Betonlardan, en genel anlamda beklenen üç ana nitelik; işlenebilme, dayanım, ve dayanıklılık (durabilite) tır [1]. Beton, yerine yerleştirilirken viskoz bir sıvı olduğundan, betonun akış (flow) özellikleri veya reolojisi yapı endüstrisi açısından önemlidir. Beton bileşiminin karmaşık yapısı nedeni ile, bileşenleri yolu ile betonun akışkanlığının tahmin edilmesine dönük belirgin bir yöntem maalesef bulunmamaktadır. Beton içinde, 1 µm çapındaki çimento taneciklerinden 30 mm çapındaki kaba agrega tanelerine kadar oldukça geniş bir aralıkta tanecik boyutu dağılımı bulunduğundan reolojik parametrelerin ölçümü dahi güçlükle yapılabilmektedir. Bu nedenle, üretilmiş bir betonun akıcılığı genellikle, malzemenin gerçek akışkanlık özelliklerinin kısmen ölçümlenmesine imkân sağlayan standart deney metotlarından birinin kullanılması ile yapılmaktadır [2,3].
İşlenebilirlik, betonun karıştırma ve yerleştirme işleminin minimum enerji ile ve homojenliğini yitirmeden,ayrışmadan yapılması ve kalıbını boşluksuz doldurabilmesi ile ilgili bir taze beton özelliğidir [1,4].
İşlenebilmenin daha iyi anlaşılabilmesi için gerekli kavram ve tanımlar aşağıda sıralanmıştır.
- İri agrega tanelerinin dağılım düzeninin kaybolarak, taze betonun kütlesinden ayrılması olayı ayrışma [segregation] olarak adlandırılmaktadır [1,3,5].
- Terleme [bleeding], beton karışımındaki suyun kütleden ayrılarak yüzeye çıkması ile oluşan özel bir ayrışma çeşitidir [3,5].
- Taze haldeki betonun üniformluğunu tüm karıştırma, taşıma ve yerleştirme işlemleri boyunca ve yerleştirme sonrasında koruyabilmesi, karışımın ayrışmaya ve terlemeye karşı direnebilme yeteneğine kararlılık [stability] denilmektedir [3,5,6].
- Betonun kolay ve az enerji ile karılması, yerleştirmesi ve kalıbı boşluksuz doldurabilmesine akıcılık [flow] denilmektedir [3,6].
- İri agrega tanelerinin karıştırma, taşıma ve yerleştirme işlemleri sırasında kütleden ayrılıp saçılmasına engel olan beton kohezyon [cohesion] 'lu betondur [1,3].
- Betonun basınç altındaki akıcılık ve kararlılığı, minimum enerji ile kesintisiz ve niteliklerinin bozulmadan iletilmesine pompalanabilirlik [pumpability] denilmektedir. Taze betonun kolay pompalanabilmesi için minumum basınç ile ve tıkanma etkisi (blokaj) olmadan boru içinde kütlesel bir şekilde akması gerekir [3,5,6].
2. İŞLENEBİLME DENEY ALETLERİ
Taze beton özelliklerinin deney edilebilmesine dönük temel yaklaşımlar oluşturabilmek amacı ile çok sayıda çalışma yapılmıştır[7-10]. İşlenebilme, tanımındaki nitelikleri bir arada değerlendiren tek bir deney yöntemi ile ölçülememektedir[1]. Günümüzde yaygın olarak taze betonlar üzerinde yapılan kalite kontrol deneyleri, çökme [slump], sarsma tablası[flow], sıkışma faktörü [compacting factor], Vebe vb. işlenebilmeyi, beton tür ve kıvamları ile sınırlı olarak incelerler [4]. Bu deneyler ile üretimde kullanılan su miktarının değişip değişmediği çabuk bir biçimde tespit edilebilmekle birlikte, elde edilen ölçüm değerlerinin, kullanan operatörün becerisine bağlı olarak değişebildiği hatırdan çıkartılmamalıdır.
