Çelik tel donatı ve polimer katkının normal ve hafif betonların mukavemet özelliklerine etkileri

Abstract

IX ÖZET Günümüzün temel yapı malzemesi olan beton, yüzyılı aşkın bir süreden beri yapı alanında kullanımı yaygınlaşmış bir malzemedir. Bu denli yoğunlukla tercih edilmesi hiç kuşkusuz ki, olumlu niteliklerinden kaynaklanmaktadır. Bunun yanında ayrıca, bütün dünyada betonun özeliklerini geliştirmek amacına yönelik olarak birtakım çalışmalar da yapılmaktadır. Teknolojinin getirdiği yenilikler ve bunların inşaat dünyasına yansıması dayanıklı, nitelikli ve özel beton üretme çabalan, betonda çelik lifler, çeşitli kimyasal katkı maddeleri ve birim ağırlığım düşürmek için çeşitli hafif agregaların kullanımım yaygın hale getirmiştir. Hafif betonların üretiminde kullanılan hafif agregalardan biri de ülkemizde zengin rezervleri bulunan süngertaşıdır. Süngertaşı agregası ile üretilen betonlar, ısı ve ses yalıtımı amacıyla beton blok ve prekast beton yapı elemanlarının üretiminde de kullanılmakta, ayrıca bunlardan taşıyıcı yan hafif betonlar da üretilebilmektedir. Dolayısıyla, süngertaşı hafif agregasından üretilen farklı niteliklere sahip betonları yapının taşıyıcı sisteminde kullanmanın yaraşıra, çeşitli yapı fiziği sorunlarına da çözümler getirebilmek mümkün olabilmektedir. Normal betonda çelik tellerin donatı olarak kullanılması son yıllarda oldukça yaygınlaşmıştır. Çeşitli uygulama alanlarına sahip olan bu tür betonlar için değişik özelliklere sahip çelik teller üretilmektedir. Bundan amaç ise mekanik dayanımları daha iyi olan bir malzeme üretmektir. Bununla birlikte hafif betonlarda çelik tellerin kullanılması çalışmaları geleneksel betona göre oldukça yeni olduğundan bu betonları çelik tellerle donatmakla normal betona göre zayıf olan bazı mekanik özeliklerini büyük ölçüde geliştirmenin mümkün olabileceği anlaşılmaktadır. Betonda kullanılan katkı maddelerinden biri de, hem inşaat alanında hem de diğer alanlarda kullanılmakta olan polimerlerdir. Çeşitli polimerlerin betona katılmasının amacı betonun ve harem mekanik özelikleri yanında, geçirimsizlik, aşınma, dona dayanıklılık vb. özeliklerini geliştirmek ve durabilitesini arttırmaktır. Son yıllarda stiren bütadyen, poliakrilik ester ve polivinil klorit gibi polimer maddeleri katılarak üretilmiş harç ve beton uygulamaları yaygınlık kazanmış ve bu amaçla çeşitli ülkelerde araştırmalar yapılmıştır. Bununla birlikte süngertaşı hafif agregalı hafif betonlarda polimer katkı maddeleri kullanımının ve özellikle bu tür yan hafif betonların çelik tellerle donatılı olan türlerinde oluşturabileceği özeliklerin irdelenmesi konusunda çalışma yapılmamış gibidir. Bu çalışmada, normal betonun iri agrega gurubu süngertaşı hafif agregası ile değiştirilmek suretiyle hafif betonlar üretilmiş ve bu hafif betonlarla normal betonların, çelik tellerle donatılarak ve harçlarda aderansı arttırıcı özeliği olan stiren bütadyen kopolimer lateks katkı maddesi katılarak mekanik mukavemetlerinin iyileştirilmesi olanakları araştırılmıştır. Ayrıca karışıma giren bu bileşenlerin