Introducing 

Prezi AI.

Your new presentation assistant.

Refine, enhance, and tailor your content, source relevant images, and edit visuals quicker than ever before.

Loading content…
Transcript

REAKTİF PUDRA BETONU

Muhammer KESKİNATEŞ

2012901130

Beni dinlediğiniz için teşekkür ederim.

Step 1

REAKTİF PUDRA BETONUN AVANTAJLARI

REAKTİF BETONUN KULLANIM ALANLARI

Ülkemizde RPB üzerine yapılan uygulamalı çalışmalardan biri, İstanbul Teknik Üniversitesi-İSTON firması ortak çalışması olan yağmur suyu ızgarası ve rögar kapaklarıdır (Şekil 2).

  • Çelikle yarış edebilecek potansiyele sahip

Şekil 1’de aynı moment taşıma kapasitesine sahip 4 adet kiriş numunesi görülmektedir. Bunlardan (1) numaralı elaman RPB, (2) numaralı eleman çelik, (3) numaralı eleman öngerilmeli betonarme ve (4) numaralı eleman ise betonarme olarak imal edilmiştir. Tablo 5’te ise bu elemanların fiziksel özelikleri verilmiştir.

Tablo 5. Aynı Taşıma Gücüne Sahip Elemanların RPB ile Karşılaştırılması

RPB’ler

• Küp basınç dayanımları 200 ve 800 MPa arasında,

• Çekme dayanımları 25 ve 150 MPa arasında

• Kırılma enerjileriyaklaşık 30000 J/m2

• Birim ağırlıkları 2500-3000 kg/m3 aralığında değişen yeni kuşak betonlardır.

7. MİNERAL KATKILAR

RPB’nin ilk köprü uygulaması Kanada’da yapılan Sherbrooke köprüsüdür ve halen güvenle kullanılmaktadır.

Bu yapıda kullanılan beton 200 MPa basınç dayanımı, 40 MPa eğilme dayanımı ve 50 GPa’lık elastisite modülüne herhangi bir çelik donatı kullanılmadan erişmektedir. Şekil 3’te gösterilen köprü 60 m uzunluğunda ve 3.3 m genişliğindedir. Köprü uzay kafes sisteminde tasarlanmış olup her birinin boyu 10 m olan 6 adet prefabrik elemanın montajı ile inşa edilmiştir. Diyagonal elemanların yük aktardığı alt kiriş 32 x 38 cm boyutlarında olup iki kirişin içinden öngerme donatıları yer almaktadır. Köprünün toplam maliyeti 922.000 $ olmuştur. [7].

4. AŞINMA

Şekil 2. RPB’den üretilmiş rögar kapağı ve yağmur suyu ızgarası

Bu projede (Yazıcı vd., 2010) boksit agregası kullanılan 964 kg/m3 çimento dozajlı, hacimce %3 çelik lif içeren sıradan bir reaktif pudra betonu karışımına çimento yerine ağırlıkça %20, 40 ve 60 oranlarında yüksek fırın cürufu (YFC) katılmıştır.

Durabilite (kalıcılık) açısından, düşük porozite, çok düşük su/bağlayıcı oranı, bağlantısı az kapiler boşlukları sayesinde saldırgan iyonların ve suyun bünyeye girişine karşı yüksek direnç göstermektedirler. Yapılan birçok araştırma RPB’nin donma-çözülme, aşınma gibi olumsuz etkiler altında yüksek dayanımlı betondan dahi katbekat üstün olduğunu göstermektedir [6].

  • RPB’nin sünek kırılma mekanizması, betonarme donatısının kullanılmasına gerek bırakmaz.
  • ince kesitler nedeniyle ölü yüklerdeki azalma, yapıya etkiyen deprem kuvvetlerinin azalmasını ve yapının deprem direncini artırır.
  • Düşük porozitesi nedeniyle RPB’nin sıvı/gaz ve radyoaktif elemanlara karşı geçirimliliği neredeyse yoktur.
  • RPB özellikle önemli ağırlık azaltmalarının ve yüksek dayanımın gerektiği yerlerde kullanılmalıdır [5].

RPB, aşağıdaki dört ana prensibin uygulanması sayesinde elde edilir.

Bunlar;

• Bütün iri agregaların karışımdan çıkarılması ile malzeme homojenliğinin artırılması,

• Tane çapı düzenlemesi ve iyi bir sıkıştırma ile boşluksuz bir beton elde edilmesi,

• Sıcaklık kürü ile mikro yapının geliştirilmesi,

• Karışıma çelik lif ilavesiyle malzeme sünekliğinin artırılması.

