Betonda Puzolanik Malzemelerin Etkileri

Puzolanların Genel Özellikleri

Puzolanlar, kendi kendine bağlayıcılık değeri olmayan veya bağlayıcılıkdeğeri çok az olan, fakat ince taneli durumdayken sulu ortamda kalsiyumhidroksitle birleştiğinde hidrolik bağlayıcılık gösterebilme özeliği kazanansilikalı ve alüminalı malzemelerdir.Puzolanlar zaten reaktif silisyum dioksit (SiO2) ve alüminyum oksit (Al2O3)den oluşturmaktadır.Puzolanik malzemenin yeterli bağlayıcılığı gösterebilmesi için aşağıdakikoşulları sağlamış olması gerekmektedirç

1- Puzolanlar içinde silika ve alümina miktarı yüksek olmalıdır2- Amorf yapıya sahip olmalıdr3- Doğal haliyle çok ince taneli durumda,veya öğütülerek en az çimento inceliği kadar

ince taneli getirilmiş gerekmektedir.Puzolanik katkı maddelerinin kullanıldıkları miktarlar, genel olarak, %10 -%50si kadardır. Bazı betonların yapımında bu oranı %50nin çok fazla olabilir.Puzolanlar şekillerine göre doğal puzolanlar ve yapay puzolanlar iki sınıfta ayrılmaktadır.

Puzolanik Malzemelerin Beton İçerisindeki Etkileri

Beton içerisindeki puzolanik malzemeler, betonun taze ve sertleşmiş durumdaki özelliklerini çok büyük etkilenir. Baze bu etkiler olumlu bazen de olumsuz olabilir çünkü ilavedeki katkılar bazı istenmeyen etkileri sebep olabilir ve bu etkileri dikkat edilmesi gerekmektedir.

Puzolanik katkılı betonun ilk zamanlardaki dayanımı, genllikle daha düşük olmaktadır. Ama, puzolanik reaksiyonların gelişmeyi sonra betonun dayanımı oldukça yüksektir.

Puzolanik malzemelerinin sadece teknik fayadalar yaratmamaktadır. Puzolanik malzemelerin maliyeti portland çimentona göre daha az olduğu için, istenilen kalitedeki betonun puzolanik katkı ile de yapılmasıyla daha ekonomik beton elde edilebilmektedir.

İnce Taneli Puzolanik Katkı MaddelerininBeton Özeliklerine Etkisi. Olumlu Etkileri

• İşlenebilmeyi artırmaktadır,• Terlemeyi ve segregasyonu azaltmaktadır,• Hidratasyon ısısının hızını ve miktarını azaltmaktadır,• Su geçirgenliği azaltmaktadır,• Alkali-agrega reaksiyonunu azaltmaktadır,• Sülfat hücumlarına karşı dayanıklılığı artırmaktadır,• Nihai basınç dayanımının yeterince yüksek olmasına yolaçmaktadır,• Ekonomiklik sağlamaktadır.

Dikkat Edilmesi Gerekenler. Puzolanik malzemeler soğuk hava koşullarında, pirizi geçiktirir ve genllikle başlangiçte dayanımın daha az olmasına yol açabilir. Puzolan katkılı betonun için daha süreli ve dikkatli kür gerekebilir. Ayrıca, betonda belirli miktarda sürüklenmiş havanın yer alabilmesi için, mineral katkısız betonda kullanılandan daha yüksek miktarda hava sürükleyici katkı maddesi kullanımını gerektirebilir.

Genellikle beton davranışındaki değişimlerin boyutu, kullanılan malzeme, kullanılan miktar ve karışımındaki diğer bileşenlerin özelliklerine bağlıdır.

Taze Haldeki Özellikler.

Puzolanik malzemeler taze betonda işlenebilirliği ve piriz alma süresine aşağıdaki gibi etkilenir.