2.1 Çökme [Slump] Deneyi [ 11,12,13]
Abrams konisi olarak isimlendirilen bu deneyde, ölçüleri belirli tepesi kesik koni şeklindeki metal bir kalıp içine üç eşit tabaka halinde ve her tabakası 25 kez özel bir çubukla şişlenerek standart olarak doldurulan taze betonun, ilk yüksekliği ile kap kaldırıldıktan sonraki yüksekliği arasındaki farkın ölçülmesi esas alınmıştır. Çökme deneyi sonunda, betonun konik formunu bozmadan deforme olması, koni kaldırıldıktan sonra yanlara doğru kaymaması[shear slump], yıkılmaması ve ayrışacak kadar yayılmaması [collapse] doğru bir çökme değerinin ölçümü için gereklidir [4].
Kayma şeklinde çökme olması durumunda deney tekrarlanır. Tekrar yapılan deneyde çökme, yine kayma şeklinde olur ise, bu durumun karışımın kaba ve kohezyonunun eksik olduğuna işaret ettiği kabūl edilir [ 11,13,14]. Çökme deneyinde gerilmeler, birim alandaki betonun kendi ağırlığı ile oluşmaktadır. Beton, ancak kayma dayanımı aşıldığında hareket etmeye veya çökmeye başlar. Ağırlıktan doğan kayma gerilmesi, çökme sonucu azalınca çökme de durur. Bu nedenle çökme deneyi taze betonun kayma dayanımı ile bağlantılıdır[2]. Bazı araştırıcılar, betonun Bingham kanununa uygun davrandığını varsayarak, sonlu elemanlar yöntemi ile çökmesinin zamanla değişiminin resimlerini üretebilmişlerdir [15].
Çökme değeri işlenebilmenin tanımlanmasındaki tek değer olmadığından, değişik agregalara özellikle farklı ince agrega içeriğine sahip ve iri agreganın yuvarlak veya köşeli oluşuna göre aynı çökme değeri farklı işlenebilmeleri gösterebilmektedir. Çökme deneyi betonun sıkıştırılma kolaylığı hakkında bir fikir veremez ve betonun vibrasyon, bitirme işlemi, pompalama ve tremi borusunda hareket gibi dinamik koşullar altında davranışını yansıtamaz.Çökme deneyi, şantiye koşullarında, agrega rutubetlerinde meydana gelebilecek olası artışların gözlemlenmesi amacı ile, beton karışımının üniformluğundaki değişkenliklerin takibinde oldukça kullanışlı olmasına ve çok yaygın olarak kullanılmasına rağmen yeterli değildir [14].
2.2 Sarsma Tablası [Flow] Deneyi [16]
Bu deney akıcı ve çok akıcı beton karışımlarının işlenebilme özelliklerinin değerlendirilmesinde kullanılmaktadır. Deneyin ilk aşamasında ölçüleri belirli tepesi kesik koni (h=200,Φ=130[üst], Φ=200 [alt] mm) şeklindeki bir kalıp içine iki eşit tabaka halinde ve her tabakası 15 kez özel bir çubukla şişlenerek standart olarak taze beton doldurulur. Alet, 70x70 cm ebatlarında,16 kg ağırlığında ve BS 1881-105'e uygun olmalıdır[16]. Kap kaldırıldıktan sonra bir kenarı menteşeli diğer kenarı ancak belirli bir yüksekliğe kalkmasına izin verilen tabla 15 kez düşürülür. Bu şekilde yayılan betonun çapı ölçülür. Deneyin 400 ila 600 mm yayılma veren betonlar için uygun olduğu düşünülmektedir [14].
Yapılan lâboratuvar çalışmaları yayılma ve çökme değerleri arasında lineer ilişki olduğunu göstermiştir [17]. Gerçekte, her iki deney aynı fiziksel olayları ölçmediğinden, karışımdaki granülometri , agrega şekli veya ince malzemenin içeriğindeki değişimlerin, her iki deney arasında tek bir bağıntı ile ifade edilmesini bekleyecek bir neden bulunmamaktadır [14].
Deneyde düşürülen tabla, betona uygulanan kayma gerilmesini artırdığı için, deney kayma gerilmesinin zamanla değişimi,yani viskozite ile ilişkilidir. Yayılma deneyinin, aşırı çökme gösteren yüksek işlenebilirlikteki akışkan betonlar için kullanımı uygun olduğundan, son zamanlarda deneyin kullanımıyaygınlaşmıştır.
