GENLEŞEN ÇİMENTOLAR

(EXPANSIVE CEMENT)

Çağlar YALÇINKAYA Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bornova, 35100, İzmir E-ileti: caglar.yalcinkaya@deu.edu.tr ÖZET Bu çalışmada modifiye portland çimentolarından olan genleşen çimentoların geliştirilme amacı , kimyasal bileşimi, kullanımda getirdiği sonuçlar ve bu çimento türü ile oluşturulan karışımların yapılardaki performansı genel hatlarıyla işlenecektir. Anahtar kelimeler: Genleşen çimento, portland çimentosu, büzülme, kuruma büzülmesi, genleşen bileşenler büzülme karşılayan beton

EXPANSIVE CEMENT ABSTRACT In this paper , expansive cement which is one of the modified portland cement is evaluated about aim of the invention , chamical composition , results of usage and also performance of the mixtures with this type of cement in structures. Keywords: Expansive cement, portland cement, shrinkage, drying shrinkage, expansive components, shrinkage-compensating concrete GİRİŞ Portland çimentosu ile üretilen betonlar dünyada çok yaygın şekilde kullanılmaktadır.Bu çimento malzemesinin kullanımıyla yanında gelen temel davranışlarından biri de büzülme yaygın olarak kuruma büzülmesi davranışıdır.Kuruma büzülmesi sonucu beton elemanlarda çatlaklar meydana gelebilmektedir.Betonarme elemanlarda çeşitli boyut ve genişliklerde çatlaklar her zaman mevcuttur.Çimentonun hidratasyonu sırasında oluşan hidratasyon ürünlerinin hacminin giren ilk ürün hacminden az olması , çimento içerisinde büzülmeye sebep olmakta bunun yanında betonun bünye suyunun sıcaklığa bağlı olarak kaybı da büzülmeyi temel olarak etkileyen etmenlerden olmaktadır.Sonuçta her tür rötrede de beton elemanların üzerinde ama sıcaklık farkı ama hacim daralması sonucu oluşan parazit çekme gerilmeleri portland çimentolu bu plastikliğini yitirmiş karışımlarda bir çatlak riskini her zaman mevcut kılmaktadır.Genleşen çimentolar bu aşamada devreye girerek rötre nedeniyle oluşan hacim azalmasını önlemiş , çekme gerilmelerinin donatı üzerinde yoğunlaşmasını sağlamıştır. “Genleşen çimentolar” ACI Committe 223 tarafından şu şekilde tarif edilmiştir ; “suyla karıştırıldığında priz esnasında ve sonrasında ve de sertleşme sırasında hacimde belirgin bir artış yaratan çimento türüdür.” [5]

Ç.YALÇINKAYA 2

1. GENEL BAKIŞ Genleşen çimentoların geliştirilme amacı genel olarak büzülme sonrası oluşan parazit çekme gerilmelerinin beton eleman üzerinde oluşturduğu tehlikeli boyutlardaki çatlakların önlenmesi olarak özetlenebilmekle beraber daha önce boy değişimi kısıtlanmış elemanlarda çatlak gelişim mekanizmasını şematik olarak açıklamak gerekir.

Orijinal boyut , gerilme yok

Kısıtsız beton eleman , büzülme var fakat gerilme yok

Kısıtlanmış elemanda büzülme davranışı , iç gerilmeler mevcut.

Şekil 1. Geleneksel portland çimentosunun erken hidratasyonu sırasında az miktarda büzülmesi fakat kısıtlanmış elemanda ilerleyen dönemde oluşan olumsuz etki. Şekil 1’de geleneksel portland çimentosunun erken hidratasyonunun doğal sonucu olarak oluşan büzülme görülmektedir.Beton taze haldeyken görülemeyecek kadar az olan bu etki beton kuruma rötresine maruz kaldıkça beton elemanın boy kısalması ile sonuçlanmaktadır.Ancak hidratasyonun erken dönemi atlatıldıktan sonra ilerleyen dönemde gerçek yapılarda bulunduğu şekliyle kısıtlanmış beton elemanda bu ufak boy değişimi çok önemli iç çekme gerilmeleri meydana getirmektedir.Bunun sonucu beton elemanda oluşan boy değişimi ve nihai gerilmeler ancak çatlaklarla sönümlenebilmektedir. Büzülme eylemi kısıtlandığında , durabilite açısından çok olumsuz olan ve betonu olumsuz dış etkilere açık hale getiren büzülme çatlakları eğilimi oluşur. Fakat kısıtlanmamış büzülme eylemi de aynı şekilde zararlı olmaktadır. Bitişik beton elemanlar biri diğerine göre farklı büzülerek dış çatlakları oluşturabilmektedirler. Büzülme , ön gerilmeli beton elemanlarda gergin donatılarda bir miktar gerilme kaybına da sebep olur. [5]