hafif ve normal betonun mekanik özeliklerindeki etkileri belirlenerek üretilen karışımların bir kıyaslaması yapılmıştır. Bunun yanında deneysel olarak elde edilmiş olan basınç mukavemeti değerlerinin, ultrases hızı ve beton mukavemet çekici (Schmidt) ilesertlik ölçüm değerlerinden hareketle belirlenmesi metodu olan tahribatsız SONREB yöntemiyle güvenilirlikleri araştırılmıştır. Çalışma beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde genel bilgiler verilerek, araştırmanın konusu, kapsamı ve içeriği tanıtılmakta ve konuyla ilgili genel tanımlar yapılmaktadır. Ayrıca hafif betonların, lif donatılı betonların ve polimer katkılı betonların özelikleri ile ilgili açıklamalara yer verilmektedir. İkinci bölümde deneysel çalışma yeralmaktadır. Karışımlarda kullanılan malzemelerin özelikleri üzerinde yapılan ön deneyler ve ön kabuller belirtilmekte, üretilen beton numuneleri sıralanmakta, taze ve sertleşmiş betonlar üzerinde yapılan deneyler açıklanmaktadır. Üçüncü bölümde deneylerden elde edilen sonuçlar verilmektedir. Her bir beton gurubu için elde edilen taze ve sertleşmiş beton deney sonuçlan topluca tablolar halinde gösterilmektedir. Dördüncü bölümde, çalışma kapsamınca üretilen tüm betonlar üzerinde yapılan mekanik deneylerden elde edilen sonuçların irdelenmesi ve değerlendirilmesi yapılmaktadır. Beşinci bölümde ise, elde edilen sonuçlarla birlikte genel değerlendirmeler ve öneriler yeralmaktadır. Deneysel çalışmalardan elde edilmiş olan sonuçlar her bir bileşen gurubu için aşağıda genel olarak üç başlıkta irdelenebilir. l.Süngertaşı Hafif Agregalı Betonların Özelikleri İle İlgili Sonuçlar a- Normal betonun bünyesindeki süngertaşı taşı hafif agregasının hacim oranı arttıkça buna bağlı olarak mukavemet değerleri de azalmaktadır. Hafif agrega hacim oram maksimum seviyede (Vhagmax. = 0.36) olduğunda normal betona göre E-Modülü değeri % 57, basınç mukavemeti % 52, eğilme mukavemeti % 35 ve yarma mukavemeti de % 3 1 oranında azalmaktadır. b- Değişken hafif agrega hacim oranına göre hafif betonlarda, E-Modülünün birim ağırlık ile basınç mukavemetine bağlı olarak irdelenmesi sonucunda, söz konusu özelikler arasında, (VA3Rb) açısından bir ilişkinin kurulabildiği görülmüştür. Yani, hafif betonlarda basınç mukavemeti ile birim ağırlık ve E-Modülü değerleri arasında iyi bir ilişki mevcuttur. c- Hafif agrega hacim oranının maksimum (Vhag max = 0.36) düzeyde olduğu hafif beton serisinde yapılan tahribatsız Schmidt sertlik ve ultrases hızı ölçüm değerleriyle, deneysel olarak elde edilmiş basınç mukavemeti değerleri arasında da iyi bir ilişki olduğu görülmüştür. Dolayısıyla hafif betonların mukavemetleriniXI belirlemek için tahribatsız SONREB yönteminin rahatlıkla uygulanabileceği sonucu ortaya çıkmıştır. 2.