1- Genellikle puzolanik malzemeler işlenebilirliği diğiştirir. Uçucu kül, öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufu gibi malzemeler işlenebilirliği artırabilir. Silis dumanı ise %5ten fazla karışım oranlarında kullanıldığı durumda işlenebilirliği azaltabilir.

2- Kimyasal uyumsuzluk varsa çökme kaybı hızı artabilir.3- Öğütülmüş granile yüksek fırın cürufu ve uçucu kül vardığı halde pırız alma süresi

geçikebilir ve erken dayanımı yavaşlayabilir.

Proje için seçilmiş bağlıyacı malzemelerin proje başlamadan önce dikkat ile test edilmesini önemli kılmaktadır.

Dürabilite/Geçirimliik.

Puzolanik malzemeler permeabiliteyi azaltarak genellikle beton dürabilitesini iyileştirmektedir. Hızlıca tüm dürabiliteye dayalı hasar mekanizmaları beton içerisinde sıvıların hareketi meydana gelmektedir. Bağlayıcı malzemenin artması ve su oranın azalması durumunda betonun permeabiliteyi azalmaktadırç

Uçucu kül, öğütülmüş yüksek fırın cürufu ve doğal puzolanlar genellikle az permeabilite ve su emme özelliği sahiptir. Yapay puzolanlar daha sonraki yaşlarda klor iyonu permeabilite çok düşüktürç

Alkali-Silika Reaktivitesi Direnci.

Agregalarda alkali-silika reaktivitesi var ve bu reaksiyonu, belirli puzolanik malzemeler kullanarak kontrol edilebilir. Puzolanik malzemeler ASR’yi aşağıdaki gibi azalmaktadır.

1- Kalsiuum-silikat-hidrat jelleri(C-S-H) sağlar2- Ortamın alkali muhtevasını azlar3- Permeabiliteyi azalarak, dolayısıyla su girmesini yavaşlatarak.

Reaktivitedeki azalması için uygun karışım oranının saptanması ve reaktifliği şiddetlendirecek malzemelerden ve karışım oranlardan kaçınılması önemlidir.

Sülfaft Direnci:

puzolanik malzemeler, uçucu kül, doğal puzlanlar ve ÖGYF cürufu,betonun dış sülfat hücumuna karşı dirnçlerini iyileştirebilir. Sülfat hücumuna karşı direnç ilk olarak permeabilite azalması ve sülfat reaksiyonları sonucu genleşmeye katkıda bulunan reaktif elementlerin miktarının azaltmaktadır.

Puzolanik Malzeme Türleri

Uçucu kül. Günümüzde en çok kullanılan puzolanik malzemedir. Beton üretiminin yaklaşık %50’sinde uçucu kül kullanılmaktadır. F sınıfı ve C sınıfı küller puzolandir. Bazı C sınıf küller suyla karıştırdıktan sonra hidratasyona girer ve sertleşirler. Bu durum ise hidrolik malzeme olarak anlamına gelir.

Uçucu küller betonu aşağıdaki gibi etkilenir.

Sabit su miktarında işlenebilirliği artırır.• Pompalanabilirliği iyileştirir.• Terlemeyi ve ayrışmayı önler.• Uzun dönemde dayanım kazanmayı artırır.• Rötreyi azaltır.• Alkali-silika reaksiyonunu azaltır.• Sülfata karşı dayanımı artırır.• Ekonomi sağlar.

F sınıfı uçucu küller yüzde 15 ile 25 oranında ve C sınıfı yüzde 15 ile 40 oranında kullanılır.

Öğütülmüş Granüle Yüksek Fırın Cürufu.

Bu malzeme beton içerisinde bağlayıcı oalarak kullanılmaktadır. Kimyasal yapısından ötürü, ÖGYF cürufu çimento gibi davranış sergileyip hidratasyon oranı sistemin PH’ı artırıldığında hızlanmasına rağmen eklenmiş kalsiyum yokluğunda da hidrate olabilir. Öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufu betonu böyle etkilenir.