Genleşen Çimentolar 3

Şaşırtıcı olmayarak , büzülmenin oluşturduğu deformasyonu engellemek veya azaltmak amacıyla uygun çimento üretimi girişimleri bulunmaktadır.Özel durumlarda , betonun sertleşme sırasında bir miktar genleşmesi avantaj olabilmektedir.Genleşen çimento içeren beton , döküldükten sonra birkaç gün içinde genleşir ve bu genleşme çelik donatı konularak kısıtlanır ve ön germe formu sağlanmış olur : çelik çekmeye , beton basınca çalışır.Betondaki genleşmenin dış etkilerle kısıtlanması da mümkündür.Bu tip betona “büzülme karşılayan beton” denir. [5] Genleşen çimento , geleneksel portland çimentosuna göre daha pahalıdır.Çatlak gelişiminin önemli olduğu yapılarda ise önemi anlaşılmaktadır: köprü döşemeleri , kaldırımlar sıvı saklama depoları gibi. [5] Aynı zamanda genleşen çimentoyla önceden oluşmuş büzülmelerden arda kalan genleşmesi kısıtlanmış , içinde belirgin bir basınç gerilmesi taşıyan ( yaklaşık 7 MPa) bünyesel gerilimli beton üretmek de mümkündür. [5] Genleşen çimento kullanımı büzülme gelişimini önlemez. Kısıtlanmış erken genleşme yaklaşık olarak peşi sıra gelen normal büzülmeyi dengelemektedir.Bu şekil 2 de gösterilmiştir.Genellikle , küçük bir miktar genleşme kalması hedeflenir. [5]

Şekil 2.Büzülme karşılayan ve Portland çimentosu betonlarının boy değişimlerinin

şematik gösterimi 2.GENLEŞEN ÇİMENTO TÜRLERİ VE BİLEŞİMLERİ Genleşen çimentoların ilk geliştirilmesi Rusya ve Fransa’da Lossier tarafından : portland çimentosu karışımı , genleştirici katkılar ve stabilizatörler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Genleştirici katkılar; kalsiyum sülfat ve kalsiyum alüminat oluşturan (genel olarak C A ) alçı taşı , boksit , kireç taşı karışımının pişirilmiş hali ile teşkil edilir.Suyun varlığında, bu bileşenler reaksiyona girerek beraberinde çimento pastasında genleşmeyi de

5 3

Ç.YALÇINKAYA 4

getiren kalsiyum sülfoaluminat hidrat (etrenjit) yapısını oluşturur.Stabilizatör ise , örneğin fırın cürufu , fazla olan kalsiyum sülfatı tutar ve genleşmeyi bir noktada sonlandırır. [5] Günümüzde üç ana tipte genleşen çimento üretilmektedir.Yalnızca K tipi genleşen çimento Amerika'da ticari olarak mevcuttur.ASTM C 845-90 genleşen çimentoları , genellikle E-1 tipi olarak adlandırılan, portland çimentosuyla beraber kullanılan genleşen katkılara ve kalsiyum sülfata göre sınıflara ayrılır.Her durumda katkı reaktif alümina için bir kaynak teşkil eder.Bu reaktif alümina Portland çimentosu içindeki sülfat ile birleşerek genleşen etrenjit oluşturur.Örneğin K tipi genleşen çimentoda bu reaksiyon şöyledir: 4CaO.3Al O .SO +8[CaO.SO 3 2H O]+6[CaO.H O]+74.H O 2 3 3 2 2 2 ⎯→⎯ 3[3CaO. Al O .3CaSO .32H 2 O] 2 3 4

Bu reaksiyon sonucu etrenjit diye bilinen bileşim meydana gelir. Kalsiyum sülfat 4CaO.3Al O .SO ile portland çimentosu klinkerinin bir bileşeni olan C 3 A’dan farklı bir biçimde hızlıca reaksiyona girer çünkü ayrık bir formda bulunur. [5]

