Günümüzde yüksek binalardan büyük açıklıklı yapılara, özel geometriye sahip narin enkesitli yapısal elemanlardan dış cephe kaplama malzemelerine kadar birçok alanda çok yüksek dayanımlı betonlara olan ihtiyaç hızla artıyor. Bu ihtiyaca yanıt olarak, beton teknolojisinin son yıllarda geliştirdiği en yenilikçi ürünlerden biri ultra yüksek performanslı betonlar (UHPC) oldu. İnce kesitli yapı elemanları ve zorlu çevre koşullarına dayanıklılık gerektiren projelerde ultra yüksek performanslı beton (UHPC) kullanımı, sektör profesyonellerinin en çok merak ettiği konular arasında yer alıyor. Peki, ultra yüksek performanslı beton (UHPC) nedir, hangi üstün özellikleriyle öne çıkar? Detaylı bilgi ve deneysel bulgular eşliğinde hazırladığımız yazımızı okumaya devam edebilirsiniz.
Ultra Yüksek Performanslı Beton (UHPC) Nedir?
Ultra yüksek performanslı beton (UHPC), çok düşük su/bağlayıcı oranı, yoğun iç yapısı ve yüksek dayanımlı agregaları sayesinde 150 MPa ve üzeri basınç dayanımlarına ulaşabilen, çelik, karbon veya sentetik liflerle güçlendirilerek olağanüstü mekanik performans sunan özel bir beton türüdür. Modern yapı teknolojisinin sunduğu en yenilikçi ve dayanıklı beton türlerinden biridir. Çatlak kontrolü, yüksek süneklik ve uzun ömürlü dayanıklılık özellikleri ile ultra yüksek performanslı beton (UHPC), yüksek taşıma kapasitesi ve zorlu çevre koşullarına direnç gerektiren projelerde ideal bir çözüm sunar.
Ultra Yüksek Performanslı Beton Özellikleri Nelerdir?
Maksimum sıkılıkta iç yapıya sahip olan UHPC, çok düşük su/bağlayıcı oranı ve ince, yüksek dayanımlı agregalar kullanılarak üretilir ve 100-150 MPa aralığında basınç dayanımlarına ulaşabilir. Yüksek enerjili karıştırıcılar ve özel kür koşulları (ısı, basınç gibi) uygulandığında ise dayanım 200 MPa ve üzerine çıkabilmektedir. Ultra yüksek performanslı beton, içeriğindeki çelik, karbon veya sentetik lifler sayesinde basınç, çekme ve eğilme etkileri altında üstün süneklik gösterir. Ayrıca liflerin çatlak kontrolüne katkısı ve betonun sıkı iç yapısı sayesinde çevresel etkilere karşı olağanüstü dayanıklılık sunar. Bu özel beton türü; ultra yüksek performanslı beton (UHPC), ultra yüksek performanslı lifli beton veya yüksek performanslı lif takviyeli çimento kompoziti gibi adlarla da anılmaktadır.
Ultra Yüksek Performanslı Beton Uygulama Alanları Nelerdir?
Ultra yüksek performanslı beton (UHPC), üstün mekanik özellikleri sayesinde yapı elemanlarında yüksek dayanım, rijitlik ve süneklik avantajları sunar. Geleneksel betonlara kıyasla daha estetik ve uzun ömürlü yapılar inşa edilmesine imkan tanıyan ultra yüksek performanslı beton, günümüzde özellikle özel üretim koşullarına gereksinim duyması nedeniyle prefabrik sektöründe geniş uygulama alanı bulmaktadır.
Ultra yüksek performanslı lifli beton, büyük açıklıklı köprü kirişleri, ince plaklar, özel geometriye sahip narin enkesitli yapısal elemanlar ve dış cephe kaplama sistemlerinde kullanılmaktadır.
Yüksek estetik, mekanik ve dayanıklılık performansı gerektiren ince ve narin beton elemanların üretiminde, büzülmesi azaltılmış ve kendiliğinden yerleşme özelliğine sahip ultra yüksek performanslı betonlar tercih edilmektedir. Bu tür karışımların, karmaşık kalıp geometrilerinde dahi yüksek yüzey detaylandırma gereksinimlerini karşılayacak akışkanlık düzeyine sahip olması beklenir.
İnce ve narin kesitli, yüksek basınç ve eğilme dayanımına sahip estetik ve mimari panellerin üretimi için ultra yüksek dayanımlı beton tasarımları geliştirilmektedir. Bu paneller; cephe kaplamaları, güneş kırıcılar ve dekoratif elemanlar gibi mimari uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca betonla üretilen sanatsal ve süsleme amaçlı detaylar ile bahçe ve sokak mobilyası gibi kentsel tasarım elemanlarında da tercih edilmektedir.