2.3 Kalıbını Değiştirme [Remoulding] Deneyi
Powers tarafından geliştirilmiştir [18]. Sarsma tablası kullanılması ile beton numunesinin şeklinin değiştirilmesi temeline dayanarak işlenebilmenin ölçülmesini esas alır. Sarsma tablası ile yapılan bu deney günümüzde artık kullanılmamaktadır. Onun yerine vibrasyon tablası kullanılarak yapılan Vebe deneyi geliştirilmiştir.
2.4 Vebe Süresi [Vebe Time] Deneyi [19],[20]
Genellikle, koyu kıvama sahip betonlar için kullanılan bu deneyde, daha geniş bir kap içindeki standart çökme konisi kaldırıldıktan sonra titreşim uygulanarak kabın tam olarak beton ile doldurulma süresi şeffaf bir plâka üzerinden gözlemlenir ve bu süre ölçülür. Böylelikle sabit miktardaki betonun kalıp içine yerleştirilmesi için gerekli enerji dolaylı olarak ölçülmüş olunur.Biçim değiştirmenin, cam başlığın tamamen beton yüzeyini kaplaması ve beton yüzeyindeki tüm boşlukların kaybolması ile tamamlanacağı kabul edilir. Deneyin bitim noktasının tespit edilmesindeki zorluk ve buna görsel olarak karar verilmesi hataların ana nedenidir. Bu zorluğu yenmek için, zamana karşıbaşlığın hareketini kaydeden otomatik bir aygıt kullanılabilir . Sıkıştırma için gerekli olan enerji miktarının, süre ile orantılı olduğu varsayılarak, biçim değiştirme için gerekli olan saniye değeri ( Vebe zamanı ) ölçüt alınır. Vebe deneyi, Vebe zamanı 3 ila 30 saniye olan karışımlar için uygundur. Akıcı kıvamdaki betonlar için herhangi bir sınıflandırıcı etkisi olmamasına rağmen, çok kuru karışımlar için önemli bir deneydir.
2.5 K-Çökme [K-slump] Deneyi [21]
Nasser tarafından geliştirilen, delikli bir tüp olarak adlandırılan deney aleti içine belirli bir süre içinde akabilen harç veya çimento hamurunun ölçülmesi prensibine dayalıolan deney, sadece yüksek işlenebilirlikli karışımlara uygulanabilmektedir. Yaklaşık 170 mm uzunluğundaki bir ucu sivri olan aletin ortasına kadar devam eden delikli kısmının bitiminde yüzdürücü levha vardır. Öteki ucunda ise tüp içinde hareket eden ölçekli bir çubuk vardır. Deney aleti, şantiyede ölçüm yapılacak betonun içine düşey olarak daldırılır. Bir dakika sonunda tüpteki harcın yüksekliği ve ucun çıkartılmasından sonraki kalıcı yükseklik ölçülür [14]. Uç üzerinde yapılan okumaların karışımdaki sürtünme kuvvetleri, yapışma (adhesion) ve kohezyondan etkilendiğinden betonun işlenebilirlik ve kıvamının ölçüsü olduğu iddia edilmektedir [22].
2.6 Sıkışma Faktörü [Compacting Factor] Deneyi [20] [23] [24]
Tam sıkışma için gerekli olan işi direkt olarak ölçebilen bir metot yoktur. Henüz yapılabilen, standart iş uygulayarak başarılan sıkışma derecesinin hesaplanması gibi tersine bir yaklaşımı kullanmaktır. Sıkışmanın derecesi olarak adlandırılan sıkışma faktörü, deney yapılarak sıkıştırılmış betonun yoğunluğunun, aynı betonun tamamen sıkıştırılması ile elde edilen betonun yoğunluğuna oranı ile ölçülür. Deney, maksimum agrega boyutu 40 mm ye kadar olan agregalar için geçerlidir.