2 3 3

Sertleşmiş beton içerisinde oluşan etrenjit bilindiği gibi zararlı olmaktadır.Ancak beton dökümü sonrası taze halde sağlanacak kontrollü bir etrenjit oluşumu “büzülme karşılama etkisi” yaratacaktır. [5] Hidrolik genleşen çimentolar ASTM C 845’de belirtilen E-1 tipi şartlarına haiz olmalıdır.Bu sınıflandırma altındaki tüm çimentolar hidratasyonun ilk haftasındaki oluşan etrenjit oluşumu miktarlarına dayanmaktadır.K, M , S tipi olmak üzere üç çeşit , alüminat bileşenlerinin doğası gereği etrenjit oluşumuna katıldığı genleşen çimento mevcuttur. [3] Kalsiyum alüminat + S + H etrenjit ⎯→⎯ Kalsiyum alüminatlar çimento içerisindeki C 3 A’nın yerini alır ve kalsiyum silikatlar uzun denem özelliklerini belirler. [3] ACI 223R-93 ve ASTM C 845-90’a göre üç farklı tür genleşen çimento sınıfı tanımlanmaktadır [5]: K tipi 4CaO.3Al O .SO ve birleşmemiş CaO içerir. 2 3 3

M tipi Kalsiyum alüminatlardan CA ve C 12 A içerir. 7

S tipi Portland çimentosunda bulunan normal değerlerden fazla biçimde C A içerir. 3

Genleşen Çimentolar 5

Tablo 1.Genleşen çimento türleri ve bileşenleri [1]

Genleşen çimentolar Ana bileşenler

Etrenjit oluşumunda kullanılan reaktif

alüminatlar

Bunlara ek olarak Japonya’da serbest kireç genleşmesini özellikle kalsiyum oksit prosesini kullanarak sağlayan “O tipi” olarak adlandırılan genleşen çimento üretimi mevcuttur. [5] K tipi genleşen çimentolar , bileşenlerinin tümünün birden pişirilmesi ve öğütülmesi ile elde edilir.Japonya'da yapıldığı gibi üretim tesisinde betona daha sonradan genleşen bileşenler eklemek de mümkündür. [5] Yüksek oranda alümina içeren çimentolar gibi özel genleşen çimentoların , aşırı genleşmenin gerektiği özel uygulamalarda da kullanılmak üzere üretilmesi mümkündür. [5] E-1 (K) tipi yalnızca ABD’de kullanılmaktadır.Bu tür, kalsiyum sülfoaluminatlar (C 4 A 3 S ) ile anhidrit kalsiyum sülfattan ve genleşme sağlayarak etrenjit oluşum hızını arttıran serbest kireçten oluşur. M tipi genleşen çimento ise alçıtaşı ile birlikte bulunan mono kalsiyum alüminat (CA) yapısını kullanır.Bunun yanı sıra S tipi olanlar ise yüksek C 3 A içeriğine sahiptir (genel olarak ağırlıkça %20).Prensipte geniş ölçekli genleşmeye sebep olan her reaksiyon genleşen çimentoların temelini oluşturabilir.MgO ve CaO temeline dayanan reaksiyonlar araştırılmıştır.Japonya’da kireç bazlı ticari çimentolar üretilmektedir.Genleşen çimento üretiminde tavsiye edilen yöntem , geleneksel portland çimentosuna genleşen bileşenlerin eklenmesidir. [3] 3.GENLEŞME MEKANİZMASI ve ETKİLERİ Portland çimentosu betonlarının önemli dezavantajlarından biri de kuruma rötresi ve bunun sonucu olarak kısmen yada tamamen kısıtlanmış elemanlarda oluşan çekme çatlaklarıdır.Rasgele oluşan bu çatlaklar olumsuz etki yaratır ve yapının bütünlüğünü tehlikeye atabilir.Büzülme çatlaklarının kontrolü dizayn ve inşa sırasında göz ardı edilmemelidir.Çatlaklar kısmen de olsa su tutucu yapılarda daha önemli olmaktadır.Suyun sızması ve çıkışı önlenmelidir.Hidratasyonun ve sertleşmenin erken evresinde hacim genişlemesi şekil 3’te gösterildiği gibi büzülmenin karşılanmasında rol almaktadır.Geleneksel Portland çimentosu su kürü boyunca çok az bir genleşme yapmasına karşın modifiye edilerek büzülmeyi kontrol altına alabilecek erken genleşmenin geliştirilmesi sağlanabilir.Bu tür çimentolar ilk olarak ABD’de geliştirildi , ticari olarak üretimi 1960’ların sonlarında başladı.Basit manada kuruma rötresinin etkilerini karşılamada kullanılan bu tür çimentolara “Büzülme karşılayan çimentolar” şeklinde hitap edildi. [3]