Bu tür tasarımlarda yüksek erken ve nihai dayanım, üstün işlenebilirlik, uzun süreli akışkanlık muhafazası ve kendiliğinden yerleşme özellikleri temel performans kriterleri arasında yer alır. Aynı zamanda dengeli bir kimyasal yapı ile kontrollü hidratasyon sağlanması ve çatlak oluşum riskini azaltacak düşük büzülme özelliklerinin sağlanması da önemlidir.
Ultra yüksek performanslı beton (UHPC) tasarımlarında Çimsa Süper Beyaz CEM I 52,5 R çimentosu, düşük alkali içeriği sayesinde zorlu çevresel koşullara karşı yüksek dayanıklılık sunar. Yüksek erken ve nihai mukavemeti sayesinde UHPC üretiminde optimum reçete tasarımı sağlar, üretim süreçlerinde hız ve verimlilik kazandırır. Aynı zamanda yüksek beyazlık seviyesi ile mimari ve dekoratif uygulamalar için ideal bir renk performansı sağlar.
Ayrıca, yüksek süneklik ve dayanıklılık özellikleri sayesinde prefabrik elemanların ıslak birleşimlerinde ve çevre koşullarına maruz kalan betonarme köprü, viyadük, liman, baraj ve iskelelerin onarım ve güçlendirme projelerinde de ultra yüksek performanslı beton tercih edilmektedir.
Ülkemizde ise ultra yüksek performanslı lifli betonun kullanımı şimdilik daha çok rögar kapakları, mazgallar gibi yapısal olmayan elemanlar, özel yapım prekast cepheler, standartlaştırılmış paneller ve bazı durabilite amaçlı uygulamalarla sınırlı kalmıştır. Ancak, yapısal eleman güçlendirme projelerinde ultra yüksek performanslı beton kullanımına yönelik araştırmalar ve uygulamalar her geçen gün artmaktadır.
Ultra Yüksek Performanslı Lifli Beton Üzerine Deneysel Bir İnceleme
Ultra yüksek performanslı lifli beton (UHPC), mekanik özellikleriyle modern yapı teknolojisinin sınırlarını zorluyor. Peki bu yüksek dayanımlı ve sünek malzeme, betonarme yapı elemanlarında gerçekten nasıl bir fark yaratıyor?
Bu soruya yanıt aramak amacıyla yürütülen “Ultra yüksek performanslı lifli beton ile üretilmiş betonarme kirişlerin eğilme davranışı” başlıklı deneysel çalışmada, ultra yüksek performanslı lifli betonun betonarme kirişler üzerindeki etkileri kapsamlı şekilde incelenmiştir. Çalışma kapsamında, çelik lifli ve lifsiz beton kullanılarak betonarme kirişler üretilmiş ve eğilme davranışları deneysel verilere dayanarak değerlendirilmiştir.
İncelenen test kirişlerinde kullanılmak üzere 28 günlük basınç dayanımı en az 120 MPa olan ultra yüksek performanslı lifli beton üretilmesi hedeflenmiştir. Betonun bağlayıcı kısmı CEM I 42.5 R sınıf portland çimentosu, silis dumanı ve yüksek fırın cürufundan oluşmaktadır. Agrega olarak iki farklı boyutta yüksek dayanımlı kuvars kullanılmıştır. Ultra yüksek performanslı beton çok düşük su/bağlayıcı oranına sahip olduğundan, betonun işlenebilirliğinin sağlanması amacıyla polikarboksilat eter esaslı yeni nesil süperakışkanlaştırıcı katkı kullanılmıştır. Ultra yüksek performanslı lifli betonu oluşturan bileşenlerin karışım oranları Çizelge 1’de verilmektedir.
Çizelge 1 – Betonu Oluşturan Bileşenlerin Oranları (kg/m3)
Ultra yüksek performanslı lifli betonda kullanılan lif miktarı ve tipi betonun mekanik özelliklerini ve işlenebilirliğini etkileyen en önemli parametrelerdir. Hem mekanik özellikler hem de işlenebilirlik bakımından iyi performans elde edilebilmek için genellikle hacimsel olarak %1.0-%2.5 oranında lif kullanılmaktadır. Daha yüksek oranlara çıkıldığında işlenebilirlik azalmakta, daha düşük oranlarda lif kullanılması halinde ise mekanik özelliklerdeki katkılar düşük düzeyde kalmaktadır. Yapısal elemanlarda işlenebilirliğin yüksek olması nedeniyle daha çok mikro boyutta düz lifler tercih edilmektedir. Beton özelliklerine yönelik çalışmalarda mikro düz liflerin çatlakları sınırlama bakımından elastik bölgede etkili olduğu, ileri şekil değiştirmelerin oluştuğu plastik bölgede ise kancalı makro liflerin daha etkili olarak betonun sünekliğini artırdığı belirlenmiştir. Bu nedenle, eğilme davranışı genelinde daha iyi bir performans elde etmek için karma lif kullanımı önerilmektedir. Buna bağlı olarak çalışmada, işlenebilirlik parametresi de göz önünde bulundurularak %1.0 oranında düz mikro lif ve %0.5 oranında kancalı makro lif içeren karma lif uygulaması gerçekleştirilmiştir. Çelik liflerin geometrik ve mekanik özellikleri Çizelge 2’de verilmektedir.
