Yüksek Dayanımlı Beton (YDB)

Yüksek Dayanımlı Betonun Tanımı ve Özellikleri

YDB iyi kalitede çimento ve agrega ile süper akışkanlaştırıcı katkı maddesi (SAK) ve silis dumanı (SD) gerektiren, su/çimento oranı 0,20 lere kadar düşürülerek basınç dayanımı 100 N/mm2 çıkarıldığı halde, yüksek işlenebilirliği (20 cm çökme ) ve pompalanabilirliğinin koruyan özel bir beton türüdür. Kural olarak betonarme yönetmeliklerinde var olan en yüksek beton dayanım sınıfının üstünde olan betonlar bu sınıfa girerler.
YDB her ne kadar oldukça gevrek bir malzeme gibi davransalar da donatı yardımıyla sünek elamanlar oluşturmak mümkündür.
YDB’ larla normal dayanımlı betonların kırılma karakteristiklerindeki farklılıklardan dolayı normal dayanımlı betonlara ait denklemlerle yapılardaki hesaplar güvenli tarafta kalmayı garantileyememektedir.
YDB’ ların dayanımı üç özelliğe bağlıdır.
1. Çimento hamuru boşluk yapısı
2. Agreganın özelliği
3. Agrega-çimento hamuru geçiş yapısı
Bunların içerisinde en zayıf olanı geçiş bölgesi olmakla beraber, su/çimento oranı düşürülerek ve aynı zamanda agrega danesi maksimum çapı küçültülerek iyileştirilebilmekle beraber bu her iki yaklaşımın da bir üst sınırı vardır. Yapılan çalışmalarda uçucu külün ilk mukavemeti artırdığı belirtilmektedir.

YDB ‘ da Özelliklerin Boşluk Sistemi ile İlişkisi

Çimento hamurunun ve agreganın mukavemeti betonun mukavemetinden büyüktür. Yüksek dayanımlı betonların basınç mukavemeti;
1. Dolu hacmin veya boşluk hacminin bir fonksiyonu olarak (Akman)
2. Toplam boşluk hacminin fonksiyonu olarak ( Akyüz ) tanımlanmaktadır.

YDB’ un Malzemeleri
1. YDB için Çimento

Çelik yapmış olduğu çalışmalarda, 50-80 N/mm2 mukavemet seviyesindeki YDB lar normal bir PÇ ve SAK kullanılarak elde edildiğini görmüştür. 80-100 N/mm2 mukavemet seviyesinde ki ÇYDB lar ise yüksek dayanımlı bir PÇ ile SAK ve silis dumanı ile elde edilebilmektedir.
Balta yaptığı çalışmalarda büyük bir yapıda sürekli olarak yüksek dayanımlı PÇ kalitesinin sağlanmasının önemi üzerinde durarak, tam kalite kontrolü uygulayan bir üretici seçilmesini ve kimyasal ve fiziksel çimento deneylerinin kullanıcı tarafından sürekli yapılmasını tavsiye etmektedir.

2. YDB için Agrega

Agrega kalitesi yüksek dayanımlı betonu direkt olarak etkiler. YDB için gerekli agrega özellikleri şöyle sıralanabilir.
1. Silt ve kil kirliliği yok
2. Kırma taş agrega
3. SAK yoksa maksimum dane çapı 10-16 mm
4. SAK varsa maksimum dane çapı 25 mm
5. Şekli bozuk agrega oranı maksimum % 5
6. Düşük su/çimento oranlı karışımlarda bir miktar su emen agrega seçilmelidir.
7. İnce agrega olarak düşük su/çimento oranları için kaba kum kullanılmalıdır.
8. Çok SAK kullanılacak ise ince kum kullanılabilir.
Kalker kırma taş agregalar doğal agregalara nazaran aynı ortam koşullarında % 30-35 daha yüksek dayanım verirler.

3. YDB için Puzzolanlar ve Silis Dumanı

Puzzolan ASTM C 618 ‘e göre kendi kendine bağlayıcılık özelliği çok az olan veya hiç olmayan, uygun rutubet şartlarında ve normal ortam sıcaklığında kireç ile kimyasal reaksiyona girip bağlayıcılık özelliği olan ürünlar ortaya çıkaran, ince toz halindeki silisli veya silisli ve alüminli maddelerdir.
Puzzolanlar betona katılırsa ;
a) Taze betonda

1. Priz süresi gecikebilir.
2. Taze betonun su ihtiyacı artar.
3. Uçucu küller taze betonun işlenebilme özelliğini iyileştirebilir.
4. Kohezyon artarken, terleme azalabilir.
5. Plastik rötre artabililr.
6. Hidratasyon ısısı azalır.
7. Hava sürüklenmiş betonlarda gereken katkı dozu artar.

b) Sertleşmiş betonda

1. İlk yaşlarda basınç mukavemeti düşük 3 ay ve daha ileriki yaşlarda daha yüksek olabilir.
2. Silis dumanı kullanılırsa ilk yaşlardaki dayanımı da yüksek olabilir.

Puzzolanlar betonun elastik özelliklerini fazla değiştirmezler.