Ç.YALÇINKAYA 6

Orijinal boyut

(a)

Kuruma Büzülmesi

Büzülme serbest değilse çekme gerilmeleri gelişir

Çekme dayanımını aşarsa çatlaklar oluşur

Boy

değ

işim

i

Orijinal boyut

Donatı

Zaman (gün)

Nem kürü

Kuruma

Zaman (gün)

Boy

değ

işim

i

Büzülme ve sünme sebebiyle gerilme

Genleşme ; donatıda çekme , betonda basınç

yaratır

Nem kürü

Kuruma

(b) Şekil 3. Tip 1 portland çimentosu ve genleşen çimento ile üretilmiş betonların kuruma

büzülmesi[3] Betonun erken yaşlarındaki genleşme , peşi sıra gerçekleşecek olan büzülmeyi karşılayacaktır.Genel olarak büzülme ,sertleşme sırasındaki karışımın nem kaybından gerçekleşmektedir.Bu sebeplerden dolayı oluşacak büzülme , malzeme bağımsız olarak

Genleşen Çimentolar 7

hareket edemeyeceği için çekme gerilmelerine sebep olacaktır.Çekme gerilmelerinin diğer bir sebebi de elemanlar üzerinde oluşacak enine yüklemelerdir.Çimento tarafından henüz tutulmamış olan serbest suyun kusulması olayı yine büzülme etkisi yaratmaktadır.Erken dönemindeki bu betonun, çekme dayanımı düşük olduğundan dolayı olası parazit çekme gerilmelerinden kaçınmak gereklidir.Bu olgular göz önüne alınarak kullanımda genleşen çimento betonları iki ana sınıfa ayrılabilir ; a) büzülme karşılayan tip b) bünyesel gerilmeli tip [5] Beton elemanlarda büzülme ile gelen yapısal kusurların giderilmesi amacıyla etrenjitin genleşme yeteneğinden yola çıkılarak genleşen çimentolar üzerine araştırmalar yapılmıştır.Etrenjit çimento içersinde genleşme kırılmasına sebep olan bir bileşen olarak tespit edilmişti.1936’da Lossier kimyasal olarak öngerilmeli bir beton üretimi üzerine yoğunlaşmış ardından Lafuma ve Klein tüm bu çalışmaları genleşen çimentoların üretim temellerine odaklamıştır. [4] Genleşen beton türleri Japonya'da geliştirilmiştir.Bunlardan farklı olarak Amerika’da ve Avrupa’da bu betonların genleşme oranlarını kolayca kontrol altına alabilen ve yönlendiren , betona karışım sırasında katılan genleşen katkılar kullanılmıştır.Japon tipi genleşen betonlar sadece büzülmesi karşılayan beton olarak değil ,bu genleşmenin pozitif yönde kullanıldığı kimyasal öngerilmeli beton olarak ta kullanılmıştır. [4] Genleşen çimentolar için çeşitli genleşme teorileri mevcuttur ;

(1) jel halindeki genleşen içeriklerin su adsorpsiyonuyla hacim artışı yaratması (şişme teorisi)

(2) Kristalik genleşen içeriklerin kristal büyümesi ile çevreye yayılması (kristal büyüme teorisi)

(3) Hidratasyon sırasında genleşen içeriklerin parçalanmasıyla oluşan birliktelik halindeki boşlukların biçimlenmesi

Portland çimentosu dahil olmak üzere hidrate olan her çimentoda karşılıklı prosesler olan genleşme ve büzülme eş zamanlı fakat farklı oran ve şiddetlerde meydana gelmektedir.Genleşen çimentonun hacim değişim ile oluşan hacim katkısı büzülmeden dolayı oluşan hacim azalmasından daha yüksektir.Bu iki hacim değişim olgusu değerlendirilerek çimentolar şu şekilde sınıflandırılabilinir ; büzülmeyen çimento , az genleşen çimento , genleşen çimento (orta şiddette genleşme) , bünyesel gerilme yaratan genleşen çimento (yüksek oranda genleşme).[2] Genleşen katkıların portland çimentosu ile karışıma katılması ayrı bir seçenektir.Bu katkıların miktarı belirlenerek büzülmesiz veya genleşen çimentoların üretilmesi mümkündür.Bu yöntem büzülmesiz veya genleşen betonların doğrudan şantiyede üretilebilmesine olanak sağlamaktadır.Kalsiyum sülfoalminatlı (C4A3S) , anhidrat kalsium sülfat ve kalsiyum oksitli genleşen katkılar Japonya , ABD ve Büyük Britanya’da üretilmektedir. [2] Etrenjit oluşumuna bağlı potansiyel genleşme geleneksel çelik donatı ile kontrol altına alınır. Donatı , genleşme etkisini beton içerisindeki hafif ön gerilme etkisine dönüştürerek tüm çimentolu kütlenin genleşmesini kısıtlar.Genleşme kuvvetlerinin zorlamasından dolayı donatı çekme , beton basınç etkisi altına girer.Yaklaşık 170 ila 700 kPa arasında değişen basınç gerilmeleri oluşur.Kuruma büzülmesinin çekme çatlakları oluşturmamasını etkili biçimde sağlar. Beton eleman böylelikle basınç etkisi veya çok küçük çekme gerilmeleri altında kalır.

Ç.YALÇINKAYA 8

Bu kısıtlar döşemelerle ve kalıp sınırlandırmasıyla oluşabilir.Tam bir öngerilme formu genleşen bileşenlerin ve donatı çeliğinin miktarına bağlı olacaktır.Etkili bir kısıtın eksikliği büzülme çatlaklarına karşı bir miktar koruma sağlayacaktır.Olağanüstü durumlar düşünülürse aşırı içsel basınç betonun kendi kendisini parçalamasına sebep olabilir.Diğer yandan bir noktadan sonra ek kısıtlar zararlı olmaktadır.Öngerilme yalnızca donatı doğrultusunda ve yakın çevresinde oluşur.Bu yüzden donatının doğru konumda yerleştirilmesi doğru kısıtın sağlanması açısından önemlidir.Yanlış konumlandırılmış donatı yeterli öngerilmenin sağlanamamasına neden olabilir.Diferansiyel genleşmeler sonucu oluşacak eğrilmeler buna örnek gösterilebilir. [3] Kurumadan önce gerçekleşen genleşmenin miktarı, kurumada genleşmeden sonra bile betonda bir miktar basınç gerilmesi kalmasını sağlayacak şekilde seçilmesi gereken genleşen bileşenlerin miktarına bağlıdır. Maksimum artakalan öngerilmenin gelişmesi için genleşmelerin gelişmesine bir miktar izin verilmelidir. Yeterli ön gerilme gelişiminin , büzülme karşılama için anahtar olduğunu vurgulamak gerekir .Şekil 4’te görülebileceği gibi genleşen çimento ile üretilmiş betonlar kür sonrası sıradan portland çimentolu betona yakın ölçüde büzülürler ancak net çekme gerilmesi önceden oluşmuş olan başlangıç basınç öngerilmesinden dolayı geleneksel portland çimentolu betondan daha az olmaktadır. [3]

Gerilme

Genleşme

Donatı çeliği (hacimce %)

Bet

on iç

ersi

ndek

i basın

ç ge

rilm

eler

i (M

Pa)

Kısıtl

anmış

gen

leşm

e (%

)

Şekil 4.Donatının beton genleşmesi üzerine etkisi ve öngerilme gelişimi 4.GENLEŞMENİN KONTROLÜ Genleşen çimentoların başarılı biçimde kullanımı tam anlamıyla hidratasyon sırasında çimento genleşmesinin kontrolü ve çeşitli değişkenlere hassaslığının göz önünde bulundurulmasıyla sağlanır(tablo 2). [3]

Genleşen Çimentolar 9

Tablo 2. Genleşen çimentolarda genleşmeyi etkileyen değişkenler[3]