Çizelge 2 – Çelik Liflerin Boyutları ve Mekanik Özellikleri
Bunun sonucunda ultra yüksek performanslı beton kullanımının betonarme kirişlerin sünekliği, taşıma kapasitesi, eğilme rijitliği, kırılma şekilleri ve çatlak davranışı gibi önemli performans kriterleri üzerindeki etkileri incelenmiştir.
Bunun için dikdörtgen enkesitli 150x250x2500mm boyutlarında test kirişleri kullanılmıştır. Beton içeriğinde düz mikro ve kancalı makro boyutta çelik lifler karma olarak kullanılmış ve ortalama 163 MPa’lık basınç dayanımı elde edilmiştir. Dört farklı çekme donatısı oranına sahip lifli ve lifsiz toplam dokuz adet betonarme test kirişi üzerinde dört noktalı eğilme testleri gerçekleştirilmiş ve salt eğilme davranışları incelenmiştir. Çalışmadan elde edilen sonuçlar, kirişlerde ultra yüksek performanslı lifli beton kullanımının incelenen parametreler bakımından önemli avantajlar sağladığını göstermiştir:
- İncelenen tüm donatı oranları için yeterli sünekliğin sağlanabildiği belirlenmiştir.
- Yük/moment taşıma kapasiteleri bakımından ultra yüksek performanslı lifli beton kullanımının lifsiz duruma göre %15-%48 oranında artış sağladığı belirlenmiştir.
- Kirişlerin orta bölgesindeki etkin eğilme rijitlikleri, ultra yüksek performanslı lifli beton kullanımı ile lifsiz duruma göre ortalama %10 arttırmıştır.
- Ultra yüksek performanslı lifli beton kullanımı ile elastik davranış bölgesindeki maksimum çatlak genişliklerinde ortalama %28 azalma meydana gelmiştir. Taşıma gücü sınır durumunu temsil eden plastik davranış bölgesinde ise, maksimum çatlak genişlikleri lifsiz duruma göre ortalama 2.5 kat artmıştır.
Ultra Yüksek Performanslı Beton Üretimi ve Uygulamasında Dikkat Edilmesi Gerekenler
Ultra yüksek performanslı lifli beton (UHPC), içerdiği çelik, karbon veya sentetik lifler sayesinde betonarme elemanlara üstün mekanik özellikler kazandırır ve yapısal davranışlarını önemli ölçüde değiştirir. Ancak bu yüksek performansın sağlanabilmesi için kullanılan liflerin geometrik özellikleri, miktarı, beton içindeki doğrultusu ve yapı elemanının enkesit geometrisi/boyutları gibi birçok parametrenin doğru tasarlanması büyük önem taşır.
Mevcut betonarme standartları, ultra yüksek performanslı lifli beton içeren yapı elemanlarının tasarımı için henüz yeterli değildir. Bu nedenle farklı ülkelerdeki araştırma grupları ve kuruluşlar tarafından ultra yüksek performanslı beton için tasarım önerileri niteliğinde çeşitli dokümanlar yayınlanmıştır.
Ultra yüksek performanslı beton ile ilgili mevcut dokümanlar, genellikle ait oldukları ülkenin köprü şartnamelerine bağlı olarak hazırlanmıştır. Ancak bu dokümanlar da lif içeriği ve kesit özellikleri açısından bazı kısıtlamalar içermekte ve özel malzeme testleri ile genellikle özel projelere özgü yapısal testler ile uygulanabilmektedir.
Ultra yüksek performanslı lifli betonun daha geniş bir kullanım alanına sahip olabilmesi için; üretim yöntemlerinin, test prosedürlerinin ve tasarım esaslarının standartlaştırılması gerekmektedir. Bu hedef doğrultusunda, farklı yapısal elemanlar üzerinde lif içeriğinin etkilerini araştıran daha fazla deneysel çalışmaya ihtiyaç duyulmaktadır.
Çimsa olarak, yüksek performanslı beton nedir ve uygulama alanları hakkında merak edilen konuları ele aldık. Çimsa olarak sunduğumuz hizmetlerimiz ve beton dünyası hakkında daha fazla bilgi edinmek için bloğumuzda yazılan diğer yazılara göz atmak için tıklayın.
Kaynaklar:
