Boyatürk Yapı Kimyasalları Dergisi | Priz Hızlandırıcı ve Hava Sürükleyicilerin Beraber Kullanımının Beton Özeliklerine



Priz Hızlandırıcı ve Hava Sürükleyicilerin Beraber Kullanımının Beton Özeliklerine

Priz Hızlandırıcı ve Hava Sürükleyicilerin Beraber Kullanımının Beton Özeliklerine


Prof. Dr. İlker Bekir Topçu / Eskişehir Osmangazi Üniversitesi - Mühendislik-Mimarlık Fakültesi - İnşaat Mühendisliği Bölümü - Öğretim Üyesi

 

Mustafa Bekdik / Eskişehir Osmangazi Üniversitesi - Mühendislik-Mimarlık Fakültesi - İnşaat Mühendisliği Bölümü Öğrencisi


Akışkanlaştırıcı, Priz Hızlandırıcı ve Hava Sürükleyicilerin Beraber Kullanımının Beton Özeliklerine Etkileri


Özet

Bu çalışmada, soğuk havada dökülen betonlara katılan akışkanlaştırıcı, priz hızlandırıcı ve hava sürükleyici kimyasal katkıların birlikte kullanıldıklarında beton özeliklerine olan etkileri incelenmeye çalışılmıştır. Hazırlanan be-ton reçetesine göre katılacak olan kimyasal katkıların top-lam oranları çimento ağırlığına göre %0, 1, 3 ve 5 olarak belirlenmiştir. Bu katkıların farklı oranlarda farklı çimentolarla kullanımlarında taze ve sertleşmiş beton özelikleri araştırılmıştır. Bir dizi deneyde, birlikte belirli oranlarda kullanılan bu katkıların CEM I, CEM II, CEM III ve CEM IV çimentoları ile üretilen betonlarda taze ve bir kenarı 15 cm olan küp numunelerde de sertleşmiş beton deneyleri ya-pılmıştır. Elde edilen sonuçlar şekiller üzerinde gösterilerek katkıların etkileri açıklanmaya çalışılmıştır. Şekiller çimento çeşitlerine ve katkı oranlarına göre yorumlanmışlardır.

1. Giriş

Kimyasal beton katkısı taze ve/veya sertleşmiş beton özelliklerini değiştirmek için karıştırma işlemi sırasında, betona çimento dozajının %5’ini geçmemek üzere eklenen kimyasal maddelerdir. Bu kimyasal katkılar ülkemizde TS EN 934-2’ye göre belirlenmiştir. Bu standarda göre katkı kimyasal katkılar şöyledir. Su azaltıcı/akışkanlaştırıcı, yüksek oranda su azaltıcı/süper akışkanlaştırıcı, hava sürükleyici, priz hızlandırıcı, priz geciktirici, su geçirimsizlik katkısı, su tutucu katkılar, sertleşme hızlandırıcı, priz geciktirici-su azaltıcı/akışkanlaştırıcı, priz geciktirici-yüksek oranda su azaltıcı/süper akışkanlaştırıcı, priz hızlandırıcı-su azaltıcı/akışkanlaştırıcılar. Ülkemizde en çok kullanılan kimyasal katkı türü, akışkanlaştırıcılardır. Bu katkının kullanım amaçları; betonda kullanılan su miktarını azaltarak işlenebilirliği, betonun dayanım ve dayanıklılığını arttırmak, üretimden yerinde dökülmeye geçen zamanda meydana gelen kıvam kayıplarının önlenip, yerleştirme ve pompalanmanın daha kolay sağlanmasını amaçlamaktadır. Süperakışkanlaştırıcı katkı ise kendiliğinden yerleşen betonun (KYB) ortaya çıkmasına sebep olmuştur, karışımın bu kadar akıcı olmasıyla birlikte kararlılığını sağlamak için viskozite arttırıcı maddeler kullanmak veya ince malzeme miktarını yüksek tutmak gerekmektedir. Kendiliğinden yerleşen beton boşlukları ve üniform beton dayanımını garanti eder ve yapı için daha üstün seviyede dayanıklılık ve bitirme potansiyeli sağlar [1- 7].


