Hafif agregalı betonun boşluk yapısının mekanik ve fiziksel özelliklere etkisi
The effect of pore structure on mechanical and physical properties of lightweight aggregate concrete
Yazar: NİHAT KABAY
Danışman: PROF. DR. FEVZİYE AKÖZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Hafif beton = Lightweight concrete ; Ponza = Pumice

Özet:
Yapı üretiminin temel malzemesi olan ?normal beton?un yoğunluğu 2400 kg/m3 civarındadır. Yoğunluğu, 2600 kg/m3'ten fazla olanlar ?ağır beton?, etüv kurusu durumdaki yoğunluğu 2000 kg/m3'ün altında olanlar ise ?hafif beton? olarak adlandırılır. Hafif betonlar; üretim tekniğine ve malzemesine göre; hafif agregalı betonlar, ince tanesiz betonlar ve gaz betonları olarak; işlevine göre de taşıyıcı hafif betonlar, taşıyıcı/yalıtım hafif betonları ve yalıtım hafif betonları olarak gruplandırılırlar.Hafif agregalı beton üretiminde, birim ağırlığı düşük doğal ve/veya yapay hafif agregalar kullanılır. Doğal hafif agregalar; tüf, bims (ponza), sünger taşı, lav cürufu, bentonit vb gözenekli volkanik doğal taşlardan veya diyatomit gibi tortul taşlardan elde edilir. Yapay hafif agregalar ise yüksek fırın cürufu, uçucu kül gibi endüstri atıklarından ve perlit, kuvarsit, vermikülit, obsidyen, arduvaz, kil ve şist gibi doğal taşların ısıl işlem ile genleştirilmesinden elde edilir. Bunlardan başka elyaf, talaş ve testere tozu gibi ahşap atıkları, EPS köpükler, plastik atıklar, hafif tuğla kırıkları ve diğer tarım atığı malzemeler de hafif beton agregası olarak kullanılırlar.Konu ile ilgili kaynak taramasında; ponza hafif agregası ile üretilmiş betonunun mekanik ve fiziksel özellikleri ile ilgili çalışmalar yapıldığı, agregaların hafif ve gözenekli oluşu nedeni ile beton üretimindeki zorluğun, agregalara su emdirilmesi ya da karma suyunun artırılması ile aşılmaya çalışıldığı görülmüştür. Bu yöntemler ile agregaların tam ve homojen olarak suya doyurulduğunu ve agrega-çimento hamuru arayüzünde sürekliliğin sağlandığını söylemek mümkün değildir. Yapılan araştırmada ayrıca; hafif betonların birim ağırlığının ve mekanik özelliklerinin etraflıca araştırıldığı, ısı iletimini doğrudan etkileyen su buharı difüzyon direnç faktörünün ise detaylı araştırılmadığı, hafif betonun boşluk oranı, boyutu ve boşluk dağılımı gibi boşluk parametreleri ile fiziksel ve mekanik özelliklerini ilişkilendiren kapsamlı deneysel çalışmanın eksik olduğu gözlenmiştir.Bu eksiklikler dikkate alınarak planlanan bu tez kapsamında, agregaların homojen doyurulması amacı ile ?Vakumla Suya Doyurma Yöntemi? geliştirilmiştir. Agregaların olduğu gibi kullanıldığı, normal koşullarda suya doyurulduğu ve bu çalışmada geliştirilen teknik ile vakumlanarak suya doyurulduğu üç farklı yöntem ile çimento dozajı 350 ve 500 kg/m3 olan, hava sürükleyici katkı maddesi katılan ve katılmayan toplam 12 farklı seride beton üretilmiştir. Taze betonda slump, VeBe süresi, yoğunluk; sertleşmiş betonda yoğunluk, ses geçiş hızı, su emme, ısı iletim katsayısı, su buharı difüzyon direnç faktörü, kuruma rötresi, basınç dayanımı, yarma dayanımı ve elastisite modülü belirlenmiş, betonun boşluk yapısı optik mikroskop ve cıva porozimetresi ile incelenmiş, mekanik ve fiziksel özellikler arasındaki ilişki araştırılmıştır. Bu çalışmada üretilen hafif beton ile normal beton arasındaki farklılıklar statik açıdan, ısı yalıtımı açısından ve değer analizi ile irdelenmiştir.Deney sonuçlarına göre; hafif agregalı betonlarda, boşluk parametreleri ile fiziksel ve mekanik özelliklerin ilişkili olduğu, hafif beton üretiminde ponza agregalarının bu çalışmada geliştirilen vakum yöntemi ile suya doyurularak kullanılmasının üretim süresini kısalttığı, taze ve sertleşmiş beton özelliklerine olumlu etki yaptığı görülmüştür. Vakumla Suya Doyurma Yönteminin hafif agregalı beton üretim teknolojisinde etkin biçimde kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.Anahtar Kelimeler: hafif beton, ponza, boşluk yapısı, su buharı difüzyon direnç faktörü, vakumla suya doyurma, ısı iletim katsayısı.

Abstract:
One of the basic materials used in constructions is normal weight concrete and has a density of about 2400 kg/m3. Heavyweight concrete is defined as a concrete with a minimum density of 2600 kg/m3. Lightweight concrete is usually defined as a concrete with an oven dry density of no greater than 2000 kg/m3. Lightweight concretes are classified into three groups based upon the materials and production technique; lightweight aggregate concrete, no-fines concrete and gas concrete. Based upon their use and physical properties lightweight concretes are divided into three groups; structural, structural/insulating and insulating.Low density natural and/or artificial aggregates are used in lightweight aggregate concrete production. Natural lightweight aggregates are mined from volcanic deposits that include pumice and scoria types. Artificial lightweight aggregates are produced from raw materials including shales, clays, slates, fly ashes, perlite, blast furnace slags, etc. Besides these, wood, plastic wastes, expanded polystyrene (EPS) beads, crushed lightweight bricks, etc. can also be used as lightweight aggregates.Many authors have investigated mechanical and physical properties of pumice lightweight concrete and stated the difficulty in concrete production because of the porous structure and high water absorption characteristics of the aggregates. This difficulty is usually overcome by pre-wetting or saturating the aggregates or increasing the mixing water. These methods are not fully successful in achieving a homogenously saturated aggregate phase. It was also noticed that water vapour transmission properties of pumice concrete was not broadly investigated and a broad experimental study was missing in determining the relation between pore structure parameters and mechanical-physical properties of lightweight pumice concrete.Experimental study was planned considering these assessments and ?Vacuum Saturation Method? is developed for homogeneous saturation of lightweight aggregates. Three saturation methods are applied on aggregates; 30 minutes pre-wetting, 24 hours saturating, and 10 minutes vacuum saturating. Cement dosage was 350 and 500 kg/m3, effective water/cement ratio was constant at 0,55. Air entraining additive was introduced to some mixes and a total of 12 different concrete series were obtained. Slump, VeBe time, and density was determined in fresh concrete; density, pulse velocity, water absorption, thermal conductivity, vapour diffusion resistance factor, drying shrinkage, compressive strength, tensile splitting strength and static elasticity modulus were determined in hardened concrete. Pore structure of concrete was investigated by optical microscope and mercury intrusion porosimetry and the relation between pore structure parameters and mechanical-physical properties of concrete were determined.According to the test results; it was found that vacuum saturation of aggregates has shortened concrete production time and has improved fresh and hardened concrete properties. It can be concluded that the applied Vacuum Saturation Method can be effectively used in lightweight aggregate concrete production.Keywords: lightweight concrete, pumice, pore structure, water vapour diffusion resistance factor, vacuum saturation, thermal conductivity.