Çelik Tel Donatılı Normal ve Hafif Betonların Özelikleri İle İlgili Sonuçlar a- Normal ve hafif betonlara değişken hacim oranlarında katılan çelik tel donatı malzemesi bu betonların E-Modülü değerleri üzerinde etkili olmaktadır. Normal ve hafif betonlarda E-Modülü değeri en yüksek seviyesine çelik tel hacim oranının 0.0075 olduğu karışımda ulaşmıştır. Aynı hacim oranında normal betonlarda E-Modülü değeri donatışız betonuna göre % 24 artış göstermiştir. Hafif betonlarda ise bu artış oran % 37'dir. Dolayısıyla çelik tel donatı malzemesi hafif betonların E- Modülülerini normal betonlara göre daha çok arttırmaktadır. b- Normal ve hafif betonlara çelik tel donatı malzemesi katılması birim ağırlığı ve E-Modülü değerlerini yükseltmesine karşın, basınç mukavemetlerini bir miktar düşürdüğünden, bu betonlarda E-Modülünün birim ağırlık ve basınç mukavemetine bağlı olarak irdelenmesi sonucunda (VA3Rb) faktörü bakımından bu anlamda bir ilişkinin kurulamadığı ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte hafif agrega hacim oranının (Vhag max = 0.36) ve çelik tel hacim oranının (Vf = 0.0075) sabit olduğu çelik tel donatılı hafif betonlarda bu ilişkilerin daha iyi kurulabileceği görülmüştür. c- Çelik tel hacim oranının (Vf 0.0075) şeklinde sabit olduğu normal ve hafif beton serilerinde yapılan tahribatsız Schmidt sertlik ve ultrases hızı ölçüm değerleriyle, deneysel olarak elde edilmiş basınç mukavemeti değerleri arasında iyi bir uyum olduğu görülmüştür. Dolayısıyla çelik tel donatılı normal ve hafif betonlar için SONREB yönteminin rahatlıkla uygulanabileceği sonucu ortaya çıkmıştır. d- Normal ve hafif betonlara belirli hacim oranlarında katılan çelik tel donatı malzemesi bu betonların ilk çatlak, göçme ve yarma gerilmesi değerlerini önemli derecede arttırmakta, basınç mukavemeti değerlerinde ise bu anlamda bir etki yapmamaktadırlar. e- Hafif betonlara belirli bir oran dahilinde (Vf = 0.0075) katılan çelik tellerin, bu betonların basınç mukavemetini ve birim ağırlıklarını önemli sayılabilecek bir ölçüde değiştirmedikleri, hatta basınç mukavemetlerinde bir azalmaya neden oldukları, E-Modülü değerlerini % 37, eğilme mukavemetlerini % 136 ve yarma mukavemetlerini ise % 45 oranlarında arttırdıkları saptanmıştır. f- Değişken hafif agrega ve sabit çelik tel hacim oranına göre üretilmiş donatılı hafif betonlarda E-Modülü, basınç, eğilme ve yarma mukavemeti değerlerinde azalmalar olmaktadır. Bununla birlikte mukavemetlerdeki bu azalma değerleri, donatışız hafif betonlara göre daha yüksek değerler almaktadırlar. Yine bu betonların basınç mukavemeti ve birim ağırlıkla E-Modülü değerleri arasında da bir ilişkinin olduğu belirlenmiştir. Bu betonlar üzerinde SONREB yöntemi sonucundaxn elde edilen değerlerle, deneysel olarak belirlenmiş mukavemet değerlerinin karşılaştırılmasına söz konusu tahribatsız deney yönteminin rahatlıkla bu betonlara da uygulanabileceği saptanmıştır. 