• İlk günlerdeki dayanıma etkisi düşük ilerleyen günlerde yüksektir.• Sülfatlı ve deniz sularına karşı daha dayanıklıdır.• Alkali-silisden kaynaklanan genleşmeler daha azdır.• Daha az geçirimliliğe sahiptir.• Yüksek sıcaklıklara karşı daha dayanıklıdır.

Öğtülmüş granüle yüksek fırın cürufu temelde, portland çimentosu ve uçucu külün ana unsurunun aynı silikatlardan ve kalsiyum alümino silikatlardan oluşmaktadır ÖGYF cürufu, priz alma süresini etkileyen trikalsiyum aluminat(C3A) içermemektedir.

Silis Dumanı.

Bu puzolanik malzeme, işlenebilirliği azaltması ve yüksek maliyetinden dolayı genllikle üstyapılarda kullanılmamaktadır. Silis dumanının beton özelliklerine olumlu ve olumsuz etkilenir.

Olumlu etkileri.

• Basınç dayanımını artırır.• Aderans dayanımını artırır.• Kusma ve ayrışmayı azaltır.• Aşınma direncini iyileştirir.• Kimyasal etkilere karşı dayanımını iyileştirir.• Sülfata karşı dayanımını iyileştirir.• Alkali-agrega reaksiyonunu azaltır.

Olumsuz etkileri.

• Fazla su ihtiyacı göstermesi.• Akışkanlaştırıcı katkı kullanılması ihtiyacını doğurur.• Bitirilme işlemi, yüzeylerin perdahlanması zordur.• Plastik rötre ve çatlaklarına karşı çok hassastır.• Oldukça koyu renk gösterir.

BETON YOL ÇEŞİTLERİ

Beton yol tanımı

Çimento beton ile yapılan kaplama tipine denir şehir içi yollarda, orta ve ağır trafik yoğunluğu olan yollarda kullanılan kaliteli bir kaplamatipidir. Genellikle üç farklı beton üstyaı tasarım kullanılır.

Derzli donatısız beton üstyapı(jointed unreinforced concrete pavements), JPCP

Derzli donatılı beton üstyapı (jointed reinforced concrete pavements),JRCP

Sürekli donatılı beton üstyapı( Continuosly reinforced concrete pavemnts),JRCP

Derzli donatısız beton üstyapı(JPCP).

Derzli donatısız üstyapılarda donatı içermezler, genellikle açıklıkları 5-6,5 m (15 -20) den az olan enine derzler içerirler. Bloklar kalınlığı genellikle 125-350 mm arasındadır. Derzler zayıflatılmış yüzey kasılan tipte olup geçmeli veya geçmesiz olabilirler.

Derzli donatısız kaplamalarda kısa derz aralığı çatlamayı asgariye indermek ve derz açıklılklarını küçük tutmak için kullanılır.aynı şekilde bağlanmış boyuna derzler de buna dahildir. Bu tip üstypılar trafik yüklerini aktarmak için enine derz boyunca, kayama demirleri veya stabilize temel kullanılır.

Şekil

Şekil 2

Derzli donatılı beton üstyapı.(JRCP)

Bu tip yollard derz ve donatı birlikte kullanılmaktadır(örnek olarak hasır çelik; nervürlü çelik çubuk). uzunlukları 9 ile mt.lik anolardan oluşur. Blok kalınlıkları 150-350 mm. olup, ortalarında donatı çelik agı geçmektedir.Daha uzun derz aralığı dolayı ile kaplamada çatlaklar oluşabilir. Donatı çelikleri bu çatlaklarıyı engelemek için kullanılmaktadır. Çatlakları sıkı tutarak, yük taşması sağlamak için çelik kullanmaktadır. Daha uzun derz aralıgı kullanılması ayrıca daha büyük derz açıklıklarına neden olur.

Şekil

Sürekli donatılı beton üstyapı(CRCP).

