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

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 bir takım 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 mukaveetlerinin 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 mukaveeti değerlerinin, ultrases hızı ve beton mukaveet çekici 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 yer almaktadır. 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 yer almaktadır. 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 mukaveet değerleri de azalmaktadır. Hafif agrega hacim oram maksimum seviyede (Vhagmax. = 0 .36) olduğunda normal betona göre E-Modülü değeri % 57, basınç mukaveeti % 52, eğilme mukaveeti % 35 ve yarma mukaveeti de % 3 1 oranında azalmaktadır. b- Değişken hafif agrega hacim oranına göre hafif betonlarda, E-Modülünün birim ağırlık ile basınç mukaveetine bağlı olarak irdelenmesi sonucunda, söz konusu özelikler arasında, (VA3Rb) açısından bir ilişkinin kurulabildiği görülmüştür. Yani, hafif betonlarda basınç mukaveeti 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 mukaveeti değerleri arasında da iyi bir ilişki olduğu görülmüştür. Dolayısıyla hafif betonların mukaveetleriniXI 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 mukaveetlerini bir miktar düşürdüğünden, bu betonlarda E-Modülünün birim ağırlık ve basınç mukaveetine 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 mukaveeti 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 mukaveeti değerlerinde ise bu anlamda bir etki yapmamaktadırlar. e- Hafif betonlara belirli bir oran dahilinde (Vf = 0 .0075) katılan çelik tellerin, bu betonların basınç mukaveetini ve birim ağırlıklarını önemli sayılabilecek bir ölçüde değiştirmedikleri, hatta basınç mukaveetlerinde bir azalmaya neden oldukları, E-Modülü değerlerini % 37, eğilme mukaveetlerini % 136 ve yarma mukaveetlerini 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 mukaveeti değerlerinde azalmalar olmaktadır. Bununla birlikte mukaveetlerdeki bu azalma değerleri, donatışız hafif betonlara göre daha yüksek değerler almaktadırlar. Yine bu betonların basınç mukaveeti ve birim ağırlıkla E-Modülü değerleri arasında da bir ilişkinin olduğu belirlenmiştir. Bu betonlar üzerinde SONREB yöntemi sonucunda elde edilen değerlerle, deneysel olarak belirlenmiş mukaveet 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 mukaveetlerini 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 mukaveetlerini % 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 mukaveetlerini bir miktar düşürdüğünden, bu betonların E-Modülünün birim ağırlık ve basınç mukaveetine 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 mukaveeti 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 mukaveeti 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 mukaveeti 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 karışımları da ise E-Modülü, eğilmede ilk çatlak, eğilme ve yarma gerilmeleri değerlerinde kontrol betonuna göre düşüşler olduğu, basınç mukaveeti 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 mukaveeti üzerinde etki yapmakta, diğer mukaveet özeliklerinde azalmalara neden olmaktadır.