Eskişehir’de bulunan hazır beton firmalarına yapılan anketten alınan bilgiler sonucunda hazır beton firmalarının hangi tür marka akışkanlaştırıcı ve süperakışkanlaştırıcı katkı kullandığı ve hangi oranlarda betona kattıkları hususunda bilgiler elde edilmiştir. Ayrıca kullanılan akışkanlaştırıcı ve süperakışkanlaştırıcı katkıların taze beton özelliklerinde ne gibi değişiklikler yaptığı incelenmiştir. Sonuçta A, B ve C firmalarının farklı ya da aynı kimyasal katkı üreticilerinden aldığı normal ve süper akışkanlaştırıcı katkıların, kontrol betonlarına göre s/ç oranını yüzde 11–19 civarında düşürdüğü görülmüştür. Ayrıca normal akışkanlaştırıcı ve süper akışkanlaştırıcı katkı kullanımının taze betonun çökme miktarlarında, s/ç oranında, pompalanabilirliğinde oldukça yararlı olduğu görülmektedir [8].


Vibratör gerektirmeden kolay yerleşebilmesi, yüksek ayrışma direncine sahip oluşu, yüksek dayanıklılık özelliği gibi nedenlerle yüksek başarımlı (performanslı) be-ton üretimine olanak veren KYB, ülkemizde de tanınmaya ve kullanılmaya başlamıştır. KYB’un bileşimi, etkin bir süperakışkanlaştırıcı yanında toplam ince malzeme miktarı, viskozite arttırıcı katkı kullanımı, su/bağlayıcı oranı, maksimum agrega boyutu, kum/toplam agrega oranı ve iri agrega miktarı gibi parametreler açısından geleneksel betondan farklılık gösterir. Ayrıca bu betonlarda çimentosüperakışkanlaştırıcı katkı uyumu ayrı bir önem taşır. Bu çalışmada kendiliğinden yerleşen betonların genel özellikleri, bileşim özellikleri ve çalışma mekanizması gibi konulara değinilmiş, ayrıca hazır beton ve prefabrike sanayinde kullanılan farklı çimentolarla uyumları incelenmiştir [9].


Kendiliğinden yerleşen beton (KYB), kimyasal katkı kullanılarak yüksek akıcı kıvamda üretilen bir tür özel betondur. Bu tür betonların yerleştirilmesi daha kolay olacağı gibi, işlenebilirlikten doğan hatalar da azaltılmış olur. Daha kaliteli beton ve beton ürünlerinin elde edilmesi kolaylaşır. Bu çalışmada KYB’nin tarihsel gelişimi, tanımı avantajları, özellikleri, bu özelliklerin belirlenmesi için ya-pılan deneyler ve kullanım alanları derlenmiştir. Son zamanlarda, dünyada yaygın şekilde kullanılan, kullanılmaya başlanan KYB’nin özelliklerinin iyi bilinmesi beton sektörü açısından yararlıdır [10–12].

 

2. Deneysel Çalışma

2.1. Kullanılan Malzemeler Çimento:Bu çalışmada beton üretiminde bağlayıcı malzeme olarak CEM I, CEM II, CEM III ve CEM IV tipi çimentolar kullanılmıştır.

Agrega:Beton üretiminde kireç taşı kökenli dört farklı boyutta kırılmış agrega kullanılmıştır. Tüm agrega deneyleri TS 706’ya göre yapılmıştır. Kullanılan agregaların elek analizi deney sonuçları elde edilmiştir. Ayrıca agregaların; birim hacim ağırlık, hacim özgül ağırlık, su emme yüzdesi, organik madde varlığı, ince malzeme yüzdesi ve aşınma yüzdesi gibi bazı fiziksel özellikleri de ilgili standartlara göre test edilmiştir. Agregaların diğer özellikleri be-ton için uygundur.


Yapılan Deneyler:Taze betonlarda çökme ve yayılma, sertleşmiş betonlarda ise hasarsız olarak ultrases geçiş süresi, Schmidt sertliği, hasarlı olarak ise küp basınç deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ultrases geçiş süresinden ultrases geçiş hızı buradan da dinamik elastisite modülü hesaplanmıştır. Schmidt sertliği sonuçlarından basınç dayanımları tahmin edilmeye çalışılmıştır.




Malzeme temini ile birlikte Çizelge 1. deki karışım reçetesi hazırlanmıştır. Toplam gerekli malzeme miktarları belirlenip stoklanmış, arkasından bir beton üretim programı hazırlanıp üretimi başlanmıştır. Beton kürü laboratuvardaki havuzlarda yapılmıştır. Bu deneysel çalışma akışkanlaştırıcı, priz hızlandırıcı ve hava sürükleyici kimyasal katkı maddelerinin toplam olarak %0, %1, %3 ve %5 oranlarda çimento ağırlığına oranlanarak kullanılmıştır. Bu betonda kullanılacak olan kimyasal katkıların yüzde olarak dağılımları Çizelge 2’de gösterilmiştir






Çimento Dozajı 350 ve 450 su çimento oranı (s/ç) ise 0,50 olarak belirlenmiş olup, çimento cinsleri ise CEM I, CEM II, CEM III ve CEM IV’tür. Beton numuneleri 15 cm’lik boyutunda küp numunelerdir. Betonlar taze iken taze beton deneyleri, sertleştiğinde ise hasarlı ve hasarsız sertleşmiş beton deneyleri 7. ve 28 günde yapılmıştır. Taze betonlarda; taze birim ağırlık (kg/m³), çökme/Slump (cm), yayılma (cm), VeBe (sn), Walz (cm), hava miktarı ve sıcaklık (ºC) ölçümü deneyleri, sertleşmiş betonlarda ise birim ağırlık (kg/m³), hasarsız deneyler (ultrases geçiş süresi (μsn), rezonans frekansı, Schmidt sertliği), küp basınç dayanımı (MPa) deneyleri yapılmış ve deneylerin sonuçları bir tablo halinde Çizelge 3’te göstermiştir.





Şekil 1. Çökme değerlerinin toplam katkı oranı ile değişimleri

 

Şekil 1’de çökme değerlerinin toplam katkı oranı ile değişimlerinin farklı çimentolarla nasıl gerçekleştiği gösterilmeye çalışılmıştır. Buna göre CEM I’de %1’e üçlü katkı kullanılarak taze betondaki çökme değeri %8,33 olan artış, % 3’e çıkarıldığında, katkısız betona göre %16,67’lik bir oranla artış göstermiştir. Son olarak katkı oranını %5’e çıkardığımızda, katkısız betonun %25’i kadar bir artış sergilemiştir. CEM II çimentosunda üçlü katkı oranını %1’e çıkardığımızda 350 dozaj %22,22’lik bir artış gözlemlenmiş 450 dozajda ise %11,11’lik bir artış göstermiştir. Üçlü kimyasal katkımızı %3’e çıkardığımızda, bu oranın 350 dozajda katkısız betona göre %44,44’lük bir artış gösterdiği görülmüş ve 450 dozajda ise katkısız betona göre %22,22’lik bir artışla sonuçlanmıştır. CEM III’te ise %1’lik katkı ile %7,7’lik bir artış göstermiş %3’lük kimyasal beton katkısı ile katkısız betona göre %15,4’lük bir artışa geçmiş ve katkı oranını %5 yaptığımızda yine doğru orantılı olarak %23,1’lik bir artış göstermiştir. CEM IV’te ise numunemize %1’lik bir üçlü kimyasal katkı ilave ettiğimizde taze betonumuzda %33,33’lük bir artış sergiliyor. Katkı oranını %3’e çıkardığımızda katkısız betona göre %50’lik bir artışa ulaşıyor. Son olarak katkı oranımızı %5 yaptığımızda numunemiz katkısız numunemize göre tam olarak %66,67’ lik artış göstermiştir.



Şekil 2’de yayılmaların toplam katkı oranı ile değişimleri incelenmiştir. Buna göre CEM II 350 dozajlı numunemize %1‘lik bir kimyasal katkı ilavesi yaptığımızda katkısız beton numunemize göre %5,41‘lik bir artış sergilemiştir. Katkı oranımızı %3’e çıkardığımızda bu artışın katkısız numunemize göre %13,51‘lik olduğu ve katkı oranımızı %5 yaptığımızda %32,43’ lük bir artışa sahip olduğu görülmüştür. CEM II 450 dozajlı numunemizin %1’lik kimyasal katkı ile katkısız numuneye göre %5,71’ lik bir artışa ulaşmış, katkımızı %3 yaptığımızda bu artış %14,29 olmuş ve son olarak katkı oranımızı %5 yaptığımızda %28,57’lik bir artışa sahip olmuştur. CEM III’te ise katkısız betonun % 1, 3, 5 kimyasal katkılı beton numunelerine göre yüzde artış oranları sırasıyla %4,76, %8,33 ve 11,90 olduğu gözlemlenmiştir. CEM IV’te ise bu kimyasal katkı oranların katkısız çimento numunesine göre yüzde artışları sırasıyla % 18,62, %27, 88 ve %39,52’lik bir artışa sahip olmuştur.

 

Şekil 3’te Schmidt sertliği değerlerinin toplam katkı oranı ile değişimleri incelenmiştir. Buna gore CEM I’de %1 katkılı beton numunesinin katkısı betona göre %2,32’lik bir artışa sahip olduğu, katkı oranının %3 olduğu numunede ise katkısız betona göre %2,32’lik bir azalma görülmüştür. Katkı oranını %5 yaptığımızda ise katkısız betonla aynı değere sahip olduğu belirlenmiştir. CEM II 350 dozajda %1 katkılı numunenin katkısız numunemize göre %5,56’lık bir artış yaptığı %3 katkılı beton numunemizin de aynı artışta sahip ve sabit kaldığı gözlemlenmiştir. %5 katkılı numunemizde ise %8,33 artış olmuştur. CEM II 450 dozajda ise %1 katkılı beton numunemizin katkısız beton numunemize göre %4,17 azalma eğiliminde olduğu, %3 katkılı beton numunemizde ise %4,17’lik bir artış gözlemlenmiştir. %5 kimyasal katkılı numunemizin katkısız beton numunesiyle aynı olduğu görülmektedir. CEM III’te %1 kimyasal katkılı beton numunesinin katkısız beton numunesine göre %3,7 artışa ulaştığı ve bu değerin diğer kimyasal katkılarda sabit kaldığı görülmektedir. CEM IV’te ise %1 katkılı numunenin katkısız numuneye göre %2,32 artış gösterdiği bu artışın %3 kimyasal katkılı numunede %9,3 olduğu, %5 kimyasal katkılı beton numunesinde ise % 16,28 lik artışa ulaştığı gözlemlenmiştir.




 

Şekil 4’te basınç dayanımlarının toplam katkı oranı ile değişimleri incelenmiştir. Buna gore CEM I’de %1 ve %5 katkılı beton numunesinde bir artış gözlenmemiş fakat %3 katkılı betonda katkısız betona göre %3,85 lik bir artış olmuştur. CEM II 350 dozajlı numunelerde ise %1 katkılı numune katkısız numuneye göre artış %1,56, %3’te % 5,21 ve son olarak %5 katkılı numunede %17,19 olmuştur. CEM II 450 dozajda %1 katkılı numune katkısız numuneye göre %2,55 artış göstermiş, %3 katkıda bu artış %11,73 ve %5 katkılı numunede ise %14,29 dur. CEM III de sadece %1 katkılı numunenin katkısız numuneye göre %3,85 artış bir artışı gözlenmiş, %3 katkılı ve %5 katkılı numunelerin katkısız numuneyle aynı basınç dayanımına sahip olduğu görülmektedir. CEM IV’te ise katkısız betonun katkılı betonlardaki basınç dayanımları sırasıyla şöyle artmaktadır; %1 katkıda %13,04, %3 katkıda %17,39 ve son olarak %5 katkılı numunede %21,74 artış görülmüştür.


3. Sonuçlar ve Öneriler

• Çökme değerleri incelendiğinde toplam katkı oranı arttıkça çökme miktarının arttığı görülmektedir. En büyük çökme değerine CEM IV %5 katkı oranınında %25 artışla ulaşıldığı gözlemlenmiştir.

• En büyük yayılma değerine CEM IV %5 katkı oranınında %39,52 artışla ulaşıldığı gözlemlenmiştir.

• Ultrases geçiş süresinde azalmalar gözlemlenmiştir. Bunun sebebi katkıların boşlukları doldurması ile bu sürenin azalması olarak açıklanabilir.

• Schmidt sertliği değerlerinde, katkı oranları arttıkça az da olsa artışlar gözlemlenmiştir. CEM IV %5 katkı oranında %16,28’lik artışla ulaşılmıştır.

•Katkı oranları arttıkça küp basınç dayanımında az da olsa artışlar gözlemlenmiştir. CEM IV %5 katkı oranında % 21,74 artışla en büyük küp basınç dayanımına ulaşmıştır. CEM IV’te beraberce kullanılan akışkanlaştırıcı, priz hızlandırıcı ve hava sürükleyici kimyasal katkıların yüzde oranlarındaki artışlarla beraber taze beton ve sertleşmiş beton numunelerinde de artış olduğu açıkça belli olmaktadır.

• Küp basınç dayanımında da en iyi sonucu CEM IV vermektedir. Bu yüzden bu beraberce kullanılan akışkanlaştırıcı, priz hızlandırıcı ve akışkanlaştırıcı kimyasal katkıların CEM IV ile birlikte kullanılması iyi sonuçlar vermektedir.

 

4. Kaynaklar

1. Uyan, M, H., "Beton Katkı Maddeleri ve Türkiye’de Durumu”, Akdeniz Üniversitesi Isparta Müh. Fak., III. Mühendislik Haftası Bildirileri, 1985.

2. ACI COMMITTE 212, "Chemical Admixtures for Concrete”, ACI Materials Journal, May-June 1989, p.297.

3. Erdoğan, T.S., Erdoğan T.Y., "Kimyasal Katkı Maddeleri ve Tarihi Geçmişleri”, 2. Yapılarda Kimyasal Katkılar Sempozyumu ve Sergisi Bildiriler Kitabı, 21-34, Ankara, 2007.

4. Topçu İ.B, "Akışkanlaştırıcı ve Dona Dayanım Katkılarının Beton Özelliklerine Etkisi”, TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi, 4. Ulusal Beton Kongresi 30-31 Ekim- 1 Kasım 1996. 5. Topçu İ. B., Canbaz M., Karakurt C., "Beton Üretiminde Kimyasal Katkı Kullanımı.”, Politeknik Dergisi, Cilt 9, Sayı 1, S.59-63, 2006.

6. Topçu İ.B., Işıkdağ B., Tatar Ö., "Eskişehir’de Hazır Beton Üretiminde Kullanılan Katkı Maddelerinin Sertleşmiş Beton Özeliklerine Etkileri.”, Pamukkale Üniversitesi, Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt 12, Sayı 1, S.21-26, 2006.

7. Topçu İ.B., Canbaz M., Karakurt C., "Beton Üretiminde Kimyasal Katkı Kullanımı.”, Politeknik Dergisi, Cilt 9, Sayı 1, S.59-63, 2006.

8. Topçu, İ.B., Canbaz M., "Eskişehir’de Yapılan Bir Anket Işığında Beton Katkı Maddelerinin Kullanımı”, Yapılarda Kimyasal Katkılar Sempozyumu ve Sergisi, 24-26 Mart 2005, Ankara, ss. 169–178.

9. Felekoğlu B., Sarıkahya H., "Effect of chemical structere of polycarboxylate-based superplasticizers on workability retention of self-compacting concrete”, Construction and Building Materials, 22 (2008) 1972-1980, 2008.

10. Şahmaran M., Christianto H., Yaman İ., "The effect of chemical admixtures and mineral additives on the properties of self-compacting mortars”, Cement & Concrete Composites, 28 (2006) 432-440, 2006.