Şekil 3. Sherbrooke yaya köprüsü - Kanada

[7] Gilliand, S. K., “Reactive Powder Concrete (RPC), A New Material For Prestressed Concrete Bridge Girders”, Building an International Community of Structural Engineers Structures Congress – Proceedings, Vol. 1, pp. 125-132, ASCE, New York, USA, 1996.

[5] Sadrekarimi, A., “Development of a Light Weight Reactive Powder Concrete”, Journal of Advanced Concrete Technology, Vol. 2, No.3, pp. 409-417, 2004.

[6] Doç. Dr. Halit YAZICI ve Araş. Gör. (İnş. Yük. Müh.) Çağlar YALÇINKAYA, Yeni Nesil Yüksek Performanslı Beton: Reaktif Pudra Betonu, Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

Kür yöntemlerinin basınç dayanımına etkisi incelendiğinde;

Diğer bir uygulama Fransada’ki Pont du Diable yaya köprüsüdür (Şekil 4). Mühendis Romain Ricciotti ve Mimar Rudy Riccioti tarafından tek açıklıklı olarak 70 m uzunluğunda ve 1,8 m genişliğinde tasarlanmıştır. Kirişler ard germeli olarak tasarlanmıştır.

Abrasif aşınma beton yüzeylerin kuru sürtünme etkisi ile zamanla artmasıyla kütle kaybına neden olur.

RPC betonlarının aşınmaya dayanıklılığının sebepleri:

  • İri agreganın miktarının azaltılması
  • Yüzey bölgesinde aşınmaya karşı dayanıklı agreganın (Kuvarz) kullanılması
  • Yüksek basınç dayanımı
  • Düşük Su/Çimento oranı

Şekil 15. YFC ikamesinin ve kür yönteminin basınç dayanımına etkisi

Şekil 16. Priz öncesi ve süresince uygulanan sıkıştırma işleminin YFC ikame oranıyla birlikte basınç dayanımına etkisi

Şekil 14. YFC ikamesinin üç noktalı eğilme deneyinde yük-sehim grafiklerine etkisi (otoklav kürü)

  • 1000 aşınma çevriminde normal dayanımlı beton silindir %67 ve %32 ağırlık azalması görülürken, RPC de %5-%8 dir.
  • RPC’nin aşınma direnci normal dayanımlı betonlardan 8 kat daha fazladır ve bu miktar HSM'ye (yüksek dayanımlı harçlar) göre 4 kat daha fazladır.

Şekil 4. Pont du Diable Yaya Köprüsü – Fransa (http://www.ductal-lafarge.com)

6. KÜR ŞEKLİ

REAKTİF PUDRA BETONUN DEZAVANTAJLARI

3. YÜKSEK SICAKLIK (YÜKSEK SICAKLIK VE YANGIN ETKİSİ)

Yazıcı vd. (2009) tarafından gerçekleştirilen çalışmada 0,18 S/Ç oranlı hacimce %3 çelik lif içeren RPB’lerin değişik kürler altında mekanik özellikleri incelenmiştir. Araştırmada,

  • 2 günlük su kürü ile basınç dayanımı 163 MPa (1630 kgf/cm2),
  • 28 günlük su kürü ile 202 MPa,
  • 3 gün 100 °C buhar kürü ile 255 MPa,
  • 8 saat 2 MPa basınç altında otoklav kürü ile (sıcaklık 210 °C) 273 MPa bulunmuştur.
  • Ayrıca 40 MPa’a ulaşan eğilme dayanımları elde edilmiştir

REAKTİF PUDRA BETONUN TARİHÇESİ

Şekil 8. OC, HPC, RPC numunelerinin JIS A 1304 metoduna göre 120 dk yangına maruz kaldıktan sonraki halleri [11]

  • RPB’de kullanılan ince kum normal betondaki kaba agreganın yerine, Portland çimentosu ince agreganın yerine ve silis dumanı da çimentonun rolünü üstlenmektedir. Karışımda yapılan bu değişiklikler nedeniyle RPB Yüksek Dayanımlı Betona (YDB) kıyasla 5-10 kat daha masraflı üretilmektedir.