3.Lateks Polimer Katkılı Normal ve Hafif Betonların Mekanik Özelikleri İle İlgili Sonuçlar a- Normal ve hafif betonlara değişken hacim oranlarında katılan lateks polimer katkı maddesi bu betonların E-Modülü değerleri üzerinde etkili olmaktadır. Normal betonlarda E-Modülü değeri en yüksek seviyesine % 13 olarak, lateks katkı hacim oranının 0.10 olduğu karışımda ulaşmıştır. Aynı hacim oranında hafif betonlarda E-Modülü değeri kontrol betonuna göre önemli artış sağlamamaktadır. Dolayısıyla lateks polimer katkı maddesi hafif betonların E-Modülülerinde normal betonlara göre önemli bir etki oluşturmazken, normal betonlarda % 13 arttırmaktadır. b- Lateks polimer katkı maddesi normal betonların basınç mukavemetlerini kontrol betonlara göre azaltırken, hafif betonlarda bir miktar yükseltmekte, çelik tel donatının sabit olduğu (Vf= 0.0075) hafif betonlara katılan (0.10) oranındaki lateks polimer katkı maddesi ise bu betonların basınç mukavemetlerini % 10 arttırmaktadır. c- Donatışız normal ve hafif betonlara polimer katkı maddesi katılması birim ağırlığı biraz azaltmasına, E-Modülü değerlerini bazı karışım oranlarında yükseltmesine karşın, basınç mukavemetlerini bir miktar düşürdüğünden, bu betonların E-Modülünün birim ağırlık ve basınç mukavemetine bağlı olarak özeliklerinin irdelenmesi sonucunda (VA3Rb) değişkeni bakımından bu anlamda bir ilişkinin kurulamadığı görülmüştür. Dolayısıyla (VA3Rb) değişkeninin çelik tel donatılı beton serilerinde olduğu gibi, lateks polimer katkılı normal ve hafif betonlarda da iyi bir ilişki vermediği sonucuna ulaşılmıştır. d- Bununla birlikte çelik tel ve süngertaşı hafif agrega hacim oranının sabit olduğu, polimer katkı hacim oranının değiştiği hafif beton karışımlarında ise E- Modülü ile basınç mukavemeti ve birim ağırlıklar arasındaki ilişkiler (VA3Rb) değişkeni açısından değerlendirildiğinde elde edilen değerlerin daha anlamlı olduğu ve söz konusu ilişkinin bu beton serilerinde kurulabileceği sonucuna varılmıştır. e- Lateks polimer katkı hacim oranının değişken olduğu normal ve hafif beton serilerinde yapılan tahribatsız Schmidt sertlik ve ultrases hızı ölçüm değerleriyle, deneysel olarak elde edilmiş basınç mukavemeti değerleri arasında, özellikle normal betonlarda iyi bir uyum olduğu, katkılı hafif betonlarda ise hata payının daha belirgin olduğu görülmüştür. Dolayısıyla lateks polimer katkılı normal betonlar için SONREB yönteminin güvenlikle uygulanabileceği, katkılı hafif betonlar içinse öngörülen değere göre % 3'lük bir hata payının ortaya çıktığı saptanmıştır. f- Normal ve hafif betonlara değişken hacim oranlarında katılan lateks polimer katkı maddesi bu betonların yarma mukavemeti değerleri üzerinde de etkiliXlll olmaktadır. Normal betonlarda yarma gerilmesi değeri artan lateks katkı hacim oranına göre artarken, hafif betonlarda her lateks hacim oranında azalmalara neden olmaktadır. g- Çelik tel donatı (0.0075) ve süngertaşı hafif agrega hacim oranının (0.36) sabit olduğu, polimer katkı hacim oranının değiştiği hafif beton karışımlarıda ise E- Modülü, eğilmede ilk çatlak, eğilme ve yarma gerilmeleri değerlerinde kontrol betonuna göre düşüşler olduğu, basınç mukavemeti açısından ise katkı hacim oranının 0.10 olduğu seride % 10 dolayında bir artış olduğu saptanmıştır. Buna göre çelik tel donatılı hafif betonlara lateks polimer katkı maddesi katılması bu betonların, belirli bir hacim oranında, en çok basınç mukavemeti üzerinde etki yapmakta, diğer mukavemet özeliklerinde azalmalara neden olmaktadır.