Genel Sınıflandırma Belirli Değişkenler

Donatı Donatı miktarı ve konumları Karışım dizaynı Çimento içeriği , S/Ç oranı , çimento inceliği , katkılar İşçilik ve kür Karıştırma süresi , işçilik ve yerleştirme , nem kürü süresi

kür sıcaklığı Oluşan etrenjit miktarı çimento içeriğinin ve eğer kullanılıyorsa genleşen katkıların miktarı ayarlanarak kontrol altına alınır.Uygun nem kürü etrenjitin oluştuğu dönemde , ilk 7 gün boyunca sağlanmalıdır.Kür olayı genleşen çimentolu betonlarda , geleneksel portland çimentolu betonlara kıyasla bile çok daha önemlidir ve kür periyodu boyunca hidratasyon için ilave suyun sağlanması gerekir.Bunun sebebi etrenjitin karışım suyunca sağlanamayan büyük miktarlarda suyu bağlamasıdır.Şekil 5’te iyi bir şekilde gösterildiği gibi standart kür metotlarının etkinlikleri kıyaslanmıştır.Ayrıca S/Ç oranındaki artış genleşme miktarını azaltmaktadır. [3]

Gen

leşm

e (%

)

Çuval bezi veya su kürü

Polietilen örtü veya su geçirmez kağıt

Kür bileşenleri Kuruma

Zaman (gün)

Şekil 5. Farklı kür metotlarının genleşen çimento betonunun genleşmesine etkisi[3]

Genleşmeyi etkileyen diğer bir faktör faydalı etrenjitin miktarıdır.Etrenjit yalnızca tüm hacmin genleşmesine ve betonun C 3 S’nin hidratasyonu sırasında rijitlik kazanmaya başlamasının ardından öngerilme formu oluşmasına katkıda bulunur.Beton plastik haldeyken oluşan etrenjit düşük değerlerdedir.Genleşme üzerindeki sıcaklık etkisi şekil 6’da gösterilmiştir. 38C 0 ’de hidratasyon 21 C ’den daha hızlı gelişmektedir.Genleşme daha hızlı 0

Ç.YALÇINKAYA 10

seyretmektedir fakat nihai genleşme daha düşüktür.Bunun sebebi beton plastik haldeyken daha fazla etrenjitin gelişmiş olmasıdır.Çimentonun artan inceliği sebebiyle oluşan ilk hızlı hidratasyonun sonucu olarak nihai genleşme değerlerinde düşme gözlenmektedir. Katkılar etrenjit oluşumunun ilk değerlerine dolayısıyla genleşmeye müdahale edebilmektedir.Katkıların kısmi etkileri priz geciktirici yada hızlandırıcı özellikte olmalarına bağlıdır.Yapılacak testlere katkıların etkisi de dahil edilmelidir. [3]

Kısıtl

anmış

gen

leşm

e (%

)

Zaman (gün)

Şekil 6. K (E-1) tipi çimento betonunun nem kürü boyunca genleşmesine sıcaklığın etkisi Genleşen çimento betonlarının mühendislik özellikleri tip1 çimento betonlarıyla kıyaslanabilir.Özgün verilerin eksikliği nedeniyle kullanışlı ampirik ilişkilerden dayanım kazanma gecikmesi , sünme , büzülme kullanılabilir.Bunlarda bazı farklılıklar şu alanlarda gözlenmiştir ;

(1) Basınç dayanımı (2) Açığa çıkan ısı miktarı (3) Çökme (slump) kaybı (4) Sülfat saldırısına dayanıklılık

E-1 (K) tipi genleşen çimento betonları tip 1 çimento betonlarına kıyasla özellikle daha düşük S/Ç ve daha yüksek çimento içeriklerinde 3,5 MPa’dan 7 MPa’a varan değerlerde daha yüksek basınç dayanımına sahiptir.Bunun nedeni oluşan fazla miktardaki etrenjite bağlanmaktadır ancak bir sebebi de aşırı kusmanın meydana gelmemesinden dolayı oluşan daha üniform içyapıya sahip çimento pastasının varlığı olarak yorumlanabilir.Erken oluşan etrenjit kristalizasyonu sebebiyle görülen kusmadaki düşüş beraberinde ciddi çökme (slump)

