Normal betonların karışım hesaplarının geliştirilmesi üzerine araştırmalar

Abstract

ÖZET Bu çalışmada sürekli granülometrili normal betonların yoğurma suyunun tayini için agrega veya beton incelik modülüne ve çimento özgül yüzeyine bağlı yeni bir bağıntı geliştirilmiş; ince agrega oranının çimento dozuna ve beton kıvamına bağlı olarak tayini için DİN 1045-1972'de verilen agrega granülometrisini ayarlama bölgeleri esas alınarak beton incelik modülleri ve ince agrega oranının sınır değerleri tayin edilmiş; Türk çimentoları ve belirli bazı şartlar için Abrams mukavemet formülündeki katsayıları veren bağıntılar geliştirilmiş; belirli özelik teki betonun karışım hesabını yapmaya yarayan formüller çıkarılmış ve bu formüller yardımıyla beton karışım hesabının kolaylıkla yapılabilmesine imkân veren diyagramlar düzenlenmiştir. Beton yoğurma suyunun tayininde, bu su biri çimento ve beton yardımcı malzemesi (Örneğin: uçucu kül, tras ve taşunu) için gerekli olan ve diğeri agrega ta nelerini ıslatmak için gerekli olan su olmak üzere iki kısımda düşünülmüştür. Çimento ve beton yardımcı malzemesi için gerekli olan su, Vicat deneyi ile tayin edilen standard kıvamdaki hamuru meydana getirmek için gerekli olan su olarak ele alınmıştır. Agrega tanelerini ıslatma suyu ile bu taneler arasındaki ilişkiyi aramak için agrega tanelerinin belirli kalınlıkta bir su filmi ile kaplandığı kabul edilmiştir. Bu kabule dayanarak yapılan hesaplardan agrega tanelerini ıslatma suyunun agrega incelik modülüne bağlı olarak hesaplanabileceği ortaya çıkmıştır. Bun dan sonra yalnız agrega incelik modülüne bağlı olarak elde edilen agrega tanelerini ıslatma suyu, agrega taneleri araşma giren çimento ve beton yardımcı malzemesinin yaptığı yağlama etkisini hesaba katmak üzere, çimento ve beton yardımcı malzemesinin hacmine ve bunların özgül yüzeyine bağlı bir terim ile bölmek suretiyle düzeltilmiştir. Böylece elde edilen beton yoğurma suyu bağıntısının ihtiva ettiği katsayılar deneysel yolla tayin edilmiştir. Teklif edilen yoğurma suyu bağıntısı ile Bolomey [381 'in incelik modülüne bağlı yoğurma suyu bağıntısı arasında deneysel yolla yapılan karşılaştırma teklif edilen bağıntının ön görülen kıvamlara daha yalan sonuçlar verdiğini göstermiştir. İnce agrega oranının çimento dozuna ve beton kıvamına bağlı olarak tayini için DİN 1045 - 1972 [43al de verilen agrega granülometrisini ayarlama bölgeleri esas alınarak beton incelik modülleri ve ince agrega oranının sınır değerleri tayin edilmiştir. Bunun için pratikte karşılaşılan en.yüksek çimento dozu ve katı kıvam için A eğrisi ve en düşük çimento dozu ve yumuşak kıvam için B eğrisi esas alınmıştır. Ave B eğrilerinden elde edilen beton incelik modüllerinin ortalamasının plastik kıvam için uygun olacağı düşünülmüştür. B ve C eğrilerinin sınırladığı bölge için de benzer şekilde hareket edilmiştir. İnce agrega oranının sınır değerleri ise A ve B (daha doğrusu B ve O eğrilerinden alınmıştır. Böylece ince agrega oranının tayini için elde edilen metod, ince agrega oranının sınır değerlerini ihtiva etmesi balonundan Swayze ve Gruemoald [29] metodundan ayrılmaktadır. Bu sayede daima sürekli granülometrinin elde edilmesi sağlanmaktadır. Teklifedilen metod ile ACI 211.1-70 İ5bl metodu arasında deneysel yolla yapılan bir karşılaştırma teklif edilen metodun bariz şekilde üstün olduğunu ortaya koymuş tur. Türk çimento ve agregaları ile yapılan sistematik deneyler sonucunda Abrams mukavemet formülündeki katsayıları veren bağıntılar geliştirilmiştir. Bu bağıntıların, Hummel [521 'in bağıntılarından en önemli farkı her iki katsayının da çimento mukavemetine bağlı olarak tayin edilebilmesidir. Hesapla yapılan karşılaştırma her iki metodun birbirine yakın değerler verdiğini göstermiştir. Teklif edilen yoğurma suyu bağıntısı ve beton hacım şartı (kompasite denklemi) esas alınarak agrega veya beton incelik modülünün verilmesi halinde veya 1 m3 sıkışmış taze betonda bulunan iri agrega miktarının bilinmesi halinde beton karışım hesabını yapmaya yanyan formüller çıkarılmıştır. Bu formüller yardımıyle pratikte en çok karşılaşılan haller için beton karışım hesabının kolaylıkla yapılabilmesine imkân veren diyagramlar düzenlenmiştir. Elde edilen diyagramlar yalnız beton karışım hesabının kolaylıkla yapılabilmesini sağlamaz, aynı zamanda betonu mey dana getiren malzeme miktarlarının veya karışım oranlarının nasıl değiştiğini de gösterir.