Sürekli donatılı beton üstyapıler genellikle bir plaktan oluşur ve enine derzler içermez, ancak önemli olan boyuna donatı içerir. Çelik donatı plak boyunca sürekli olarak vardır ve derzler sadece her gün iş bitiminde konulur.

Genel olarak boyuna donatı miktarı kesit alanının %0,6-%0,8 kadardır. Çoğunlukla enine donatı da kullanılmaktadır . Uzun derz aralıklarının bir sonucu olarak, bu tür kaplamalarda kaplama ömrünün ilk birkaç yılı boyunca 0.6-2.4 mt. Lik aralıklarla enine çatlaklar olusur. Bu çatlaklar plak içindeki donatı çeligi saglam oldugu sürece sıkıca kapalı kalırlar.

Beton Yollarda Bozulma Türleri

Beton yolu üstyapısı kendine has özelliği olan sonsuz uzunluktaki bir yapıdır. Bu sebepten yol boyunca, bozulmaya etki eden faktörler sürekli değişim göstermekte olup zemin yapısı,iklim,trafik gibi husular yolu etkilemektedir.

Beton yol üstyapısında meydana gelen bozulma türlerin genel olarak aşağıdaki gibidir.

Çatlak Oluşumu, Yüzeysel Kusurlar, Çukur Oluşumu, Plak Oturmaları, Dilatasyon Derzlerindeki Bozulmalar, Altyapı Tesis İnşaatının Yol Açtığı Bozulmalar ve Yüzeysel Pürüzlüğün Kaybolması

Çatlak oluşumu.

Plak betonun dökülüp düzelttikten sonra ve yol trafiğe hizmet ettiği daha ileri zamanlarda, beton plak üzerinde oluşmaktadır. Yüzeysel veya plağın tüm kalınlğı boyunca oluşabilmektedir. Çatlaklar nedeniyle betonun dayanımını azaltır ve betonun su geçirimliğini arttırıyor. Bundan dolayı çatlak oluşum nedenlerini belirlenmek gerekir.

Şekil . Boyuna çatlak

Projelendirme hatalrı oluşan çatlaklar:

Plak kalınlığının yetersizliği Uygun olamayan derz aralıkları İklim etkisinin ihmali Ağır yükleme

Şekil . Hatıta çatlak

Plak kalınlığının yerersizliği: Projelendirme safhasında önemli parametrelerden birisi plak kalınlığıdır. Eğer bu plağın yeterli direnci göstermezse, ilk aşamada plağın, bütün kalınlk boyunca kırılması şeklinde görülen çatlaklarla ortaya çıkar

Uygun olamayan derz aralıkları: Derz aralıklarının kein hesabı için bir yöntem bulunmamakta ve bu aralıklar deneysel olarak saptanmaktadır. Gözlem ve deneyler sonunda yarım derzler arasının 6 ila 9 metre, genleşme derzlerinin arası ise 25 ila 35 metre kadar olması önerilmektedir. Bu değerlerin altındaki açıklıklar, konfor ve maliyeti olumsuz etkilemekte,bu açıklıkların nedeniyle çatlamaların oluşmasına yol açmaktadır.

İklim etkisinin ihmali: Çok soğuk veya çok sıcak ve en önemlisi günlük sıcaklık değişmelerin olduğu bölgelerde, betonun yapı özellikleri nedeniyle doğacak ani gerilmelerin dikkate alınması gerekmektedir.

Ağır yükleme: Projelendirmede göz önünde tutulan parametrelerden biri de yol üzerinde seyredecek trafiğin yük etkisidir. Taşıt yüklerinin gerek tekkerrür gerekse tonaj itibariyle düşük alınması veya artısındaki tahminlerde hataya düşülmüş olması durumlarında, hesaplanmış olan geometrik boyutların yetersiz kalması, öngörülenin üzerindeki yüklemeler ve bunun doğruacağı gerilmeler sonunda beton plakta çatlamalar oluşmaktadır.