Deney aleti temel olarak aynı düşey eksen üzerinde, farklı yüksekliklerde teşkil edilmiş, alt kapakları açılabilen konik şekilli üst üste iki kova ve en altta bir silindirden oluşur. Kovaların iç yüzeyleri sürtünmeyi azaltacak şekilde cilalanmıştır. Ayrıca kovaların altlarında menteşeli bir düzenek vardır.
Beton, en üstteki kovaya sıkıştırma olmaksızın serbestçe doldurulur. Koninin altındaki kapak açılarak betonun kendiliğinden bir alttaki kovaya düşmesi sağlanır. Altta bulunan kova üsttekinde daha küçük olduğundan nerede ise taşacak kadar dolar. Alttaki kovanın kapağı açıldığında beton kendiliğinden alttaki silindire dolar. Silindirden taşan beton temizlenerek atılır. Silindirdeki betonun birim hacim ağırlığı hesaplanır. Aynı silindire özenle (şiş veya vibratör) sıkıştırılarak doldurulan betonun ağırlığı da tartılır. Sıkıştırma faktörü deney sonucunda sıkışmış betonun ağırlığının, tamamen sıkıştırılarak doldurulmuş betonun ağırlığına oranlanmasıyolu ile hesap edilir. Sıkışma faktörü 1 değerine ne kadar yakınsa, betonun işlenebilirliği o kadar iyidir [25].
2.7 Batırma Direnci - Kelly Topu [Kelly Ball Penetrasyon] Deneyi [26]
Çapı 152 mm , ağırlığı 13.6 kg olan çelik yarıkürenin kendi ağırlığı ile taze betona batma derinliğinin hesaplanması temeline dayanan basit bir saha deneyidir. Aletin kullanımı kıvamın rutin takibinin kontrolü amacı iledir. Kullanımı, genel olarak A.B.D.’de yaygındır. Kalıpta yerleştirilmiş betona uygulanabilinir. Sınır etkilerini yok etmek için deneyi yapılan betonun, derinliğinin 200 mm ‘den az olmaması, yanal boyutunun ise en az 460 mm olması istenmektedir. Penetrasyon ile çökme arasında basit bir korelasyon bulunmamaktadır.
2.8 Sıkılama [Walz] Deneyi
Dikdörtgen prizma (20x20x40) şeklindeki kabın içine beton doldurulur. Dalıcı vibratör kabın dibine kadar yavaşça daldırılır ve çıkartılır. S çökme miktarı(cm) ölçülür. Walz Sıkışma Oranı 40 / ( 40 - S ) formülü ile hesaplanır. Sıkışma oranları 1,04 ile 1,45 arasında değişebilmekte olup,kuru kıvamlılarda değer büyük olmaktadır.
2.9 Beton Viskozimetresi
İşlenebilmenin malzemeye özgü ve uygulamada önem taşıyan iki ana niteliği akıcılığı ve stabilitesidir [1]. Birbiri ile çelişen bu iki özelliği bir optimumda birleştirmek amaçlanan çözümdür. Akıcılık ve stabilite ( sıvı ve katı cisimlerin gerilme deformasyon ilişkilerinin zaman değişkenini de göz önüne alarak inceleyen reoloji bilimine başvurularak ) taze betonun iri katı parçacıklar içeren bir süspansiyon ve bu süspansiyonun şekil değiştirme hızı altındaki davranışını Binghamien varsayarak kayma eşiği ( τ0) ve plastik viskozite ( ηpl) olarak iki sabitle ifade edilir [27,28,29,30]. Plâstik viskozite değeri düşük olan beton akıcı ve daha kolay yerleştirilebilir özellikte olduğundan plâstik viskozite , akıcılık ile ters ilişkilidir.
