

Minimum çimento dozajı 320 kg/m³ olmalı,

Kum miktarı toplam agrega kütlesinin en az %40-55’i (750-850 kg/m³) olmalı, Karışımlarda doğal kum kullanılmalı,

Matrisi güçlendirmek için puzolan (uçucu kül, silika dumanı) kullanılmalı, Korozyona dayanıklılık için kaplanmış lifler kullanılmalı,

Dmax doğal agrega için 28 mm, kırma taş için 32 mm olmalı, 16 mm’den büyük agrega oranı %15-20 ile sınırlandırılmalı,

Betonun karakteristik basınç mukavemeti en az 20 MPa olmalı, Đşlenebilirlik sağlaması için akışkanlaştırıcı kullanılmalı,

(51)

Betona ilave edilebilecek maksimum çelik tel miktarı, kg/m³, (TSE 10515)

2525 4040 5555 7070

3030 5555 7575 9595

4040 6565 9595 120120

pompa pompa Uzunluk/

Uzunluk/ççap=100ap=100 Uzunluk/

Uzunluk/ççap=75ap=75 Uzunluk/

Uzunluk/ççap=60ap=60

pompa pompa pompa

pompa normalnormal

3030 4040

5050 3232

5555 7070

8585 1616

7575 100100

125125 88

9595 125125

160160 44

normal normal normal

normal DmaxDmax

(mm)(mm)

(52)

ĐŞLENEBĐLĐRLĐK

Lifli betonların işlenebilirliğini etkileyen faktörler:

- Maksimum tane çapı - Tane dağılımı,

- Lif hacmi, - Lif tipi,

- Lif görünüm oranı,

- Sıkışık hava miktarı.

- Su/çimento oranı,

Lifli betonlarda işlenebilirliği azaltan en önemli iki parametre:

- Karışımdaki lif hacmi,

- Lif görünüm oranı (uzunluk/çap).

(53)

LĐF MĐKTARI, LĐF GÖRÜNÜM ORANI

VE ĐŞLENEBĐLĐRLĐĞĐN DEĞĐŞĐMĐ

(54)

ĐŞLENEBĐLĐRLĐK DENEYLERĐ

SLUMP DENEYĐ SAĞLIKLI SONUÇLAR VERMĐYOR!

GÖRECELĐ OLARAK KULLANILABĐLĐR.

VE-BE DENEYĐ LĐFLĐ BETONLAR ĐÇĐN

EN UYGUN ĐŞLENEBĐLĐRLĐK DENEYĐ.

TERS KONĐ DENEYĐ YÜKSEK ORANDA AKIŞKANLAŞTIRILMIŞ BETONLAR ĐÇĐN UYGUN DEĞĐL

(55)

LĐFLĐ BETONLARIN KÜRÜ

STANDART KÜR

ISIL ĐŞLEM (HIZLANDIRILMIŞ KÜR YÖNTEMLERĐ) YETERLĐ BĐR KÜR YÖNTEMĐ!