Yüzeysel Kusurlar:

Kaplama Direncinde Azalmalar, Talaşlanmalar, Soyulmalar, Yassı Harç Oluşumu, Kabarcıklar, olarak sıralanabilir

Kaplama Direncinde Azalmalar; Beton kaplamada zamanla kayma direncinde azalmalar olmaktadır. Bu tip kusur trafiğin aşındırma etkisinden kaynaklanır.

Talaşlanmalar; Beton yüzeyinin düşük mukavemetli olması halinde yüzeyde tozlanma oluşur. Genellikle çok ince ve zayıf bir tabakanın varlığından ve trafik aşındırma etkisinden kaynaklanmaktadır.

Soyulmalar; Yüzeydeki veya kaba agrega etrafındaki çimento hamurunun sökülmesidir. Soyulmaya beton içindeki suyun donması sonucu oluşan hidrolik basınçlar neden olduğundan fiziksel bir olaydır.

Şekil . Soyulma

Yassı Harç oluşumu: Beton kaplama yüzeyindeki iri agrega taneleri üzerinde bulunan beton harcının yassı plaklar halinde olması durumunda trafiğin etkisi ile soyularak yüzeyde çok küçük boşluklar oluşturmaktadır. Bu tip kusurlar daha çok ince-uzun eliptik şekilde ve bazen de dairesel olup, derinlikleri son derece azdır.

Çatlaklar ve onarımı:

Beton zemindeki çatlakları tamir etme işlemi, boyutlarına bağlı olarak farklılık gösterir.

Çatlakların yerleri ısıtılmış sıcak katran ya da bitüm ile doldurulur. İnce beton asfalt örtüsü ile kaplanmaktadır Çatlağın derze dönüştürmesi

Çatlağın derze dönüştürmesi: Beton plak üzerinde başlamış olan bir çatlak, elmas uçlu testere ile yaklaşık 1cm genişlikte açılmakta ve sonra da bir derz gibi kabul edilerek işlem görmek ve doldurulmaktadır.

Şekil . Çatlakların yerleri ısıtılmış sıcak katran ile doldurur

Çukurlar:

Beton plakta, oluşmuş çatlakların ihmal edilip zamanında onarılmaması nedeniyle meydana gelebileceği gibi, betondaki ayrışmalardan da olabileceği söylenebilir.

Beton kaplamada çukurlar aşağıdaki gibi oluşurç

İçsel basınçların artması Kimyasal etkiler Fiziksel etkiler

Şekil . Çukular

Çukurların onarımı:

Beton plakta oluşan çukular,beton değil fakat ince bitümlü bir karışımla doldurulup sıkıştırılmaktadır

Beton plağın tamamının veya bir belirli bir kısmının kırılıp kaldırılması ve böylece plağın yenilenmesi şeklinde gerçekleşmektedir.

Plak Oturmaları:Beton plağın bir bütün olarak düzey değiştirdiği, çok kerede göçtüğü gözlenir. Bu bozulmanın nedeni daha çok altyapıda aramak gerekir. Altyapının yeterince sıkışmaması, yer altı suyu veya pompaj etkisi ile de altyapı zemininin zamanla kaybolması, belirli bir süre sonra beton plağın oturmasına sebep olur

Genleşme Derzlerinin Bozulması:1- Derzi oluşturan her iki komşu plak arasına konmuş olan bağlantı demirleri, bu

plakların bir birine kıyasla düşey yönde hareket etmesini önlemektedir. Fakat gerek trafik etkisi gerekse de ısıl koşullar nedeniyle plakların yatay yönde gözle seçilemeyecek deplasmanlar yapması kaçınılmaz olup esasen bu durum dilatasyon derzinin de amacını   oluşturmaktadır.

2- Zamanla meydana gelen sürekli genleşme ve sıkışmalar etkisiyle derz dolgu malzemesi istenen niteliğini kaybetmekte ayrıca komşu plakların derze bitişik kenar ve köşelerinde zamanla aşınmakta ve kırılmaktadır.