Standart çökme değerinin kayma eşiğinden etkilendiği ve onunla lineer olarak ters orantılı değiştiği, plastik viskozitenin çökme deneyinde etkili olmadığı gözlenmiştir. Çökmeleri eşit olan betonların akıcılıklarının eşit olmayabileceği, aynı çökmeyi gösteren betonlardan plâstik viskozitesi küçük olanın daha akışkan bir beton olacağı, kayma eşikleri ,çökmeleri,eşit betonlardan plastik viskozitesi yüksek olanının stabilitesinin daha iyi olacağı söylenebilinir [6]. Günümüzde taze betonlar üzerindeki kalite kontrol deneyleri ile (çökme , yayılma) elde edilen ölçüm değerlerinin tek nokta deney değerleri olduğu, yani taze betonun yapısal niteliklerinden sadece biri (kayma eşiği veya viskozite) hakkında yaklaşık bir değerlendirme sağladığı unutulmamalıdır. Beton reolojisinin viskozimetre deneyleri ile incelenmesi üretim öncesi daha gerçekçi bir bileşim ve katkı türünün saptanması açısından yararlı bir lâboratuvar yöntemidir [4].
Plâstik viskozite ve kayma eşiği değerleri harç ve çimento hamurlarında klâsik koaksiyal bir viskozimetre yardımı ile, betonlarda ise iki nokta işlenebilme aygıtı adı verilen bir viskozimetre ile saptanır [4,5,27]. Betonlarda, süspansiyon içindeki tanelerin iri ve ayrışma ihtimali yüksek olduğundan, silindirler arası daha açık koaksiyal veya dış silindir içinde konsantrik ve planeter olarak dönen bir karıştırıcısı olan viskozitemetreler gereklidir.
Betonun reolojik sabitlerinin belirlenmesinde kullanılan ilk ve en yaygın deney aleti Tattersal’ in 1973 yılında geliştirmiş olduğu iki nokta deney aletidir. Alette deneyi yapılacak olan beton bir kap içinde bulunur. Dönen ucun özel biçimi numuneye göre belirlenmiştir. Karıştırıcı uç dönmeye başladığında, uca karşı malzemenin oluşturduğu ve tork (karşı burulma momenti) ölçülür. Ucun dönme hızı arttığında tork ile hızın değişim eğrisi kaydedilir. Elde edilen eğrinin doğrusal(lineer) bölümü tork değerlerinin ekseni ile kesiştirilir, böylece hızın sıfır değeri için itibarî tork değeri bulunur. Bu değer kayma eşiği (τ0)değerine karşıt gelir. Eğrinin çizilmesi için çeşitli dönme hızlarına karşı gelen kayma gerilmelerinin ölçülmesi ve açısal şekil değiştirme hızı ile kayma gerilmesi grafiğinin çizilmesi gerekir. Bu grafiğin çizilebilmesi için iki noktaya ihtiyaç olduğundan bu tip araçlara iki nokta işlenebilme deney araçları denilmektedir [27].
Tattersal , açısal şekil değiştirme hızı ( dγ / dt ) yerine, dönme hızı N; kayma gerilmesi (τ) yerine, tork (karşı burulma momenti) T değerlerini koyarak problemi pratik hale getirmiştir. Bingham cisminin Tattersal tarafından önerilen denklemi aşağıdadır.
T (tork) = g + h * N ................. (1)
Burada g kayma eşiğinin, h ise plâstik viskozitenin ölçütüdür. Tattersal’in geliştirmiş olduğu alete yapılan modifikasyonlardan birinde, Wallevik ve Gjorv [31] karıştırıcı hızını ve yağ basıncını analizlerde kullanmak amacı ile kayıt etmek için elektronik takometre kullanmışlardır. Bir başka modifikasyon olarak değerlendirilebilecek olan ve BML viskozimetresi olarak adlandırılan koaksiyal silindir sistem viskozimetreler Norveç'te geliştirilmiştir. Dönebilen dış silindir 200 mm , iç silindir 100 mm yarı çapındadır. Böylelikle silindirler arasında geniş bir boşluk oluşturulmuştur. Her iki silindir de betonun kaymasını önlemek için çubuklarla desteklenmiştir.