XIV ABSTRACT In this study, the maximum particle size aggregate group of traditional concrete has been changed with the pumice lightweight aggregate, and lightweight concrete has been produced. Improvement possibilities of the mechanical strenght of lightweight concrete and traditional concrete has been researched by installing steel fiber and adding the styrene butadiene copolymer latex which is a supportive materials. Furthermore, the effects of these components to mechanical features of lightweight concrete and traditional concrete have been determined, and the produced mixtures have been compared. Other than that, the reliability of empirically determined pressure strenght values has been questioned by using the SONREB method. In chapter, general information is provided and subject, scope and content of study are explained, and sone definitions are made in respect of the subject matter. In addition, some explanations are made as to the characteristics of lightweight concretes, steel fiber fibroid concretes and polymer reinforced concretes. 2nd chapter contains experimental work; it deals with preliminary trials conducted on the characteristics of materials used in alloys as well as with assumptions, and produced concrete samples are listed, and provides explanations about the trials conducted on the fresh and hardened concretes. 3rd chapter gives the results obtained from the trials. The results obtained for each concrete group from fresh hardened concrete trials are shown collectively in tables. 4rd chapter deals with and assess the results obtained from mechanic trials conducted on all concretes produced under the scope of study. 5rd chapter contains the general assessments and suggestions along with the conclusions. The important conclusisons can be expressed as follows: 1. The results of the mechanical features of pumice lightweight aggregate light-weight concrete a- For the lightweight concrete, there is a significant relationship between E- Moduli value, and the pressure strenght and unit volume weight in terms of (VA3Rb). b- It has been concluded that the SONREB method can safely be used to determine the strenght for the light-weight concrete which has maximum (Vag max = 0.36) light-weight aggregate volume ratio.XV 2. The results of the mechanical features of steel fiber reinforced traditional and lightweight concrete. a- The E-Moduli value has increased by 24 % in comparison with traditional concrete and the control concrete with (0.0075) steel fiber volume ratio.The increament is 37 % for lightweight concrete. So, steel fiber increases the E-Modulus of lightweight concrete more than it does traditional concrete. b- The steel fiber that is added to lightweight concrete with the same volume ratio does not significantly change the pressure strenght and unit weight of this concrete. Even it decreases the pressure strenght a little bit, and increases the bending strenght by 136 % and the split strenght by 45 %. c- For traditional and light-weight concrete, there is no significant relationship between E-Modulus, and unit weight and the pressure strenght in terms of (VA3Rb). Howewer, these relationship can be established better for steel fiber reinforced concrete with (Vagmax - 0.36) lightweight aggregate volume ratio, and (Vf = 0.0075) steel fiber volume ratio. d- It has been concluded that it is safe to use the SONREB method for the traditional and lightweight concrete with (Vf = 0.0075) steel fiber volume ratio which is constant. e- It has been determined that there is a significant relationship between E- Modulus values, and the pressure strenght and unit weight for the changable light weight aggregate and the concrete with constant steel fiber volume ratio. 3. The results of mechanical features of styrene-butadiene latex polymer added traditional an lightweight concrete a- While, the styrene butadiene latex supportive material decreases the pressure strenght of traditional concrete, it increases that of light-weight concrete a little bit. On the other hand, the 10 % styrene butadiene latex supportive material that is added to ligh-wegiht concrete with constant steel fiber ratio (Vf = 0.0075) has increased the pressure strenght of this concrete by 10 %. b- There is no significant relationship between E-Modulus, and unit weight and pressure strenght for styrene butadiene latex supportive material added non steel fiber traditional and lightweight concrete in terms of (VA3Rb). c- Although it is safe to use the SONREB method to measure the pressure strenght of traditional concrete with changable styrene-butadiene latex supportive material volume ratio, there is a 3 % error possibility for lightweight concrete presumed values.XVI d- For lightweight concrete with constant steel fiber and pumice lightweight aggregate volume raito, and changeable styrene-butadiene latex polymer supportive material volume ratio, the values of E-Modulus, the first crack in bending, and, bending and split tensions have decreased. In terms of E-Moduli, pressure strenght and unit weight variables (VA3Rb). The mentioned relationship can be constitued for this concrete series: According to this, adding latex polymer supportive materials to steel fiber reinforced light-weight concrete increases the pressure strenght, and decreases the other strenghts.