1. Silis dumanı içeren YDB lar daha gevşektir.
2. Uçucu küller hidrolik rötreyi pek etkilemezler.
3. Tüm puzzolanlar betonun geçirimliliğini azaltırlar.

4. YDB için SAK

Son yıllarda beton teknolojisinde meydana gelen en önemli gelişme SAK ların yaygın olarak kullanılması ve bunun getirdiği yüksek mukavemet olmuştur.Bu tür katkılar çimento ve diğer mineral parçacıkların su içinde toplanmasını engelleyip, ancak çok miktarda su ile elde edilebilecek işlenebilirliği, betona bir yan etki vermeksizin sağlarlar.
Bileşimlerine göre SAK ‘lar
1. Yoğun melamin formaldehit- sülfonatlar
2. Yoğun naftalin-formaldehit-sülfonatlar
3. Dönüştürülmüş lignosülfonatlar
4. Çökme kaybını önleyici sülfonik grup veya karboksil grubu karıştırılmışlar.

SAK lar oluşturdukları yüksek dispersiyon sonucu daha çok miktarda miktarda hidratasyon sonucu erken yüksek dayanım sağlarlar. SAK ların kullanımı ile :
1. Çimento hamurundaki toplam boşluklar biraz artar.
2. Mukavemet ve yoğunluk artar.
3. Donma dayanımı azalmaz.
4. Geçirimsizlik azalır.

SAK ların kullanımı ile sağlanan yüksek işlenebilirlik beton üretiminden 3-90 dk. sonra azalarak kaybolur. Bu olaya çökme kaybı denir.Çökme kaybının bağlı olduğu etkenler ;
1. Çimento türü
2. Su miktarı
3. Katkının karışım zamanına
4. Dozaj dır.

SAK ların ayrışma terlemeye neden olmaları halinde ise ince/kaba agrega oranları artırılarak veya başka bir ince malzeme daha katarak bu durum önlenir.

Yüksek Dayanımlı Betonlar için Karışım Hesabı

1.Bileşim Reçeteleri
İyi bir normal betona SAK ve SD ilave ederek taze haldeki çökmesini 5-7 cm den 20 cm ye ve 28 günlük basınç mukavemetini 40-50 N/mm2 den 100 n/mm2 ye çıkarmak mümkündür.

2. YDB’ ların Karışım Hesabı Metotları
YDB ların karışım hesabında göz önünde tutulacak hususlar :
1. Betondaki boşluk oranının azlığı, matris yapısının yoğunluğu ve kullanılan agreganın kalitesi, YDB’ un kaitesini oluşturan ana öğelerdir.Düşük su/çimento (0,2-0,4), Sak kullanımı ve silis dumanı veya uçucu kül gibi ince puzzolanların kullanımı da bu öğeleri sağlamaya yardımcı faktörlerdir.
2. Çimento dozajını artırarak su/çimento oranını düşürmek, istenmeyen yan etkilere neden olduğundan, bu amaç su miktarının azaltılması ile sağlanır. Bu durumda da işlenebilirliği sağlamak için SAK’ ların kullanılması zorunludur.
3. Agreganın kalitesi YDB ‘un kalitesini direkt etkiler. Agrega seçilirken su gereksiniminin az olmasına ve an büyük dane boyutunun 22-25 mm den fazla ve 9,5-12,7 mm den de az olmamasına, ideal granülometrili ve toplu şekilli olmasına, su emmesinin uygun olmasına dikkat edilmelidir. Agreganın hamur ile aderans bakımından kalker kırma olması ve temiz, sağlam bir taştan elde edilmesinde yarar vardır.

YDB’ lar için Basınç Dayanım Modeli

Normal dayanımlı betonların basınç dayanımı klasik formülünden yaralanarak, YDB’ lar için Larrard aşağıdaki formülü önermiştir.

Burada ;
fc28: Betonun 28 günlük ortalama basınç mukavemeti.
S,Ç ve SD : Sırası ile 1 m3 betona giren su, çimento ve silis dumanı ağırlıkları
Kg : Agrega kalitesine bağlı bir sabit sayı
Rc28 : Çimentonun standart basınç mukavemetidir.
YDB’ larda su/çimento oranı < 0,40 olduğundan formülün duyarlılığı 5 n/mm2 mertebesindedir. Kg*Rc değeri deneysel olarak belirlenmekte, silis dumanının boşluk doldurma etkisi, su/çimento oranını düşürmesi ile ve puzzolanik etkisi ile SD/Ç terimi ile göz önüne alınmıştır. Paydadaki üs olarak bulunan 2 sayısı ise betonun basınç kırılması sırasındaki mikro-burkulma olaylarını yansıtmaktadır. Bu formülün gösterdiği sonuçlardan bir diğeri ise hamurun daneli iskelete oranla dozajının basınç mukavemeti üzerinde birinci derecede etkili olduğudur. Mukavemetin seçimi, bağlayıcı hamurun seçimini etkilemekte, sonrada betonun ekonomik olması için hamurun hacmi, istenen işlenebilirliği sağlayacak minimuma indirilerek karışım belirlenmektedir.