  • RPB hazırlanışı sırasında basınçlı sıkıştırma, yüksek sıcaklık ve basınç altında uzun süreli kür bir takım yöntemlerin kullanılması teknik ekipman ihtiyacını arttırmaktadır. Şantiye ortamında RPB üretimi, prefabrike yönteme göre daha güçtür.

  • RPB’nin boyutsal stabilitesini özellikle kuruma rötresi ve sünmesi ile ilgili literatür tam olarak oluşmamıştır.Bu yüzden ön gerilmeli prefabrike beton üretimi gibi boyutsal stabilitenin önemli olduğu üretimlerde davranınışı belirsizdir.(Beton - DEU Müh. Fak. Yayınları, B. BARADAN, H.YAZICI, S.AYDIN)

Şekil 9. RPC, HPC, OC örneklerinin sabit 500 ± 50 ̊C sıcaklığa 0, 30, 60, 90 ve 120 dk maruz kaldıktan sonraki basınç dayanımları [11]

RPB’ler aynı zamanda güçlendirme işlerinde kullanılabilecek niteliktedir. Plaka veya köşebent şeklinde imal edilmiş RPB elemanlar, zayıf kirişlerin altına, kolon-kiriş birleşim bölgelerine tatbik edilerek betonarme çerçevelerin performansı iyileştirilebilmektedir.

Bu malzemeler, ilk kez 1990’lı yılların başlarında Paris’te Bouygues’in laboratuvarlarındaki araştırmacılar tarafından geliştirildi.

Reaktif pudra betonları ile ilgili ilk çalışmalar Richard ve Cheyrezy tarafından yapılmıştır. Bu çalışmalarda betonların tasarımı yapılmış ve üretimi ile mekanik özellikleri açıklanmıştır. Yapılan çalışmalarda RPC 200 ve RPC 800 olmak üzere esasta aynı fakat üretiminde ve ısıl işlemlerinde bazı farklılıklar bulunan iki değişik malzeme üretilmiştir [1].

Şekil 10. RPC, HPC, OC örneklerinin sabit 500 ± 50 ̊C sıcaklığa 0,30,60,90 ve 120 dk maruz kaldıktan sonraki basınç dayanımları [11]

  • RPC betonlarının basınç dayanımları sıcaklığın artışıyla azalmaya başlar.
  • Ama yinede normal betonlar (OC) ve yüksek performanslı betonlardan (HPC) daha yüksek dayanıma sahiptir.

  • Aynı yangın sıcaklığına, aynı sürede maruz kalan, RPC ’nin toplam ağırlığının kaybı HPC ve OC betonlarına göre daha düşüktür.

[11] Liu C.-T., Huang J-S., Fire performance of highly flowable reactive powder concrete, Construction and Building Materials 23 (2009) 2072–2079.

Şekil 11. RPC, HPC, OC örneklerinin sabit 500 ± 50 ̊C sıcaklığa 0,30,60,90 ve 120 dk maruz kaldıktan sonraki ağırlık kayıpları [11]

[1] Richard, P., Cheyrezy, M., “Composition of Reactive Powder Concretes”, Cement and Concrete Research, Vol. 25, pp. 1501-1511, 1995.

5. TAZE HAL BÜZÜLME VE KURUMA BÜZÜLMESİ

REAKTİF PUDRA BETONUN ÜRETİMİ

REAKTİF PUDRA BETONU (RPB) NEDİR?

İçindekiler

DEÜ Yapı Malzemesi Lab.’da Yalçınkaya (2009) tarafından RPB’nin büzülme özelliklerinin çalışmasında mineral katkı, çelik lif, agrega miktarı ve özelliklerinin RPB’nin erken ve uzun dönem büzülme davranışına etkileri incelenmektedir.

  • RPB’nin yüksek bağlayıcı oranının önemli mertebede büzülmeye yol açtığı,
  • Kullanılan mineral katkıların erken ve uzun dönemli büzülmelere farklı etkiler yaptığı, mineral katkıların elverişsiz koşullarda (düşük nem, yüksek sıcaklık) kuruma etkisi altında büzülmeyi arttırabileceği,
  • Bünyesel büzülmelerin ise mineral katkı kullanımıyla azaltılabileceği belirlenmiştir.

