ÇELİK LİFLİ KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETON İLE ÜRETİLEN KİRİŞLERİN EĞİLME VE KESME DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ Bashir Ahmad MAYAR T.C. BURSA ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ÇELİK LİFLİ KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETON İLE ÜRETİLEN KİRİŞLERİN EĞİLME VE KESME DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ Bashir Ahmad MAYAR 0000-0001-6726-5618 Dr. Öğr. Üyesi Serkan SAĞIROĞLU (Danışman) YÜKSEK LİSANS TEZİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI BURSA – 2020 Her Hakkı Saklıdır U.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, tez yazım kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında; − tez içindeki bütün bilgi ve belgeleri akademik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi, − görsel, işitsel ve yazılı tüm bilgi ve sonuçları bilimsel ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu, − başkalarının eserlerinden yararlanılması durumunda ilgili eserlere bilimsel normlara uygun olarak atıfta bulunduğumu, − atıfta bulunduğum eserlerin tümünü kaynak olarak gösterdiğimi, − kullanılan verilerde herhangi bir tahrifat yapmadığımı, − ve bu tezin herhangi bir bölümünü bu üniversite veya başka bir üniversitede başka bir tez çalışması olarak sunmadığımı beyan ederim. 10/09/2020 Bashir Ahmad MAYAR ÖZET Yüksek Lisans Tezi ÇELİK LİFLİ KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETON İLE ÜRETİLEN KİRİŞLERİN EĞİLME VE KESME DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ Bashir Ahmad MAYAR Bursa Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Dr. Öğr. Üyesi Serkan SAĞIROĞLU Daha az işçilik ve daha kısa sürede imalat kolaylığı sayesinde Kendiliğinden Yerleşen Beton (KYB), yapıları daha ekonomik yapma imkânı sunmaktadır. Bu sebeple, KYB’nin kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Yapılara etki eden yüklere karşı kirişlerde oluşabilecek kırılma mekanizması yapı davranışı bakımından oldukça önemlidir. Bu sebeple, kiriş elemanların çeşitli yükler altında test edilmesi gerekmektedir. Betonarme kirişlerin eğilme ve kesme davranışının belirlenebilmesi amacıyla birçok deneysel çalışma yapılmıştır. Fakat çelik lifli KYB ile üretilmiş betonarme kirişler ile ilgili yeterince deneysel çalışma yapılmamıştır. Yapılan çalışmalarda da genellikle kirişlere donatı konulmamıştır. Bu sebeple yapılmış olan bu çalışma kapsamında, çelik lifli KYB ile üretilen betonarme kirişlerin eğilme ve kesme davranışları incelenmiştir. Bu amaçla hem lifsiz hem de lifli KYB üretilerek farklı a/d oranlarına sahip betonarme kirişler üretilmiştir. Lifli karışımlarda toplam beton hacminin %0,6’sı kadar 40 narinlik oranına sahip iki ucu kancalı çelik lif kullanılmıştır. Tüm karışımlarda beton sınıfı, s/ç oranı ve çimento dozajı sabit tutulmuştur. Betonun amaç dayanımı belirlenmesi için hem lifsiz hem de lifli karışımdan 10x10x10 cm boyutunda 15’er küp numuneler alınmıştır. Beton amaç dayanımına ulaştıktan sonra kirişlerin deneylerine başlanmıştır. Birden sekize kadar farklı a/d oranlarına sahip 8 lifsiz ve 8 lifli olmak üzere toplam 16 betonarme kiriş üretilmiştir. Üretilen bu kirişler dört noktalı eğilme düzeneğinde test edilmiştir. Eğilme ve kesme davranışlarını incelenerek kirişlerin yük-deplasman grafikleri çizilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda görülmüştür ki kirişlerin eğilme ve kesme davranışlarında çelik lifin büyük etkisi vardır. Gevrek bir şekilde kırılarak kesmeden dolayı güç tükenmesine ulaşan lifsiz olan kirişler çelik lif ilavesi ile sünek davranış göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Kendiliğinden yerleşen beton, çelik lif, betonarme kiriş, eğilme dayanımı, kesme dayanımı 2020, xii + 123 sayfa. i ABSTRACT MSc Thesis INVESTIGATION OF FLEXURAL AND SHEAR BEHAVIOR OF BEAMS CONSTRUCTED USING SELF COMPACTING STEEL FIBER REINFORCED CONCRETE Bashir Ahmad MAYAR Bursa Uludağ University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Civil Engineering Supervisor: Assist. Prof. Dr. Serkan SAĞIROĞLU Self-Compacting Concrete (SCC) offers the possibility to make the buildings more economical by involving less workmanship and shorter production times. For this reason, the use of SCC is increasing day by day. The fracture mechanism that can occur in beams against loads affecting the structures is very important in terms of structure behavior. For this reason, the beam elements need to be tested under various loads. Many experimental studies have been carried out to determine the flexural and shear behavior of reinforced concrete beams. However, sufficient experimental studies have not been done on reinforced concrete beams produced with steel fiber