Şekil . Genleşme derz

Genleşme Derzlerinin Onarımı:

Bu durumda ilk olarak derzin boşluğu tamamen boşaltılır ve tel fırçalarla beton kenarlar ve yüzeyleri iyice temizlenir; hatta beton yüzeyin iyice ortaya çıkması için elmas uçlu

aletlerle traşlama yapılır. Böylece tümüyle temiz hale gelen derz boşluğu, alt dolgu malzemesi konduktan sonra dökülen mastik asfalt ile doldurulur .

Altyapı Tesis İnşaatının Yol Açtığı Bozulmalar:Beton yollar, bütün altyapı çalışmaları(kanalizasyon,telefon,doğal gazı,elektrik, su şebekesi vs ) bititiktan sonra yapılmalıdır. Aksi takdirde daha sonra yapılacak altyapı inşaatı hem daha pahalı hem de beton yola zarar verecektır.Bu durumda önce plak kırılmakta ya da kesilmekte sonra altyapı yapılıp tekrar en üste beton kaplama yapılmaktadır. Ne kadar iyi yapılırsa yapılsın daha sonrasında çökme yapmakta ve yolun zayıf bir bölümü haline gelmektedir. Bu durumda ek onarımlara gereksinim de duyulur.

Beton Yollarda Yorulma Analizi

Yorulma Nedir:

Araştırmalara göre betonun yorulması rijit üstyapılar için en büyük bir tehlike mekanizmasıdır.Normalde tek sefer uygulandığında herhangi bir hasar meydana getirmeyecek seviyede olan ancak tekrarlı şekilde uygulandığında çatlak veya kırılma şeklinde hasar meydana gelme durumudur.

Yorulam nasıl oluşur:

1. kaplamada küçük çatlağın oluşumu

2.Çatlağın ucu elastik-plastik gerilme ortamında gelişir

3.Çatlak makro ölçekte kaplamadaki elastik gerilmeler altında büyür

4.Kırılma meydana gelir

Beton yol tasarımında en önemli unsur, betonun çatlamasını önlemektir. Bundan dolay dayanım analizleri ve bir çok kez yükleme olacağından,beton yorulama analizleride yapılmalıdır. Bu analiz kaplamanın kritik bölgelerinde yapılmaktadır.

Donatısız beton yollardaa. Boyuna kenar ortasında (serbest kenat ve /veya boyuna derzdeb. Enine derzde tekerlek izinin ortasında

Donatlı beton yollarda a. Enine çatlaklarda tekerlek izinin ortasında

Beton plağın her bir kritik bölgesinde, her bir pozitif sıcaklık gradyanı için sıcaklık gradyan gerilmesi ve ayrıca her bir tekerlek için tekerlek yük gerilmesi hesaplanmalıdır. Daha sonra, izin verilen yük tekrar sayısı hesaplanarak, her bir bölgede tekerlek yükü ve sıcaklık gradyan kombinasyon eğer varsa yük transferinn de dikkat alınarak yorulam analizi yapılmaktadır.

Köşe gerilmeleri, köşelerin çatlaması ile oluşur. Merkezi ve kenar gerilmesi ise, enine çatlakların oluşması ile oluşur.

Betonun Yorulma Davranışını Etkileyen faktörler.

Bu faktörler üç kategoriye ayrılmaktadır.A. Malzeme değişkenleri

1. Betonun özellikleria. Nem b. Betonun durumu c. Betonun ömürüd. Betonun dayanımıe. Betonun elastik modülü

2. Toplama özellikleriB. Yük değişkenleri

1. Yükleme modua. Yüklerin büyüklüğüb. Gerilmelerin ağırlığıc. Yükleme hıızı

2. Yükleme şartları a. Basıt yüklemeb. Belişik yükleme

C. Çeveresel değişkenleria. Nem b. Sıcaklık