Genleşen Çimentolar 11

kayıpları ve daha yüksek su içeriğinin gerekliliğini getirmektedir.Genleşen çimentolar içerdikleri yüksek alüminat miktarı sebebiyle genellikle sülfat dayanıklılığına sahip değildir.Bununla beraber E-1 (K) tipi genleşen çimentolar yüksek C A4 3 S ve düşük C A içeriklerinden dolayı etrenjitin olgunlaşan pastada bıraktığı stabil faz sayesinde sülfat dayanıklılığına sahip olabilmektedir. [3]

3

5.BÜZÜLME KARŞILAYAN BETON Etrenjit oluşumu ile sağlanan genleşen çimento pastasının genleşmesi ,su karışıma eklendiği andan itibaren başlar.Yalnızca kısıtlanmış genleşme faydalıdır ve beton plastik haldeyken yada dayanımı önemsiz mertebelerdeyken bu durum önerilmez.Bu sebepten dolayı uzatılmış bir karıştırma işleminden ve genleşen çimentolu betonun yerleştirilmesinden önce olacak bir gecikmeden kaçınılmalıdır. Diğer bir yandan , servis halindeki betonda oluşacak gecikmiş genleşme tıpkı dışsal sülfat saldırısında olduğu gibi bozucu etki yaratacaktır.Etrenjit oluşumu günler sonra sona ermektedir.Sona erme de SO ve Al O bileşenlerinin tükenmesiyle gerçekleşir. 3 2 3

ASTM C 845-90’da , 400*10 ile 1000*10 arasında 7 günlük bir maksimum genleşme değeri belirtilmiştir ve de 28 günlük değerler bu yedi günlük genleşmenin %15’inden fazla aşmamalıdır.

6− 6−

Etrenjit oluşumu geniş oranlarda su gerektirdiğinden dolayı , genleşen çimento ile üretilmiş betonun ıslak kürü kullanımda tam fayda sağlanabilmesi açısından gereklidir. Büzülme karşılayan betonu üretebilmek için genleşen çimentoların kullanımına ilişkin bilgiler ACI 223R-93 standardında verilmiştir fakat bu tip çimentoların kullanımında değerlendirmeye alınması gereken özellikler burada işlenecektir.Bu tip betonlarda normal portland çimentolarıyla hazırlanmış betonlara kıyasla %15 mertebelerinde daha fazla su içeriği gerekmektedir.Bununla birlikte bu fazlalık gibi görünen su erken hidrate olmaktadır ve pastayla bütünleşmektedir buda betonun dayanımını biraz etkilemektedir.Bu durum şu şekilde örneklenebilir ; K tipi genleşen çimento ile üretilen betonun 28 günlük basınç dayanımı aynı su/çimento oranlarında sadece klasik portland çimentosuyla üretilenlerden yaklaşık %25 oranında fazla olmaktadır. Verilen su içeriğinde , genleşen çimento betonunun işlenebilirliği daha düşük ve çökme (slump) kayıpları çok daha fazla olmaktadır. Alışılagelmiş katkılar büzülme karşılayan betonlarda kullanılabilinir fakat bazı katkı türlerinin kullanımı iyi değerlendirilmelidir.Örneğin hava sürükleyici katkılar genleşen çimento ile kesin bir uyuma sahip olmayabilirler. Genleşen çimentolar , portland çimentosu ve klinkerinden daha yüksek oranlarda kalsiyum sülfat içerdiklerinden dolayı bu tip çimentolar yüksek özgül yüzey değerlerine de sahiptir (genelde 430kg/m ).Hızlı hidratasyonla da desteklenen aşırı incelik beton için etkisiz bir gelişim olan olağandan erken genleşmeye sebep olabilir ki bu durum sertleşmemiş ve dolayısıyla kısıtlanmamış taze&plastik betonda olumlu bir etkiye sahip değildir.Genleşme çimento içeriğinden ve kullanılan agreganın elastisite modülünden önemli derecede etkilenmektedir çünkü agrega çimento pastasının genleşmesini kısıtlayıcı etkiye sahiptir.ASTM 878-87 standardında büzülme karşılayan betonların sınırlı ve makul