RPB’lerin yüksek performansı sağlamadaki ana etken;

  • çok düşük su/bağlayıcı oranı
  • silis dumanı bağlayıcı hamur – agrega ve lif ara yüzeylerini gerilme aktarımları
  • çelik lif kullanımıdır.
  • Maksimum agrega çapı çok küçük mertebelerde (genel olarak < 1 mm)
  • Malzeme miktarlarının deneysel araştırılması+agrega tane dağılımı matrisin optimum sıkılığa erişmesi
  • Su/bağlayıcı oranı 0,10 – 0,22
  • Hiper akışlanlaştırıcı
  • Yüksek devirde karıştırma yapabilen karıştırıcılar
  • Etkin bir vibrasyon
  • Kısa kesilmiş tellerle (çoğunlukla çelik) süneklik
  • Silis dumanı ve puzolanik aktivitesi yüksek mineral katkılar
  • Su kürü dışında; buhar kürü, otoklav kürü (basınç altında buhar kürü)
  • Üretim aşamasında kalıptayken basınç altında tutulur
  • lif
  • çok düşük su/çimento
  • çimento
  • silis dumanı
  • süperakışkanlaştırıcı
  • ince öğütülmüş kuvars tozu

Dayanıklılık açısından bakıldığında ise RPB’nin boşluksuz sıkı yapısı kimyasal ve çevresel etkilere karşı çok iyi bir performans göstermesine neden olmaktadır [2]. YDB’lerle karşılaştırıldığında RPB’nin dayanıklılığı her koşulda üstün olmaktadır. Tablo 3’de bu durumla ilgili bir karşılaştırma gösterilmektedir.

Şekil 13. 35 °C, %40 bağıl nemli ortamda hamur fazının erken dönem kuruma büzülmesine lif ve agrega ilavesinin etkisi

Tablo 1. Reaktif Pudra Betonunda Kullanılan Tipik Malzemeler ve Miktarları [1]

Tablo 3. RPB ile YDB Dayanıklılığının Karşılaştırılması [3]

Tablo 4. RPB200 ve RPB800’ün üretim ve mekanik özellikleri [4]

  • Reaktif Pudra Betonu (RPB) Nedir?
  • RPB Üretimi
  • RPB Avantajları
  • RPB Dezavantajları
  • RPB Kullanım Alanları
  • RPB ile İlgili Literatür Araştırmaları

[3] Dallaire, E., Aitcin P. C., Lachemi, M., “High- Performance Powder”, Civil Engineering, Vol. 68, Jan 1998, ABI/INFORM Global, pp. 48-51.

Karışımda çok ince agrega kullanılması sayesinde yapıdaki mikro boşluklar azaltılarak eğilme ve basınç dayanımında artış sağlanabilmiştir.

[4] Richard, P., Cheyrezy, M.H., “Reactive Powder Concretes With High Ductility and 200-800 MPa Compressive Strength”, Concrete Technology: Past, Present and Future, Proc. of V. M. Malhotra Symp., ACI SP-144, S. Francisco, USA, 1994, pp. 507-518.

  • İnce cidarlı yüksek basınç etkisinde kalacak borular, ince kabuk ve duvarlar, savunma amaçlı yapılar, sığınaklar, çok uzun ömür istenen yapı kısımları potansiyel kullanım alanlarını oluşturmaktadır.
  • Deprem sonucu eğilme ve kesme çatlaklarının oluştuğu, taşıma gücünü kısmen yitiren betonarme kirişler RPB kullanılarak güçlendirilmektedir. İnce çelik levha gibi davranan malzeme 2 cm kalınlığında kiriş altına epoksi ile yapıştırılarak güçlendirilmektedir [8].

2. DONMA-ÇÖZÜLME (DONMA-ÇÖZÜLMENİN RPB'YE ETKİSİ)

RPC betonu donma-çözülmeye karşı çok dayanıklıdır.

RPC’de çelik lif bağ karakterislikleri üzerine silika dumanın etkisi

RPB’nin iç yapısı daha sıkı tane düzenine sahip olup, mikroyapısı yüksek dayanımlı betona (YDB) göre en kuvvetli çimentolu hidrate ürünler ile güçlendirilmektedir.

REAKTİF PUDRA BETONU İLGİLİ LİTERATÜR ARAŞTIRMALARI

Normal çimento içerikli kompozitler ile karşılaştırıldığında RPB'nin en belirgin özelliği;

  • homojen yapısı,
  • düşük boşluk oranı
  • güçlendirilmiş çimento matrisi
  • ince taneli agrega
  • silis dumanı
  • agrega taneleri ile çimento hamuru arasındaki temas yüzeyi
  • mekanik özelliklerin iyileşmesi
  • karışım suyunun azaltılması

  • Bu betonların basınç dayanımları donma- çözülmeye maruz kaldıktan sonrada yinede normal betonlar (RC) ve yüksek mukavemetli betonlara göre (HSC) fazladır.
  • Donma-çözülme bu betonları basınç dayanımlarını çok fazla etkilemiyor [10].

