Agreganın Porozitesi :Agrega tanelerinde bir miktar boşluk bulunması doğaldır. Agrega tanelerindeki boşluk su emme deneyi yapılarak belirlenir. Buna göre kurutulmuş iri agrega tanelerinden Wağırlığında (2-5 kg arasında) malzeme alınarak 24 saat su içinde bırakılır. Bir havlu ile tanelerin yüzeyinden su alınır ve taneler böylelikle kuru yüzey doygun duruma getirilir. Bu tanelerden W1 ağırlığında malzeme alınarak etüvde kurutulur. Kurutulan malzemenin W0 ağırlığı bulunur.
O halde agreganın ağırlıkça su emme miktarı (W1-W0) / W0 ifadesiyle % cinsinden bulunur. Agreganın porozitesi (P) ise, agreganın gr/cm3 cinsinden özgül ağırlığı, W1ve W0 gr. cinsinden ağırlıklar olduğuna göre; P=((W1-W0)/W0)*100 olarak ifade edilir.
İri agrega tanelerinin porozitesinin küçük olması ile bu tanelerin mukavemetinin yüksek bir değer alması sağlanır. Mukavemeti yüksek olan taneler kullanılarak üretilen betonların mekanik mukavemeti de artırılabilir [2].
Agrega – Su Bağıntısı: Agreganın emdiği su miktarı tanelerin kökenine, yapısına ve granülometri bileşimine bağlıdır. Agrega taneleri arasındaki boşluklarda su dört şekilde bulunur [3].
a) Tamamen kuru taneler: Agrega tanelerinde herhangi bir şekilde hiç su bulunmamaktadır.
b) Kuru yüzeyli taneler: Tanelerin içindeki boşluğun bir kısmı su ile doludur, fakat tanenin yüzeyi tamamen doludur.
c) Kuru yüzeyli doygun taneler: Tanelerin boşluklarının su ile dolması ve yüzeyinin tamamen kuru olması halidir. (YKSD)
d) Islak taneler: Agregadaki boşluklar su ile dolu olduğu gibi yüzeyde de su vardır.
Agregadaki su miktarı agreganın birim ağırlığına, hatta özgül ağırlığına da etki eder. Birim ve özgül ağırlık doygun kuru yüzey hal için verilir. Agregada boşlukların fazla olması agreganın donma ve çevre etkilerine karşı dayanıklılığını azaltır. Agrega su emme yüzdesinin limiti kum ve çakıl için % 1’dir. Su emme yüzdesi yüksek olan agreganın betonda kullanılması beton dayanımını ve dayanıklılığını azaltır.
Agregaların birim ağırlığı, özgül ağırlığı ve kompasitesi ;
Birim Ağırlık: Belirli bir hacmi dolduran agreganın ağırlığına birim ağırlık denir. Agregayı kuru halde iken gevşek olarak bir kaba boşaltarak bulunan birim ağırlığa “gevşek birim ağırlık” ve yine kuru iken belli sayıda çubuk darbesi ile sıkıştırılarak bulunan birim ağırlığa ise “sıkışık birim ağırlık” denir.
Birim ağırlıktan agrega içindeki boşluk miktarı hesaplanabildiği gibi, özel amaçlar için agreganın uygun olup olmadığı da değerlendirilebilir. Ayrıca agreganın granülometri bileşimi ve kusurlu malzemenin varlığı hakkında fikir vermektedir.
Birim ağırlığa etki eden faktörler ;
1. Agreganın granülometrisine bağlı olarak boşluk miktarı değişmektedir. Boşluk miktarının az olması birim ağırlığı arttırır.
2. Kusurlu malzemenin fazla miktarda olması boşluğu arttırdığından birim ağırlığı düşürecektir.
3. Agrega V hacmine sahip bir kalıba yerleştirilirken sarsıntıya maruz bırakılırsa ve çubukla şişlenirse kabı az boşluk bırakarak doldurur. Bu da birim ağırlığın büyük bir değer almasıdır.
4. Agreganın özgül ağırlığının fazla olması agrega ağırlığının büyük olduğunu gösterir. Dolayısıyla birim ağırlık artar.
Birim ağırlığı yüksek bir betonun dayanımı, dayanıklılığı ve taşıma gücü fazladır. Beton agregalarının birim ağırlığı 1300 – 1850 kg/m3 arasında değişir.
Agreganın sıkışma oranı ne kadar yüksek olursa basınç dayanımı ve dış etkilere dayanımı da o kadar yüksek olur.
Özgül Ağırlık : Belli hacim ve sıcaklıktaki bir malzemenin, havadaki ağırlığının aynı hacim ve sıcaklıktaki damıtık suyun havadaki ağırlığına oranıdır. Bu özellik agrega kökeni hakkında bilgi verir ve beton bileşenlerinin hesabında kullanılır. Betonda kullanılacak agreganın özgül ağırlığının 2,2 – 2,7 kg/dm3 arasında olması istenir.
Özgül ağırlık, agreganın uygunluğunu belirtir. Düşük özgül ağırlık sağlam olmayan malzemeyi, yüksek özgül ağırlık ise kaliteli betona uygun agregayı tanımlar. Özgül ağırlık beton karışım hesabında, bu hesapların düzeltilmesinde ve beton homojenliğinin zorunluluğu durumlarında gereklidir. Düşük özgül ağırlık agreganın boşluklu ve zayıf olmasına bir işarettir.