2

Ç.YALÇINKAYA 12

genleşmeleri üzerine bir test metodu tanımlamıştır.Bu test metodu ile genleşme üzerinde etkili çeşitli faktörler de değerlendirilebilir. Büzülme karşılayan betonlara aşırı genleşmeyi önlemek amacıyla silika dumanı katılabilmektedir.K tipi genleşen çimento üzerine yapılan testler göstermektedir ki karışıma katılan silika dumanı genleşmeyi hızlandırmaktadır fakat genleşme CaO.3Al O .SO tüketilmesinden önce sona ermektedir.Bunun durumun sebebi muhtemelen pH değerlerindeki düşüşten kaynaklanmaktadır.Uzun vadede genleşmenin olmayışı istenen bir durumdur ve ıslak kür periyodunun 4 güne inmesi elverişli olmaktadır.

2 3 3

Genleşme reaksiyonlarına mütakiben çimento sülfat etkisi altında kalırsa , beton sülfat saldırısına maruz kalmaktadır.Bu durum M ve S tipi çimentolar için de söz konusu olabilmektedir. [3] Daha önceden işlenmiş olan büzülme karşılama mekanizması , diferansiyel büzülme zorlamaları sonucu oluşan çekme gerilmelerini aşmada etkili bir kimyasal öngerilme gelişimini sağlamaktadır.Büyük ölçeklerde öngerilme geliştiyse , büzülmelerden arda kalan basınç gerilmeleri mekanik öngerilme gibi kullanıma olanak sağlamaktadır(Kendiliğinden Gerilmeli çimento )(self-stressing cement).Gerekli öngerilme büyüklüğü sağlanmalıdır fakat kimyasal ve içsel gelişen bu formun oluşturulması ,mekanik anlamda öngerilme yaratılmasından daha zordur.Yüksek genleşme nitelikli kendiliğinden gerilmeli çimentolarda genleşmeyi etkileyen faktörler çok daha kritik olabilmektedir.Gerçekçi olarak ulaşılmış öngerilme seviyesi nispeten 3.5 MPa’dan düşük olacaktır.Kimyasal öngerilme beton basınç boruları , su tankları , tünel kaplamaları ve prekast inşalarda kullanılmaktadır. [3] 6.UYGULAMALAR Genleşen çimentolar çeşitli beton yapılarda kullanılmaktadır. En yaygın kullanımlarından biri de Amerika'da araç parklarındaki araçların su sızıntısından alacağı zararı engellemek yani beton sızdırmazlığını sağlamak için kullanımıdır.Park yapılarına gösterilen en büyük örneklerden biri Chicago’daki O’hare Uluslar arası Havalimanı park yapısıdır.Burada tam 90,000 m büzülme karşılayan beton kullanılmıştır.Bu tür malzemenin uygulamayla buluştuğu en büyük yol döşeme inşaatlarından biri herhalde Dallas’taki Love Field Havalimanı’dır.Burada 115,000 m 3 ’ten fazla büzülme karşılayan beton havalimanı içi karayolu bağlantıları (taxiways) için kullanılmıştır.Cincinati Havalimanı için bir tünel inşasında (1992) 58,000 m 3 yine büzülme karşılayan tip beton kullanılmıştır.Büzülme karşılayan çimentolar su geçirimsizliğinin sağlanmasının önemli olduğu durumlarda kullanılabilir.Örneğin su saklama tankları , yüzme havuzları , buz pateni pistleri.Genleşen çimentoların kaldır-tak (tilt-up) türü inşa yöntemlerine uygun olduğu söylenebilir.Eleman içerisinde kalan öngerilme , elemanın kaldırılması sırasında oluşan gerilmelere ayrılmadan dayanabilmesine yardımcı olmaktadır. [3]

3

Genleşen Çimentolar 13

KAYNAKLAR [1]ACI Comittee 223-98, (1998). Standard practice for the use of shrinkage-compensating concrete. [2]Konik, Z., Malolopszy, J., Roszczynialski, W., Stok, A. (2007). Production of expansive additive to portland cement. Journal of the European Ceramic Society, 27, 605–609. [3]Mindes, S., Young J.F, Darwin D., (2002). “Concrete”, Second Edition, Prentice Hall [4]Nagataki, S., Gomi, S. (1998). Expansive admixtures (mainly ettringite). Cement and Concrete Composites, 20, 163-170. [5]Neville, A.M. (1997). “Properties of Concrete”, Fourth Edition, Longman Limited,England, 844p.