Mekanik özelikler açısından RPB’de oluşan C-S-H jel yapısının kuvvetlenmesiyle kompozitin yoğun matris yapısı basınç dayanımı en üst değere taşımaktadır. Bu yüksek dayanım RPB’nin yapılarda çelik donatı olmaksızın kullanılmasını sağlamıştır. Kırılma enerjisi açısından bakıldığında ise RPB’nin normal harç numunelere oranla 240 kat daha fazla bir enerjiyi karşıladığı görülmüştür. Buda özellikle deprem etkileri altında enerji yutma kapasitesi düşük olan gevrek beton malzemenin tokluğunun artması demektir.

Chan and Chu (2004) tarafından reaktif pudra betonların harcı içindeki çelik liflerin bağ kuvveti, çekip-çıkarma enerjisi gibi bağ karakteristiklerine silis dumanının etkisi incelenmiştir.

Bağ karakteristiklerini iyileştirmede en optimum silis dumanı oranının %20-30 arasında olduğu belirtilmiştir. Optimum oranda kullanımda çekip-çıkarma enerjisinin yaklaşık %100, bağ kuvvetinin ise %14 arttığı ifade edilmiştir.

1. PULL-OUT (DONMA-ÇÖZÜLEMENİN RPB’DEKİ ÇELİK İLE BETON ARASINDAKİ ADERANSA ETKİSİ)

Çelik ve beton arasındaki yapışma gücünün ne kadar olduğunu bilmek için PULL-OUT deneyi yapılır.

  • Nükleer atıkların depolanması günümüzde çelik yada beton konteynırların kalın bir beton tabakasıyla enjeksiyonu ile yapılmaktadır. RPB porozitesinin düşüklüğü, üstün mekanik özelikleri ve prefabrik üretilme olanağı sayesinde nükleer atıkların daha küçük hacimlerde saklanmasını sağlayacaktır.
  • Güvenliğin gerektiği banka ve bilgisayar merkezleri ile sığınak yapılarında RPB kullanılarak hem ağırlık azaltılır hemde yangına ve dış etkilere karşı kalıcı ve dayanıklı bir alan daha ekonomik bir şekilde yaratılmış olur [9].

Şekil 7. Donma-çözülme çevrimi sonrası RPB'nin basınç dayanımının HSM ve RC ile kıyaslanması

[8] Yerlikaya, M., “Çelik tel donatılı betonların deprem etkisi altında davranışları”, BEKSA Çelik Kord Sanayi ve Ticaret A.Ş., Deprem Sunusu, 2005.

[9] Dauriac, C. “Special Concrete May Give Steel Stiff Competition”, Building with Concrete, The Seattle Daily Journal of Commerce, p.5, May 9, 1997.

Chan, Y.W. and Chu, S.H., “Effect of silica fume on steel fiber bond characteristics in reactive powder concrete.” Cement and Concrete Research, 34, p: 1167-1172, 2004.

Tablo 2. Normal, Yüksek Dayanımlı ve RP Betonlarının Karşılaştırması [2]

Şekil 5. RPC ile çelik arasındaki aderansın HSM ve RC ile karşılaştırılması [10]

Şekil 6. Çelik çekme testinin ayrılma tipleri [10]

[2] Taşdemir, M. A., Bayramov, F., Kocatürk, N., Yerlikaya, M., “Betonun Performansa Göre Tasarımında Yeni Gelişmeler”, Beton 2004 Kongresi Bildiriler, ss. 24-57, İstanbul, 2004.

• Donma Çözülmeye maruz kalan RPC betonlarının, Pull-Out testleri sonucuna göre: RPC’nin çeliğe yapışma güçleri Normal betonlar ve yüksek mukavemetli betonlardan daha fazladır.

• Ayrıca beton ve çelik arasında aderans arttırmak için de yardımcı olur.

[10] Lee M-G., Wang Y-C., Chiu C-T., A preliminary study of reactive powder concrete as a new repair material, Construction and Building Materials 21 (2007) 182–189.

Learn more about creating dynamic, engaging presentations with Prezi