Agreganın Kompasitesi : Agreganın kompositesi ile birim hacimdeki agregada tanelerin işgal ettiği hacmin toplamı anlaşılmaktadır. Agreganın özgül ve birim ağırlıkları bilinmek suretiyle kompasitesi hesaplanabilir. Agreganın birim ağırlığı her zaman için özgül ağırlıktan küçüktür. Dolayısıyla kompasite birden küçüktür. Vtoplam hacim, Vd dolu hacim olmak üzere, birim ağırlık, Δ = W/V ve özgül ağırlık δ=W/Vd olduğuna göre komposite k=Δ/δ den Vd/V özgül ve birim ağırlık cinsinden hesaplanabilir. (Δ) birim ağırlık ve (δ) özgül ağırlıktır. Agreganın sıkıştırma işlemine tabi tutulmadan yerleştirilmesi sonucunda kompasite 0,40 – 0,70 arasında değer alır [2].
Agreganın kompasitesinin küçük olması şu zararları meydana getirir ;
1. Üretilen betonun kompasitesi ve mukavemeti düşük olur.
2. Kullanılan çimento miktarı artar.
3. Betonun maliyeti yükselir.
4. Kusurlu malzeme miktarı artar. Bu da işlenebilme özelliğine etki yaparak mukavemetin düşmesine neden olur.
5. Dış etkilere karşı dayanıklılık azalır.
Read More1. AGREGALARIN GRANÜLOMETRİSİ
Agregaların granülometri bileşimi ile şunu anlıyoruz. Agregayı teşkil eden taneler muhtelif boyuttadır. Fakat aynı bir agrega numunesinde belirli büyüklükteki taneler daima belirli miktarda bulunur. İşte granülometri bileşim bize boyutlan belirli limitler arasında bulunan tanelerin ne miktarda agrega içinde bulunduğunu açıklar. Bu maksatla agregalar üzerinde «granülometri deneyleri» yapılır.
İleride açıklanabileceği gibi bir agreganın granülometri bileşiminin o agregayı kullanarak üretilen betonun özelikleri üzerinde gayet önemli etkileri vardır. Bu itibarla kullanılmadan evvel bir agreganın granülometri bileşiminin muhakkak saptanması gereklidir.
1.1. Granülometri Deneyinin Yapılışı
1.1.1 Elekler hakkında genel bilgi
Bir agreganın granülometri bileşimi numuneyi muhtelif eleklerden elemek suretiyle saptanır. Elekler belirli boyutlara sahip; dairesel delikler veya kare şeklinde gözlerden meydana gelmek suretiyle iki değişik tiptedir. Metal levhaların eşit aralıkla delinmesi suretiyle aynı çapa sahip deliklerin meydana gelmesiyle belirli boyutlu bir elek yapılmış olur.
Bu elekte agrega elendikten sonra bir kısım taneler elek üstünde kalacak bir kısmı ise geçecektir. Elek üstünde kalan tanelerin boyutları delik çapı olan (d) den büyük, buna karşılık elekten geçenleri (d) den küçüktür. Tellerin örülmesi sonunda kare şeklinde gözlerin meydana gelmesiyle ikinci tip elekler elde edilir. Bu şekilde yapılmış bir elekteki gözlerin iç boyutlarını (a) ile gösterelim. Böyle bir elekten geçen agrega tanelerinin boyutlarının (a) dan küçük olduğu kesinlikler söylenemez. Zira agrega taneleri küre şeklinde veya benzer şekilde düzgün taneler değildir. Bu bakımdan elipsoit şeklindeki tanelerin karenin köşegen doğrultusunda elekten geçmesi kabildir. Böylelikle dairesel delikli elekle, gözlerden meydana gelen elekler arasında önemli bir fark vardır. Dairesel delikli eleklerle yapılan deneylerde bulunan sonuçlar hakikati daha iyi ifade ettiği yukarıdaki açıklamadan anlaşılmaktadır. Bu konuda yapılmış olan çalışmalarda (a) göz boyutunun karşılığı olan dairesel deliğin (d) çapı arasında şu bağıntının bulunduğu kabul edilmiştir:
1,25a = d
Elek boyutları, diğer bir deyişle delik çapı veya göz boyutu, belirli bir değerden hareket etmek suretiyle geometrik bir serinin muhtelif terimleri olarak hesap edilir. Birleşik Amerika’da ASTM ‘in saptadığı elek serisinde gözün başlangıç boyutu 0,419 mm. olarak alınmakta, bundan sonra gelen boyut (0,149X2) =0,298 mm, bunu izleyen 0,149x2X2=0.569 mm olmakta ve boyutlar bu şekilde artarak saptanmaktadır. Bu durumun bir sonucu olarak, en küçük boyut, bunu izleyenler sırasıyla ise bu; değerler arasında şu eşitsizlikler vardır.
<
Agrega tanelerinin küçülmesiyle taneler harç ve beton üzerinde etkilerinin önemi çok artmaktadır. Bu sebepten dolayı küçük boyutlar bölgesinde agregaların bileşimlerinin daha duyarlı bir şekilde saptanması gerekmektedir. Yukarıdaki eşitsizlikler bize bu olanağı sağlamaktadır.
Agregaların granülometri bileşiminin saptanması için her ülkede bir elek serisi kabul edilmiştir. Bizim ülkemizde bu bakımdan tam birliğin varlığı ileri sürülemez. TSE tarafından TS706 ve TS707 de hem ASTM ve eski Alman elek serilerine yer verilmiştir. ASTM ’de gözlerden ibaret bir elek serisi kabul edilmiştir. Buna göre bu seriyi meydana getiren eleklerde göz boyutları (Tablo 1-I) de gösterilmiştir.
b) Eleme işlemi:
Gerekli şartları yerine getiren numune boyutu en büyük olan üstüne konur ve elemeye başlanır. Elekten geçenler boyutu hemen küçük olan elek üstünde toplanır ve bu elekten elenir. Bu şekilde boyutu en küçük olan eleğe kadar hareket edilir. Genel olarak eleme işi özel eleme makineleri ile yapılmaktadır. Bu maksatla bir seri elek en küçük boyuttan başlayarak sıra ile üst üste geçirilir. En üstte bulunan en büyük boyutlu elek üzerine numune konulduktan sonra elek takımı makineye yerleştirilir. Makinenin meydana getirdiği sarsıntı ve sarsma hareketleri sonunda 10-15 dakika içinde eleme işi sona erer.
c) Tartma işi:
Eleme işlemi sonunda her elek üstünde bir miktar malzeme kalmış bulunmaktadır. En büyük boyutlu elek üstünde kalan agrega tartılır. Bu elekten hemen sonra gelen daha küçük boyuttaki elek üstünde kalan, bir üst elek üstünde kalana eklenerek tartılır ve bu işe sonuna kadar aynı şekilde devam edilir. Bu maksatla 0,1 gr duyarlıklı bir terazi kullanılması yeterlidir.
1.2. Granülometri Eğrileri Ve Bunların Özellikleri
Bir agreganın granülometri bileşimi en iyi bir şekilde granülometri eğrileri vasıtasıyla ifade edilir. Deney sonuçlarından itibaren granülometri eğrisinin ne şekilde çizilebileceğini bir örnek üzerinde açıklayalım.
10 kg ağırlığında kum ve çakıl karışımı üzerinde Alman elek serisini kullanarak ve 30 m/m. den başlayarak granülometri deneyi yapılıyor. Elek üstünde kalanları birbirine eklemek suretiyle tartıyor ve bulunan sonuçlarını kaydediyoruz.
Read MoreALKALİ-SİLİKA REAKSİYONU
Betonarme veya beton yapı elemanlarının zamanla bozulup işlevlerini beklenen servis ömürlerine ulaşamadan yitirmelerine birçok faktör sebep olabilir. Yapı elemanının durabilitesini belirleyen etkenler arasında beton bileşimini oluşturan malzemelerin fiziksel ve kimyasal yapısından kaynaklanan iç etkiler ve çevreden kaynaklanan dış etkiler sayılabilir. Bazı durumlarda, beton bileşimini oluşturan malzemelerin kendi aralarında veya çevreden gelen zararlı maddelerle kimyasal reaksiyonlar yapabildiği, böylece yapının yada yapı elemanının hacim sabitliğinin bozulması nedeniyle zarar görebildiği bilinmektedir. Alkali-Silika Reaksiyonu, bu tür kimyasal bozulma nedenlerinden biridir. [K. TOSUN, H. YAZICI, B. BARADAN,2000]
1920’li ve 1930’lu yıllarda ABD, Kaliforniya’daki beton yapılarda nedeni belirsiz çatlak oluşumlarına bağlı yıkımlar rapor edilmiştir. Beton malzemelerin standartlara uygun olmasına rağmen, yapım yılını takiben birkaç yıl içinde çatlaklar oluşmuştur. Genellikle harita çatlağı şeklinde görülen sorun bazen de çatlaklardan jel çıkışı, betonun patlaması gibi belirtiler de göstermiştir. Stanton, 1940 yılında çatlamanın (daha sonra Alkali-Silika Reaksiyonu olarak adlandırılan) kimyasal bir reaksiyonun sonucu olduğunu açıklamıştır. [F.BEKTAŞ,]
Gerek ülkemizde gerekse diğer ülkelerde birçok betonarme yapıda hasarlar meydana getiren ASR, oldukça kompleks kimyasal bir reaksiyondur. Bazı çimentoların içinde fazla miktarda bulunan sodyum oksit (Na20) ve potasyum oksit (K20) gibi alkali oksitler beton gözenek suyunda çözülerek sodyum hidroksit (NaOH) ve potasyum hidroksit (KOH) oluştururlar ve aktif silis içeren agregalarla reaksiyona girerek, zamanla betonu çatlatan bir jel oluşumuna sebep olurlar. Reaksiyonun neden olduğu genleşme belli bir sınırı aştığında beton için potansiyel bir tehlike oluşturur.[A. M. NEVILLE]
Çimento, hammaddesi en kolay ve bol bulunan bir ürün olarak bilinir. Özellikle ülkemizde, hemen hemen her bölgede çimento temel hammaddesi olan kalker ve kile rastlamak mümkündür. Ancak doğada bulunan bu maddelerin hiçbiri ideal bir klinker üretimi için istenilen özelliklere uygun olmadığı gibi, hiçbir zaman sürekli bir homojen yapı göstermezler. Bilindiği gibi çimento fabrikalarında günde binlerce ton kalker ve kil kullanılır. Bu çapta bir madde akışı içinde ocaklarda seçme, ayırma ve kontrol olanakları son derece sınırlı kalır.
Ocaklardan doğrudan alınan hammaddelerde, içinde klinker üretimi için sakınca yaratabilen birçok bileşen bulunabilir. Genellikle sediman bir oluşum olan kil mineralleri içinde magnezyum oksit, sülfat, klorür, serbest silis (kuvars), sodyum ve potasyum oksitlerine rastlanabilir. Hammadde içinde fırına giren bu bileşimler klinker oluşum reaksiyonlarına katılmazlar. Ancak pişirme, öğütme ve üretilen çimentonun hidratasyonu sırasında çeşitli sakıncalar yaratırlar.
Hemen hemen bütün kil mineralleri içinde alkali oksitlerine ve klorür tuzlarına rastlanır. Bu bileşenlerin çimento içinde belli değerlerden fazla bulunması istenilmez. Hatta normal değerlerde bulunması halinde bile, özellikle ön ısıtmalı klinker üretim sistemlerinde büyük sorun yaratırlar. En uygun hammadde kullanımı halinde bile
alkali oksit ve klorür etkilerinden tam olarak kurtulmak söz konusu olmadığına göre, bu bileşenlerin zararlı etkilerinden kurtulmak için özel önlemlerin alınması gerekir.
Pratikte çimento içinde bulunan alkali oksit yüzdesi büyük önem taşımaktadır. Ülkemiz standartlarında herhangi bir sınır değer bulunmamakla beraber, ASTM standartlarında çimento içindeki toplam alkalinite yüzdesinin % (Na20+0,658 K20) 0,6 ‘dan fazla olmaması şartı bulunmaktadır. [B. Ö. ŞENSÖZ, S. YALÇN,2001]
2. ALKALİ-SİLİKA REAKSİYONU MEKANİZMASI
ASR’nin oluşabilmesi için agregada reaktif silika formları, yeterli miktarda alkali ve ortamda nem bulunmalıdır. Bu koşullardan herhangi biri olmazsa ASR nedeniyle bir genleşme de olmayacaktır. ASR basitçe iki aşamada görülebilir;
1. Alkali + Reaktif Silika > Alkali-silika jel ürünleri
2. Alkali-silika jeli + Nem > Genleşme
Reaksiyonun oluşabilmesi için çimento alkali içeriğinin “eşdeğer Na20” değeri olarak % 0,6 değerini aşması gerekir. Portland çimentosunun toplam alkali içeriği sodyum oksit eşdeğeri olarak şu ifade ile hesaplanmaktadır; [Thomas Telford Ltd.]
(Na20)e = Na20 + 0,658 K20
Çimentoda bulunan sodyum ve potasyum oksitler çimentonun hammaddelerinden (kil, kireçtaşı, şeyl vb) kaynaklanır.Ayrıca alkaliler, çimento dışında; agrega, karışım suyu, beton katkı maddeleri, buz çözücü tuzlar, zemin suyu, beton kür suyu ve endüstriyel atık suları aracılığıyla beton bünyesine girebilirler. [A.
M. NEVILLE]
Genelde sadece çimento ve çimentolanma özelliği olan malzemelerin alkalinitesi göz önüne alınmaktadır. Ancak, betona katılan kimyasal yada mineral katkılar alkali içeriyorsa gelen ilave alkali miktarı gözönüne alınır. Beton içine alkali girişi sadece çimentodan kaynaklanıyorsa alkali içeriği şu ifade ile hesaplanabilir;[
M.KALMIŞ, N.GUNGOR, S.ERIBOL]
[Çimentonun alkali %] x [Çimento dozajı (kg/m3) 1 = Betondaki alkali miktarı (kg/m3)
Betonun alkalinitesi arttıkça ASR potansiyeli de artar. Alkali hidroksit çözeltisi, reaktif agregalarla kolayca reaksiyona girer. Yüksek konsantrasyonl u alkali çözeltide, silikanın kararlı formları bile güçlü silikon bağlarının kırılması nedeniyle reaksiyona girebilir. Agreganın reaktifliği arttıkça daha düşük alkalili çözeltilerde bile jel reaksiyonu oluşabilir. Silika mineralleri reaktiflikleri açısından opal, kalsedon, kristobalit, kriptokristal kuartz olarak sıralanabilir. Bu minerallerden bir veya birkaçının birarada bulunduğu kayalar arasında, opal, kalsedon, kuartz çörtleri, silisli kireçtaşları, silisli dolomitler, riyolit ve tüfleri, dazit ve tüfleri, silisli şeyller, filitler, opalli oluşumlar, çatlamış ve boşlukları dolmuş kuartzlar sayılabilir.[ Thomas Telford Ltd.]
ASR’nin genel mekanizması bilinmekle birlikte, beton üzerine yapmış olduğu etkiler henüz tam olarak açıklığa kavuşmamıştır. Orneğin çimento alkalinitesi belli bir değere erişince betonda şişme görülmekte, fakat alkalinite ile doğru orantılı olarak artmamaktadır. Buna karşılık çimento dozajının artışı, şişmenin de artmasına neden olmaktadır. ASR için mutlaka suya ihtiyaç olduğu halde, su içinde bekletilen betonlarda şişme meydana gelmemektedir. Maksimum şişme betonun doygun rutubetli atmosferde tutulması halinde görülmektedir. Reaktif agreganın inceliği reaksiyon hızını arttırmakla beraber, yüksek incelikte olan mineraller her zaman aynı derecede şişmeye neden olmamaktadır. Beton yapının poröz olması halinde, oluşan alkali silikat jeli beton boşlukları içine dolarak betonda herhangi bir şişme meydana getirmemektedir.[ B. Ö. ŞENSÖZ, S. YALÇIN,2001]
ASR’nin oluşumuna neden olan bir diğer koşul olan nem, bozulmanın ve hacim değişikliğinin şiddeti üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. ASR, yanlızca nem varlığında gerçekleşir. Nem, alkali iyonlarının yayılmasına, oluşan jel ise su emerek şişip genişlemeye ve betonda içsel çekme gerilmelerinin doğmasına böylece agrega ile onu çevreleyen çimento harcının çatlamasına neden olurlar. (Fotoğraf 2.1.) Çatlamadan sonra ortama giren su, jelin emebileceğinden fazla olursa bir miktar jel dışarı sızar, bu durum ileri düzeyde bir hasarın kanıtıdır. Su, ASR’de iki rol üstlenmiştir, taşıyıcılığın yanısıra jelin büyümesini de sağlar. Betonun kurutulması ve ileride su ile temasının önlenmesi reaksiyonun durdurulması için etkilidir. Aksine, tekrarlı ıslanma ve kuruma, alkali iyonlarının göçünü hızlandırarak reaksiyonun şiddetini arttırır.[ Thomas Telford Ltd.]
Fotoğraf 2.1. ASRJeIinin Beton İçinde Oluşumu [ACI 221.İR State of the Report on Alcali-Agrigate Reactivity 1
ASR üzerinde beton karışım oranları, agrega boyutu, hava katkısı, mineral ve kimyasal katıkların ve ortam sıcaklığının da etkisi vardır.
Reaktif agrega/alkali oranının belirli bir değerde olması maksimum genleşmeye neden olmaktadır. Yapılan araştırmalar bu oranın 3 ile 10 arasında değiştiğini göstermekte, pik genleşmeye neden olan bu değere “pesimum oran”
denmektedir. Bu davranış, deneylerde şüpheli kumlar ve reaktif olmayan kırmataş tozu farklı oranlarda kullanılarak belirlenebilmektedir.[ Thomas Telford Ltd.]
Şekil 2.1. Silisli Agrega İçeren Bir Betonun İç Yapısı. [GLASSER,1992]
Uygulayıcılar, ASR’nin betonu kendiliğinden tahrip etmediğini doğrulamaktadırlar. Daha ziyade, ASR’ye maruz kalan beton, günden güne ortaya çıkan zararlarla daha erken yıpranarak, güçsüzleşmektedir. ASR’nin yıpratıcı kimyasal reaksiyonlarına dair bilinenler köprü tabliyelerindeki harita şeklinde ve uzunlamasına çatlaklar ile taşıyıcı kolonlardaki uzunlamasına çatiaklardır. ASR’nin sebep olduğu neden-sonuç ilişkileri, ASR’nin betonun AIDS’i “ olarak adlandırılmasına yol açmaktadır.[ T. KUENNEN]
3. ALKALİ-SİLİKA REAKSİYONUNU ETKİLEYEN FAKTÖRLER
3.1. Karışım Oranlarının Etkisi
Reaktif agrega içeren bir betonun karışım oranlarını değiştirerek betonun reaktif agrega içeriği ve hidroksil iyonu konsantrasyonu değiştirilebilir. Bu değişim aynı zamanda betonun sonuçtaki genleşme miktarını da etkiler.
Genleşmenin reaktif alkali/silis oranına bağlı olduğu Şekil 3.1.’de görülmektedir. Maksimum genleşme, reaktif alkali/silis oranının 3.5 ile 5.5 olması durumunda meydana gelmektedir. Harç ve betonların bu davranışı pratikte önemlidir.
Şekil 3.1. ReaktifSilislAlkali Oranına Göre Genleşme Miktarları.
Su altında saklanan numunelerin genleşmesi su/çimento oranına altında saklanmayan numunelerde reaksiyon, su buharının difüzyon olarak kontrol edilmektedir. [K. RAMYAR, H. DÖNMEZ, Ö. ANDİÇ,2002]
3.2. Alkali İçeriğinin Etkisi
bağlı iken su hızına bağlı
Betonda kullanılan çimentonun alkali içeriğinin değişmesi, betonun hidroksil iyon konsantrasyonunu, betonun alkali içeriğini ve reaktif silis/alkali oranını değiştirir. Suda bekletilen harç çubuklarında çimentonun alkali içeriğinin genleşmeye etkisi Şekil 3.2.’de görülmektedir. Çimentonun alkali miktarı arttıkça pesimum davranış eğrisi genişlemekte ve maksimum genleşme reaktif silis/alkali oranı 4.5 civarında iken meydana gelmektedir.
Benzer alkali içeriklerinde, genleşme miktarlarında önemli farklılıklar gözlemlenmiştir. Bu farklılıklar aşağıdaki faktörlere bağlı olabilir;
• Çimentolardan farklı hızlarda alkali açığa çıkması.
• Çimentoların sodyum/potasyum oranlarındaki değişimler.
• Farklı hızlarda dayanım kazanımı. [ K. RAMYAR, H. DÖNMEZ, Ö. ANDİÇ,2002]
.kLIU h
Şekil 3.2. Çimentonun Alkali İçeriğinin Genleşmeye Olan Etkisi
3.3. Reaktif Agreganın Cinsinin ve Tane Büyüklüğünün Etkisi
Betonda ASR’nun oluşabilmesi için herhangi bir formda reaktif silisin bulunması gerekmektedir. Reaktif silis oldukça farkı doku ve kristal yapısı sergiler. Silisin doku farklılığı, kayaçlaşma sürecinde azalan soğuma hızına bağlıdır. Agregadaki silisli mineraller kayaç oluşum sürecinde soğuma hızına bağlı olarak amorf veya camsı (kristalleşmemiş) yapıdan kripto kristal, mikro kristal ve kristal yapıya kadar geniş bir aralığa dağılırlar. Kimi durumlarda kuvars kristallerinin oluşumu sırasında içsel gerilmeler oluşur. Bu tür kuvars mineralleri içeren agregalar reaktiftir.
Reaktivitedeki Azalmaya Göre Silis Mineralleri
Amorf silis
Opal
Stabil olmayan kristalin silis
Çört
• Kalsedon
• Silisin diğer kriptokristalin formları
• Metamorfik olarak ayrışmış ve bozulmuş kuvars
• Deforme olmuş kuvars
• Yarı kristalleşmiş kuvars
• Saf kuvars
Reaktivitedeki Azalmaya Göre Kayaçlar
• Tüfler dahil volkanik camlar
• Metakuvarsit metamorfize kumtaşları
• Granitik gnayslar
• Deforme olmuş granitik gnayslar
• Diğer silis içeren metamorfik kayaçlar
• Silisli ve mikalı şist ve filitler
• İyi kristalize olmuş volkanik kayaçlar
• Pegmatitik volkanik kayaçlar
• Silis içermeyen kayaçlar
Reaktif agreganın tane büyüklüğü de ASR sebebiyle oluşabilecek zararlar üzerinde etkilidir. Büyüklüğü 75 Mm ile 1 mm arasında değişen, hatta bazen 5 mm’ye kadar çıkabilen boyutundaki reaktif agrega kullanılması durumunda genleşmenin maksimum olduğu görülmektedir.Ancak, 75 Mm altındaki boyutlarda reaktif agreganın fazla miktarda bulunması halinde genleşme oluşmadığı halde reaksiyon delillerinin ortaya çıktığı gözlenmiştir. Reaktif agreganın boyutunun etkisi, reaktif agreganın fiziksel ve mineralojik karakterine de bağlıdır. Gözenekliliği fazla olan agreganın içine boşluk çözeltisinin girişi daha kolay olmakta ve reaksiyon alanı artmaktadır. [K. RAMYAR, H. DONMEZ, 0. ANDIÇ,2002]
3.4. Dış Alkalilerin Etkisi
Kar mücadelesinde kullanılan tuz (NaCI), deniz suyu, beton kür suyu ve endüstriyel atık suları aracılığıyla beton bünyesine dışarıdan giren alkaliler, dış alkaliler olarak adlandırılır. Özellikle geçirimli betonlarda ve/veya çatlaklar oluşmuş betonlarda dış alkalilerASR’nun neden olduğu genleşmeleri arttırır.
Deniz suyunun sertleşmiş betonda oluşan ASR genleşmelerini arttırıcı etkisi, hidrate C3A ve portlandit bileşenlerinin NaCI ile oluşan reaksiyonu sonucu 0H miktarının artması sebebiyledir. [K. RAMYAR, H. DÖNMEZ, Ö. ANDİÇ,2002]
3.5. Rutubetin Etkisi
Rutubet, silisin çözülmesine, alkali iyonlarının yayılmasına ve reaksiyon bölgesinde jel oluşumuna sebep olur. Oluşan jel ise su emerek şişip genişler ve betonda içsel çekme gerilmeleri oluşmasına yol açar. Araştırmalar, bağıl nem oranı %80’in üzerinde olan betonlarda ASR’nun oluştuğunu göstermektedir.
Düşük su/çimento oranlı betonun, ilave çimento, mineral katkı veya herhangi bir başka yolla beton geçirimliliği azaltılırsa; rutubetin betona girişi ve beton içinde dolaşımı azalır. Dolayısıyla beton içinde alkalilerin yayılması da azaltılmış olur.
Betonun sürekli olarak suya doygun halde oluşunun mu, yoksa sıkça kuruyup ıslanmasının mı daha çok tahribat yarattığı kesin olarak bilinmemektedir. Ancak sık kuruma-ıslanma tekrarının betonda alkali taşınmasının kolaylaşmasına ve alkalilerin kuruma bölgelerinde yoğunlaşmasına neden olduğundan bu bölgelerde reaksiyonun hızlı gelişimine yol açtığı bilinmektedir. [K. RAMYAR, H. DÖNMEZ, Ö. ANDİÇ,2002]
3.6. Sıcaklığın Etkisi
Sıcak iklim koşullarındaki yapılar, soğuk iklim koşullarındakilere göre ASR’na karşı daha duyarlıdır. Çünkü reaksiyonun hızı sıcaklık arttıkça artar. Sıcaklık artışı, agreganın büyük çoğunluğunda aşırı termal gerilmelere sebep olur. Bazı agregalarda yapılan araştırmalar, 132O0 0 aralığındaki ölçümlerin 38° C’dekinden farklı olduğunu göstermiştir. Yüksek ve düşük sıcaklıkların genleşmeye etkisi agregaya bağlıdır. Agregaların büyük çoğunluğu daha yüksek sıcaklıklarda daha fazla reaktiflik göstermektedir. [K. RAMYAR, H. DÖNMEZ, Ö. ANDİÇ,2002]
3.7. Sürüklenmiş Havanın Etkisi
Reaktif agrega içeren ancak ASR sebebiyle hasar görmeyen yapılar incelendiğinde, jelin hava boşluklarını tamamen veya kısmen doldurduğu görülmektedir. Bundan dolayı, jelin hasar görmemiş betonda hava boşluklarını doldurarak ilerlediğini ve hava sürükleyici katkı kullanımının ASR sebebiyle oluşan hasarı önleyebileceği söylenebilir. [K. RAMYAR, H. DÖNMEZ, Ö. ANDİÇ,2002]
4. ALKALİ-SİLİKA REAKSİYONUNUN BELİRTİLERİ
Betonda ASR ürünleri oluşmadıkça ASR hasarından bahsedilemez. Yapılacak dikkatli incelemelerle tespit edilebilecek ASR belirtileri; genleşme, betonda çatlaklar, yüzey birikintileri, yüzey parçalanmaları-patlamaları ve renk değişimleridir. [M.
ARSLAN 2001]
ASR varlığının en tipik göstergesi, genleşmelerle ortaya çıkan harita çatlağı tipindeki çatlak desenleridir. Fotoğraf 4.1. ASR çatlaklarının deseni, yapılarda oluşan zemin ve muhtelif yüklerin neden olduğu çatlak düzenlerinden oldukça farklıdır. [M.
ARSLAN 2001]
Şekil 4.1. ASR’nin neden olduğu harita çatlakları. [ACI 201.2R Guide to Durable
Yapılabilecek göz muayenesi ile; çatlakların konumu ve deseni, uzunlukları, genişlikleri, görünür derinlikleri, çatlakların agrega kesitinden mi yoksa çimento hamurundan mı geçtiği saptanabilir. ASR’nin oluşturduğu jelleşme, agrega taneciği içinde veya agrega taneciği çevresinde reaksiyon halkası biçiminde gelişebilir. Bulabildiği ölçüde su emerek enerjisini boşaltan bu jel, su emdikçe hacimsel olarak büyür (şişer). ASR’den kaynaklanan çekme gerilmeleri nedeni ile 3 veya 4 kollu yıldız şeklinde çatlar. Şekil 4.1. ASR jelinin su emerek şişmesi sonucu beton içinde depolanan potansiyel enerji, bu çatlamalar ile boşalır. [M. ARSLAN,2001]
Fotoğraf 4.1. ASR’den Kaynaklanan Çatlaklara İlişkin Görünüşler.
Beton çatlakları boyunca beyazdan griye kadar değişen renklerde ASR jeli yada kalsiyum karbonat tortuları görülebilir. Bu birikintilere bazen yüzey tortuları veya salgıları da denir. Çatlaklardan dışarı sızan bu maddeler, beyaz sarımtırak veya renksiz, viskoz, akışkan, mumsu, elastik yapışkan yada sert olabilirler. [M.
ARSLAN 2001]
Yüzeyde veya yüzeye çok yakın bölgelerdeki parçalanmalar, tipik bir mısır patlaması gibi davranarak beton yüzeylerinde küçük çukurlar oluşturur. Ileri yaşlarda, ASR kopmalarının kaplama betonlarında daha çok görülür. Özellikle rutubetli, ıslak kohezif zeminler üzerinde olan beton kaplamalarda, rutubet yoğunlaşması patlama türü parçalanmaları arttırır. [M. ARSLAN,2001]
Yüzeyde renk kaybı veya renklenmeler, genellikle harita çatlağı ile birlikte görülür. Koyu renkli veya kararmış bölgeler genellikle ASR’den kaynaklanmaktadır. Çatlak boyunca olan bölgelerde 2-3 mm genişlikte renk açılması, beyazlaşma, pembeleşme yada kahverengileşme görülebilir. [M. ARSLAN,2001]
AKIl .JPG
5. ASR’unu KONTROL ALTINA ALMA YÖNTEMLERİ
ASR’unu önlemenin en iyi yolu beton dökülmeden önce gerekli önlemleri almaktır. Bunun için bağlayıcı malzemelerin ve agregaların dikkatlice analiz edilmesi ve malzeme seçiminin verimliliğini ve ekonomikliğini optimize eden bir kontrol stratejisinin seçilmesi gerekir.
ASR’unu önlemek için malzeme seçiminde aşağıdaki konulara dikkat edilmelidir;
• Aktif silis içermeyen agregaların tercih edilmesi,
• Betonun alkali içeriğini sınırlamak,
• Ortamın nemini kontrol altında tutmak,
• Katkı maddesi kullanımı. [K. RAMYAR, H. DÖNMEZ, Ö. ANDİÇ,2002]
6. ALKALİ-SİLİKA REAKTİVİTESİNİN BELİRLENMESİ
Yüksek alkali içeren betonlarda agreganın iyi bir performans gösterdiğine dair uzun süreli gözlemlere dayanan sonuçlar varsa reaktivite tespiti için ayrıca deney yapmaya gerek yoktur. Aksi halde, agreganın veya belirli agrega-kombinasyonlarının zararlı alkali-silis reaksiyonu gösterip göstermeyeceğinin tespiti için deneyler yapmak gerekmektedir. Alkali-silis reaktivitesi hakkında günümüzde hala uluslararası kabul görmüş tek bir veya birkaç standart deney yöntemi bulunmamaktadır. Ulkeler, kendilerine en uygun deney metotlarını seçerek uygulamaktadırlar.
Laboratuvar deneylerinin bazılarında reaksiyon, anormal yüksek çimento içeriği, alkali ekleme veya yüksek sıcaklıklarda test edilerek hızlandırılmaktadır. Test metotları, bu sebeple iki ana faktör göze alınarak değerlendirilmelidir. Birincisi, bu tür anormal koşullarda bazı silisli bileşenler normal koşullarda olduğundan çok farklı hızlarda reaksiyona girebilirler. İkincisi, reaksiyonun fiziksel etkileri çok farklı olabilir. Bu deneyler ancak, şantiye koşullarıyla veya normal şartlarda kürlenmiş numuneler üzerinde yapılan deneylerle karşılaştırıldığında anlamlı sonuçlara götürebilir. [ K.
RAMYAR, H. DÖNMEZ, Ö. ANDİÇ,2002]
6.1. ASTM C 295- Agregaların Petrografik Analizi
Petrografik inceleme, minerallerin cins ve yüzdelerine göre kayacın adlandırılması işlemidir. Agregalardan alınan ince kesitlerin optik mikroskop yardımıyla incelenmesi sonucu içeriklerinde bulunan potansiyel reaktif mineral fazların (reaktif silis) teşhisi mümkündür. X-ışını yayılımı ve tarayıcı elektron mikroskobu gibi yöntemler reaktif silisin saptanmasında faydalıdır. Agregaların yanı sıra, zarar gören beton ve harç numunelerden alınan ince kesitler üzerindeki çalışmalar sonucu, meydana gelen etkinin ASR sebebiyle olup olmadığını
ek deneyler yapılması önerilir. Deney sonuçları, kullanılan kabın tipi, fitillerin bulunup bulunmayışı, çimentonun alkali içeriği, su/çimento oranı gibi faktörlerden önemli miktarda etkilenmektedir.
Bu yöntemin dezavantajları, uzun süreli olması, kür koşullarındaki farklılıklar sebebiyle değişimler gösterebilmesi ve özellikle bazı yavaş reaktif agregaların reaktivitelerinin saptanamamasıdır. Bu yöntem, ayrıca mineral ve kimyasal katkıların ASR genleşmesindeki azaltmalarını ölçmede de kullanılmaktadır. [ASTM 0 227, K. RAMYAR, H. DÖNMEZ, Ö. ANDİÇ,2002]
tanımlayabilmek mümkündür. Petrografik incelemeyi yapan kişinin bu konudaki deneyimi önemli bir faktördür. ASR üzerinde kimyasal metotlar, beton veya harç numuneleri ile testler uygulamadan önce bu analizin uygulanması zaman kazandırmak ve uygulanacak metodun agrega tipine göre seçimini kolaylaştırmak bakımından önemlidir. [ASTM C- 295, K. RAMYAR, H. DÖNMEZ, Ö. ANDİÇ,2002]
6.2. ASTM C 289- Kimyasal Metot
Bu yöntem çabuk ve görünürde açık sonuçlar verdiği için daha çok kullanılmaktadır. Agregayı temsil eden 25 gr ağırlığında ve 150-300 Mm’ye kırılmış numune, 25 mI 1 M sodyum hidroksit çözeltisinde 80 0 derecede 24 saat boyunca bekletilir. Daha sonra filtre edilir ve asitte titre yöntemiyle çözülmüş silis ile alkalinitedeki azalma analiz edilir. Deney üç kez tekrarlanır. Sonuçlar daha sonra Şekil 4.1. ‘deki eğride işaretlenerek kontrol edilir. Bu şekilde Rc alkalinitedeki azalmayı, Sc ise çözülmüş silisi ifade etmektedir. Eğer tüm sonuçlar eğrinin sol tarafındaki bölgede ise agrega zararsız olarak kabul edilebilir. Bu eğri, yüksek alkali içerikli harç çubuğu genleşmeleri, agregaların petrografik analizleri ve betonda kullanılan agregaların saha performansları dikkate alınarak çizilmiştir.
Read More