Hava sürükleyici katkıların karakterizasyonu ve deney koşullarının donma-çözülme hasarına etkisi
Characterization of air entraining admixtures and effect of test conditions on freezing-thawing damage of concrete
Yazar: YUŞA ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. MEMETALİ TAŞDEMİR ; PROF. DR. YILMAZ AKKAYA
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Dış koşullara açık beton elemanlarda ve betonarme yapılarda hava sıcaklığındaki değişimlere bağlı olarak donma-çözülme etkisi sonucu belirli şartlar altında hasar meydana gelmektedir. Hasarın nedeni beton içindeki boşluklarda donan suyun hacminin artması ve sertleşmiş betonun bu hacim değişkenliğine karşı koyamayarak çatlamasıdır. Hasarı önlemek için üretim aşamasında beton içerisine çok küçük çaplı ve belirli aralıklarla dağılmış küresel hava boşluklarının oluşmasını sağlayacak hava sürükleyici kimyasal katkılar ilave edilmektedir. Beton içindeki hava boşluğu sisteminin başarısı boşlukların miktarına, çapına ve aralarındaki mesafeye bağlıdır. Bu özellikler ve bu özelliklerin üretim süreci içinde kararlılığı, hava sürükleyici katkının kimyasal yapısına ve beton içindeki diğer bileşenlerle uyumuna bağlıdır. Çalışma kapsamında farklı hava sürükleyici katkıların hava boşluğu oluşumuna, kararlılığına ve betonda kullanılmadan önce performanslarının belirlenmesine yönelik araştırmalar yapılmıştır. Donma-çözülme etkisi sonucu oluşan hasar, yüzeyden parça kopması (pullanma) şeklinde oluşabileceği gibi mikro çatlakların oluşmasına bağlı içsel hasar olarak da oluşabilmektedir. Hasarın oluşumu üzerinde donma hızı, don altında geçen süre ve minimum sıcaklık gibi deney koşullarının etkileri farklı hipotezlerin öne sürülmesine neden olmuştur. Çalışma kapsamında yapılan deneylerde, deney koşullarının etkileri sıcaklık-zaman çevrimlerinin ayarlanabildiği bir deney cihazında ve gerçek ortam şartlarına daha uygun bir donma-çözülme deneyi olan CDF (Capillary suction, Deicing salts and Freeze thaw test) deneyine uygun olarak incelenmiştir. Deneysel çalışma sonucunda, farklı hava miktarına sahip betonlar üzerinde deney koşullarının hasar ve hasarın türü üzerine etkisi belirlenmiştir. Sunulan tez çalışması kapsamında yapılan deneyler sonucunda, hava sürükleyici kimyasalların taze halde hava boşluğu sistemi oluşumu ve sertleşmiş halde donma-çözülme etkisine karşı direnci incelenerek, donma-çözülme etkisine dayanıklı bir beton tasarımındaki önemi ortaya konmuştur.

Abstract:
Concrete structures exhibit damage due to freezing and thawing effect depending on temperature fluctuations in winter conditions. In saturated pores of concrete, the expansion of freezing water forces the pore to expand and eventually, cracking initiates.  Chemical admixtures generate air voids with a diameter of 10 to 100 ?m which provides a space for ice expansion and therefore facilitate frost protection. The effectiveness of the air void system in preventing damage depends on the volume, size and distribution of air pores. These parameters are controlled by the chemistry of the air entraining admixture and its interaction with the other constituents of concrete. In this study, the effects of the type of air entraining admixtures on air void system and performances of air entraining admixtures on concrete were investigated. Also, the effects of the parameters of air void system were determined on the freezing ? thawing durability, mechanical properties and permeability of concretes.   The repeated freezing and thawing cycles cause two type of damage? internal deterioration and surface scaling. Mechanisms of the damage were explained based on the freezing rate, minimum temperature and the duration at minimum temperature. In the experimental study, effect of test conditions on damage and the type of deterioration were determined based on the CDF (Capillary suction, Deicing salts and Freeze/thaw test) test on air entrained and non-air entrained concretes. In the scope of this study, effects of the type of air entraining admixtures on the generation of an air void system at fresh state and on the resistance to freezing and thawing at hardened state were experimentally investigated which revealed the importance of air entraining admixture in designing a freezing-thawing resistant concrete.