Investigations on the development of mix design formulas for normal weight concrete S u mm ar y In this study, a new relation has been developed for the determination of the quantity of mixing water of concrete, based on the fineness modulus of concrete or aggregate and the specific surface of cement. Based on the reference zones for aggregate gradations as given in DIN 1045-1972 fineness moduli of concrete and limiting values for the proportion of fine aggregate have been established, to determine the proportion of fine aggregate depending on cement content and consistency of concrete. Belations which give the coefficients of the Abrams' strength formula for Turkish cements under various conditions have been developed. Formulas have been derived to be used in the mix design of concrete with certain properties; and charts have been devised with these formulas to provide facility in mix design. / In determining the quantity of mixing water of concrete, the water has been considered in two parts; one being the water required for the cement and the fine mineral admixture (i.e., hydraulic and/or inert materials) and the other water needed for wetting the aggregate particles. The water required for cement and the admixtures has been considered as the water required to prepare a paste of standard consistency, determined by the Vicat test. To investigate the relation between the aggregate particles and the wetting water associated with them, it has been assumed that the aggregate particles are covered with thin layers of water having a certain thickness. Analysis based on this assumption has shown that the quantity of wetting water of the aggregate particles can be calculated as a function of the fineness modulus of aggregates. Then, in order to be able to account for the oiling effect created by the cement and the admixtures that are present between the aggregate particles, the amount of wetting water of the aggregate particles based on the modulus of fineness of aggregate has been correc ted by dividing through a term related to the volume of cement and admixtures, and their specific surface. The coefficients contained in this concrete mixing water relation have been determined by experimets. A comparison between the proposed mixing water relation and the mixing water relation of Bolomey [381 based on the fineness modulus by using experimental results has shown that the relation proposed in this study gives results closer to the consistencies foreseen. The fineness moduli of concrete and limiting values of fine aggregate proportion have been determined on the basis of reference zones for aggregate gradations given by DIN 1045-1972 [43a], to determine the proportions of fine aggregate in relation to the cement content and consistency of concrete. For this purpose,cuxrve-A has been taken as the basis for the highest cement content and for very stiff consistency, while curve-JB has been taken as the basis for the lowest cement content and for the most fluid consistency that might be encountered in practice. Further, it has been accepted that the average of the fineness moduli values of concrete obtained from the curves A and B will prove to be acceptable for plastic consistency. The zone limited by the curves B and Chas been treated in a similar manner. Additionally, limiting values for fine aggregate proportions have been taken from the curves A and B (and similarly from the B and C ). Thus, the proposed method for the determination of fine aggregate proportion differs from Szoayze and Gruenwald's 1291 method, in such a way that the proposed method also contains the limiting values of the fine aggregate proportions, thereby providing the possibility of always obtaining a continuous gradation. A comparison between the proposed method and the ACI 211.1 - 70 I5bl method by using experimental results of this work has shown that the proposed method is consi derably superior to the latter. As a result of systematic tests on Turkish cements and aggregates, relations have been developed to give the coefficients in the Abrams strength formula. The most significant difference of these relations as compared to those of Hummel [521 is that both coefficients can be determined as functions of the cement strength. Comparisons based on calculations have shown that both methods give close results. On the basis of the proposed mixing water relation and the concrete volume compatibility condition (density equation), formulas have been derived that can be used in concrete mix design, in cases where the fineness modulus of the aggregate or the concrete is given or the amount of the coarse aggregate in 2 m3 of compacted fresh concrete is known. With the help of these formulas, charts facilitating the concrete mix design have been prepared to cover various cases that are frequently encountered in practice. These charts do not only provide facility for concrete mix design, but also indicate the variations in the amounts of component materials and/or mix proportions of the concrete.