KAYNAKLAR
[1] AKMAN, M.S., "Yapı Malzemeleri",İTÜ Kütüphanesi 1336,1987
[2] FERRARIS, F.C. , “ Measurement of the Rheological Properties of High Performance Concrete : State of the Art Report “, NISTIR 5869, Building Fire Research Laboratory , Gaithersburg, Maryland 20899, July 1996
[3] AKMAN, M.S., "Yüksek Performanslı Betonların Taze Haldeki Özellikleri Üzerine Katkı Maddelerinin Etkisi ",Sika Teknik Bülten , sayı: 2000/1, ss. 4-7 sayı: 2000/2, ss. 4-7
[4] YÜCEL ,K.T. , "Pompa Betonlarında İşlenebilirliğin Harç Fazının Reolojisine Dayanarak Belirlenmesi ", Doktora Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, 1997
[5] DOĞAN,A.Ü., " Yeni Kuşak Süperakışkanlaştırıcıların Harç ve Beton Özelliklerine Etkisi "Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü,2000
[6] AKMAN, M.S., "Süperakışkanlaştırıcı Katkıların Taze Beton İşlenebilmesindeki Sorunları",Dördüncü Ulusal Beton Kongresi, İstanbul,Ekim-Kasım 1996, ss. 55-71
[7] L'HERMITE M.R., "The Rheology of Fresh Concrete Under Vibration ",Cement and Concrete Association,London,1949, translation no 9,pp1-32. [31] Nolu kaynakta bahsedilmiştir.
[8] TASSIOS T.P."Plasticity and Cohesiveness of Fresh Concrete "Proc.RILEM Seminar,Leeds, RILEM,1973, paper1.3, pp1-38. [31] Nolu kaynakta bahsedilmiştir.
[9] MIZUGUCHI H. et al."Measurement of Plastic Viscosity and Yield Value of Fresh Concrete”, Review of the 28 th General Meeting,Cement Association of Japan,1974, pp.100-102 , [31] Nolu kaynakta bahsedilmiştir.
[10] NISHIBAYASHI S. et al. "Rheological Properties of Superplasticized Concrete" American Concrete Institute, Detroit, 1981, ACI SP68, pp.441-446, [31] Nolu kaynakta bahsedilmiştir.
[11] TS 2871,Aralık,1971
[12] ASTM C 143-90a
[13] BS 1881,Part 102,1983
[14] NEVILLE A.M. “Properties of Concrete ”,Fourth Edition, John Wiley&Sons,Inc.,1996
[15] MORI, H.,TANIGAWA, Y., “Simulation Methods for Fluidity of Fresh Concrete”, Memoirs of the School of Engineering, Nagoya University, Vol.44#1,1992
[16] BS 1881,Part 105,1984
[17] MOR, A.,RAVINA, D., ”The DIN Flow Table”, Concrete International, 8 , No12 , pp.53-56 ,1986
[18] POWERS, T.C.,” Studies of Workability of Concrete”, American Concrete Inst., 28pp., 419- 48,1932
[19] BS 1881,Part 104,1983
[20] ACI 211.3-75 Revised 1987 Reapproved 1992
[21] NASSER, K.W., “New and Simple Tester for Slump of Concrete”, ACI Journal Proc., Vol. 73#10, pp 561-565,1976
[22] AL-MANASEER, A.A., NASSER,K.W.,HAUG, M.D., ”Consistency and Workability of Flowing Concrete”, Concrete International, 11,No10,pp.40-44,1989
[23] BS 1881, “Method for Determination of Compacting Factor” , British Standard Institution, Part 103,London 1993
[24] TSE 2872, Aralık 1977
[25] MUTLU,M. , "İşlenebilme Özelliğinin En İyileştirilmesi Yoluyla Beton Bileşiminin Saptanması - Kişisel Çalışma Raporu”, Karadeniz Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü ,Trabzon ,1983
[26] ASTM - C 360-92
[27] TATTERSAL ,G.H., "Workability and Quality Control of Concrete "E&F.N Spon Publ.,London,1991
[28] BANFILL,P.F.G; TATTERSAL ,G.H., "Rheology of Fresh Concrete" Pitman Ed.,London,1983
[29] BANFILL,P.F.G (Editor), "Rheology of Fresh Cement and Concrete",E&F.N Spon Publ.,London,1991, pp 215-303
[30] BARTOS,P., "Fresh Concrete Properties and Tests ",Elsevier Publ.,1992 ,pp 7-187
[31] WALLEVIK ,O.H. ;GJÔRV O.E.," Modification of the Two-Point Workability Apparatus "Magazine of Concrete Research ,1990,no 152, pp.135-142
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder