Bu yazımızda, alkali dayanıklı cam elyaf beton katkısı kullanılarak nasıl uygun ve dayanıklı bir beton elde edilebilirliğinden bahsedeceğiz.
Beton; tabiatı gereği düşük çekme dayanımı, kırılganlık, kararsız çatlak yayılımı, düşük kırılma dayanımı ve yetersiz süneklik davranışı gösterir. Betonun kendine özgü özelliklerinde iyileşme olmaksızın, betonarme yapılarda geleneksel takviye veya ön gerilmelerin uygulanması bu eksiklikleri genellikle ortadan kaldırır. Alternatif olarak, güçlü sert liflerin betona dahil edilmesinin, betonun mukavemetini ve sünekliğini arttırdığı bulunmuştur. Lifler, erken yaşlarda plastik büzülme çatlaklarını azaltmak için makul ölçüde etkilidir. Çünkü liflerin eklenmesi malzemenin çatlama sonrası sünekliğini arttırır. Dolayısıyla, alkali dayanıklı cam elyafların yüksek mukavemeti ve sertliği, çimento esaslı kompozitlerin güçlendirilmesi için yüksek bir potansiyel anlamına gelir.
Konu hakkında daha fazla bilgi için bu yazımıza göz atabilirsiniz.
Deneysel Çalışma
Mevcut çalışmada alkaliye dayanıklı cam elyafların ıslak betonun özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmış ve elde edilen sonuçlar deneysel olarak sunulmuştur. Bu çalışmada; Portland çimentosu, ince ve kaba agregalar ile Tablo 1’de gösterildiği gibi fiziksel ve mekanik malzeme özelliklerine sahip alkali dayanıklı cam elyaf kullanılmıştır.
Deney Koşulları
Yapılan deneyler boyunca; 1: 1,59: 3,70 oranlarında çimento; ince agrega: kaba agrega ve 0,51 su/çimento kullanılmıştır. Lifler ise ıslak beton halinde eklenmiş ve tekrar iyice karıştırılmıştır. Basınç ve bağ dayanımı için 150 mm ölçülerindeki küpler, yarmada çekme dayanımı için 150 mm çapında 300 mm uzunluğunda silindirler, eğilme dayanımı için 100 x 100 x 500 mm ebatlarında kirişler, % 0 – 4,50 alkali dayanıklı cam elyaf ve ağırlıkça % 0,5 çimento aralığında birleştirerek, her bir test için, üç örnek elyaflı ve elyafsız olarak dökülmüştür. Tüm örneklerin sıkıştırılması, elyafların toplanmasını önlemek için bir masa vibratörü kullanılmıştır. Tüm örnekler oda sıcaklığında 28 gün suyla kürlenmiş ve 1000 kN Universal Test Makinesi (UTM) üzerinde yüzey kuru halde test edilmiştir. Ayrıca, dayanım performansının değerlendirilmesi için toplamda 150 örnek dökülmüş ve test edilmiştir. Bu çalışmada sunulan sonuçların her bir değeri üç test örneğinin ortalaması olarak verilmiştir.
Sertleşmiş Cam Elyafla Güçlendirilmiş Beton Nedir ve Uygulanan Testler Nelerdir?
Sertleşmiş cam elyafla güçlendirilmiş beton, elyaf takviyeli bir beton türüdür. Aynı zamanda, prekast olarak da bilinir. Cam elyaf takviyeli betonlar; beton matrikse gömülü olan yüksek mukavemetli ve alkaliye dayanıklı cam elyaftan oluşurlar. Alkaliye dirençli cam elyafla güçlendirilmiş betonun işlenebilirliği, çökme konisi testi ile belirlenir. Islak silindirin ağırlığı ve hacmi ölçülerek, standart silindirler yardımıyla yaş yoğunluğu elde edilir. Bu özelliklerin sonuçları Tablo 2’de gösterilmiştir. Sertleşmiş cam elyafla güçlendirilmiş betonda uygulanan testler arasında basınç, eğilme, bağ ve yarmada çekme dayanımları vardır. Her bir test için ilgili standartlara göre standart bir test prosedürü izlenmiş ve sertleştirilmiş cam elyafla güçlendirilmiş beton mukavemet performansı incelenmiştir. İşlenebilirlik, çökme (slump) ile ölçülür.
- Tablo 2’ye göre işlenebilirlik sertleşmiş cam elyafla güçlendirilmiş betonda elyaf içeriğinin artmasıyla normal betona göre daha düşüktür. Çökmedeki maksimum düşüş % 4,5 elyaf içeriğiyle % 44,44 olduğu gözlemlenmiştir. Sertleşmiş cam elyaf beton katkısı, ıslak birim hacim ağırlığı elyaf içeriğinin artması ile artar, bununla birlikte artış marjinaldir.
Çalışmada Hesaplanan Dayanımlar
Normal ve sertleşmiş cam elyafla güçlendirilmiş beton örneklerinin tahribatlı muayenesinden sonra çeşitli dayanımlar bu çalışma sırasında hesaplanmıştır. Her bir test; üç kopya halinde gerçekleştirilmiş ve sonuçların ortalaması alınıp kaydedilmiştir. Her bir kuvvet değeri üç test numunesinin ortalamasıdır.
1. Basınç Dayanımı: UTM kullanılarak 150 mm ölçülerindeki küplere basınç uygulanarak elde edilmiştir. Basınç dayanımı sonuçları ve sertleşmiş cam elyafla güçlendirilmiş betonun, normal betona göre basınç dayanımındaki artış Tablo 3’te gösterildiği gibidir.
- Elyaf içeriğinin artmasıyla basınç dayanımı sürekli bir şekilde artar. Basınç dayanımındaki maksimum artış; % 4,5 elyaf oranı ile % 28,46 olarak elde edilmiştir. Dayanımdaki artış elyaf içeriği ile doğru orantılıdır.
2. Eğilme Dayanımı: Bu dayanımın tespiti için, 100 x 100 x 500 mm ebadındaki her bir numune 400 mm’lik bir açıklık üzerinde desteklenmiş ve açıklığın orta üçte birinde iki noktalı bir yük uygulanmıştır. Merkezi çökmeler ilk çatlağa kadar kaydedilmiştir. Bütün kirişler göçme durumuna kadar yüklenmiştir.
- Eğilme dayanımı % 4 elyaf içeriğine kadar yükselmektedir. Normal betona göre dayanımdaki maksimum artış % 4 elyaf içeriği ile % 50,08’dir. Eğilme dayanımı elyaf içeriğinin % 4,5 olması durumunda % 42’ye düşmektedir.
3. Eğilmede Kesme Dayanımı: Malzemelerin mukavemeti teorisinden yararlanılarak eğilme elemanlarının kesme dayanımı hesaplanmıştır. Maksimum kayma mukavemeti denklemi; elyafın hacimsel oranı, matrisin elastik modülü (beton), elyafın elastik modülü ve dört noktalı eğme testinden elde edilen eğilme mukavemetine dayanarak önerilir. Dayanımdaki oransal artımları ile eğilme dayanımı ve yük-çökme sonuçları Tablo 4’te verilmiştir.
- Eğilmede Kesme dayanımı, eğilme dayanımı ile doğrusal olarak değiştiği bulunmuştur.
4. Yarmada Çekme Dayanımı: Betonun gerilme mukavemetini belirlemek için silindir yarma testi kullanılmıştır. Bu testte, düşey simetrik bir düzlem boyunca, numunenin bölünmesine neden olan, çekme düzlemini normal düzeye ayarlayan basınç hattı yükleri uygulanmıştır. Çalışma esnasında, elastisite teorisini kullanarak türetilen formül, ayırma sırasında gerilme mukavemetini hesaplamak için kullanılmıştır. Yarmada çekme dayanımında elde edilen sonuçlar Tablo 5’te gösterilmiştir.
- Betonun silindir yarmada çekme dayanımı elyaf içeriğinin artmasıyla olukça artar. Yarmada çekme dayanımı normal betona göre % 4,5 elyaf içeriği ile maksimum % 48,68’e kadar artmaktadır. Yarmada çekme dayanımı, sertleşmiş cam elyafla güçlendirilmiş betonun basınç dayanımının doğal logaritması ile değiştiği bulunmuştur.
- Betonda cam elyafın eklenmesiyle bağ mukavemeti artmış ve normal betona göre % 3.0 oranında elyaf içeriğine kadar maksimum % 35’lik bir artış gözlenmiştir. Bununla birlikte, daha yüksek lif muhtevası için hızlı bir şekilde azaldığı ve lif içeriğinin% 4.5’ inde % 9.60’a kadar azaldığı bulunmuştur. Lif muhtevasındaki artış ile bağ mukavemetindeki bu azalma, liflerin toplanmasına bağlı olabilmektedir. Bu dayanım, basınç dayanımının doğal logaritmasının bir fonksiyonu olarak bulunmuştur.
Poisson Oranı Nedir ?
Poisson oranı; tek eksenli bir gerilme hali için, yanal gerilme ile eksenel gerilme oranının negatif işaretlisi olarak tanımlanır. Eğer bir malzemeye bir gerilme yükü uygulanırsa, malzeme Şekil 1’de soldaki resimde gösterildiği gibi yükün uygulandığı doğrultuda yani gerilme düzlemine dik olacak şekilde uzayacaktır. Basma yükü altında ise eksenel boyut Şekil 1’de sağdaki resimde gösterildiği gibi azalacaktır. Eğer hacim sabit ise de şekil değiştirmeye karşılık gelen bir yanal daralma ya da genişleme olmalıdır. Bu yanal değişim eksenel değişimle sabit bir ilişki gösterir. Bu eksensel-yanal şekil değişiminin ilişkisi de Poisson oranı olarak adlandırılır.
Neville’ye göre, Poisson oranı (μ) aşağıdaki gibi hesaplanır.
Ancak bu çalışmada hesaplanan Poisson oranı ile Neville’nin tanımladığı formül ile hesaplanan değerler arasında farklar elde edilmiştir. Bu sebeple, doğru sonuca ulaşmak için yeni bir Poisson oranı denklemi oluşturulup çalışma esnasında kullanılmıştır. Sertleşmiş cam elyafla güçlendirilmiş betonun Poisson oranının; 0,11 ile 0,16 arasında değiştiği ve genellikle 0,11 ile 0,21 arasındaki sınırlar arasında değiştiği bulunmuştur.
Optimum Elyaf İçeriği
Optimum elyaf içeriği; sertleşmiş cam elyaf beton katkısı ile güçlendirilmiş betonun maksimum dayanıma ulaştığı elyaf içeriğidir. Değişik dayanımlar için optimum lif içeriği Tablo 7’de gösterilmiştir.
Deney Sonuçları
- Islak cam elyaf takviyeli betonun (GFRC) işlenebilirliği, elyaf içeriğindeki artışla azalır. Elyaf içeriğinin artmasıyla betonun ıslak yoğunluğu artar; ancak artış marjinaldir.
- 28 günde, normal betona göre; küp basınç dayanımı, eğilme dayanımı, yarmada çekme dayanımı ve bağ dayanımı yüzdesindeki artış; % 4.5, % 4.0, % 4.5 ve % 3 elyaf hacmi için sırasıyla 28, 46, 50,08, 48,68 ve 35,20’dir.
- Yük – sehim davranışı; cam elyafın, normal betona kıyasla, beton eğilme elemanı içerisine dahil edilmesi ile yük taşıma kapasitesinin arttırdığını göstermektedir. Bu durum, cam elyafın eklenmesi ile betonun eğilme dayanımı ve sünekliliğindeki artışı göstermektedir.
- GFRC’nin eğilme dayanımı, silindir yarmada çekme dayanımı ve bağ dayanımını bulmak için küp basınç dayanımına dayanarak deneysel ifadeler oluşturulmuş ve eğilme dayanımı üzerinden de eğilmede kesme dayanımı için ampirik bir ifade önerilmiştir. Bu ifadelerden tahmin edilen sonuçlar; bu araştırmadaki teorik ve deneysel sonuçlarla mükemmel bir uyum içindedir.
- GFRC’nin elastik sabitleri çeşitli yöntemlerle elde edilir. Elyaf hacimsel oranı ve GFRC’nin küp basınç dayanımı üzerinden elastisite modülü için ampirik bir ifade geliştirilmiş ve elyaf hacimsel oranı ve lifin en-boy oranına dayanarak Poisson oranı ifadesi oluşturulmuştur. Poison oranının tahmini değerleri, Neville’ in yöntemiyle mükemmel bir uyum içindedir.
- Genel olarak, cam elyafların düz betona dahil edilmesiyle çeşitli mukavemetlerde önemli iyileşmeler gözlenmiştir. Bununla birlikte, beton mukavemetindeki maksimum kazancın (GFRC) lif içeriğinin miktarına bağlı olduğu bulunmuştur. Mukavemette maksimum kazanç sağlamak için optimum lif içeriği, dayanım türüne göre değişir.
Sonuç: Cam Elyaf Beton katkisi Neye Yarar?
Alkaliye dayanıklı cam elyafla güçlendirilmiş beton, günümüzde tüm dünyada ekonomiye, teknolojiye ve inşaat estetiğine katkı sağlayan bir malzemedir. Çünkü, beton doğası gereği; düşük çekme dayanımı, kırılganlık, kararsız çatlak yayılımı, düşük kırılma dayanımı ve yetersiz süneklik davranışına sahiptir. Dolayısıyla bu özelliklerin ortadan kaldırılması daha güçlü yapılar elde edilmesine olanak sunar. Bu içeriğimizde, alkali dayanıklı cam elyaflar kullanılarak uygun ve dayanıklı bir beton elde etmek mümkün mü konusunu ele aldık. Sert liflerin betona ilave edilmesinin beton dayanımına ve sünekliğine pozitif etkisi olduğu bu çalışmanın temel sonuçları arasındadır. Çalışma sonucunda elde edilen bulgular; alkali dayanıklı cam elyafların yüksek mukavemeti ve sertliği, çimento esaslı kompozitlerin güçlendirilmesi için yüksek bir potansiyel taşıdığını göstermiştir.
Kullanılan Kaynaklar:
- Performance of Alkali-resistant Glass Fiber Reinforced Concrete
- Neville, A.M., (1995). properties of concrete “4th edition, Longman Group Limited.