SCC. In the studies carried out, rebars were generally not placed in the beams. For this reason, within the scope of this study, the flexural and shear behavior of reinforced concrete beams produced with steel fiber SCC was investigated. For this purpose, reinforced concrete beams with different a/d ratios are produced with both fiberless and fibrous SCC. In the fibrous mixture, twin hook steel fiber having slenderness ratio of 40 was used for the 0.6% of the total concrete volume. In all mixtures, concrete class, w/c ratio and cement dosage were kept constant. In order to determine the aim strength of the concrete, 15 cubic samples of 10x10x10 cm were taken from both fiberless and fibrous mixture. The tests of the beams were started after the concrete reached the aim strength. A total of 16 reinforced concrete beams were produced, 8 fiberless and 8 fibrous with different a/d ratios from one to eight. These produced beams are tested in a four-point bending device. The load-displacement graphs of the beams were drawn by examining the flexural and shear behavior. As a result of the experiments, it has been seen that the steel fiber has a great effect on the flexural and shear behavior of the beams. Fiberless beams that break brittle due to shear and reach its maximum capacity have shown ductile behavior with the addition of steel fiber. Key words: Self compacting concrete, steel fiber, reinforced concrete beam, flexural strength, shear strength 2020, xii + 123 pages. ii TEŞEKKÜR Bu tezin yürütücülüğünde ve bütün çalışma süreci içinde bizzat bulunan, çalışmalarım esnasında değerli bilgi ve yardımlarını benden esirgemeyen, bana her türlü desteği sağlayan değerli danışman hocam, sayın Dr. Öğretim Üyesi Serkan SAĞIROĞLU ‘ya teşekkürlerimi sunarım. Her konuda bana yardımcı olan ve bütün imkanların sağlanmasında katkıda bulunan çok değerli hocam sayın Rektör yardımcısı Prof. Dr. Adem DOĞANGÜN’e ve İnşaat Mühendisliği Bölümünün tüm değerli hocalarına ve asistanlarına teşekkürlerimi sunarım. Deneysel çalışmalar esnasında beni yalnız bırakmayıp bana yardımcı olan sevgili meslektaşlarım, İnşaat Müh. Faiz Agha SHAREEF’e, İnşaat Müh. Mujeebul Rahman LATIFI’ye, İnşaat Müh. Moslim NOORI’ye, İnşaat Müh. Ajab Gul MAJIDI’ye, İnşaat Müh. Aiman TARIQ’e, İnşaat Müh. Ibrahim Abdelmonein MOHAMMED HAMED’e ve İnşaat Müh. Sultan Hosein BAYQRA’ya, katkı ve emeklerinden dolayı teşekkürlerimi sunarım. Deneysel çalışmalarda kullanılan kimyasal katkıların temini için Polisan Kimya San. A.Ş’ye, çimento ve standart agrega temini için Bursa Çimento Fabrikası A.Ş’ye, çelik lif temini için Kemerli Metal San. ve Tic. A.Ş’ye, Bursa Uludağ Üniversitesi BAP birimine KUAP(MH)-2017/11 nolu proje kapsamında verdiği destekten dolayı teşekkürlerimi sunuyorum. Bana inanan, akademik yaşamın zorluklarına rağmen beni her zaman teşvik eden, sadece tez çalışma aşmasında değil tüm hayatım boyunca maddi ve manevi yardımlarını benden esirgemeyen sevgili aileme teşekkürlerimi sunarım. Bashir Ahmad MAYAR 10/09/2020 iii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET.................................................................................................................................. i ABSTRACT ...................................................................................................................... ii TEŞEKKÜR ..................................................................................................................... iii İÇİNDEKİLER ................................................................................................................ iv SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ ...................................................................... vi ŞEKİLLER DİZİNİ ........................................................................................................ viii ÇİZELGELER DİZİNİ ................................................................................................... xii 1. GİRİŞ ............................................................................................................................ 1 2. KURAMSAL TEMELLER ve KAYNAK ARAŞTIRMASI ....................................... 5 2.1. KYB Tanımı ............................................................................................................... 5 2.2. KYB Karışımının Bileşenleri ..................................................................................... 6 2.2.1. Çimento ................................................................................................................... 7 2.2.2. Karışım suyu ........................................................................................................... 7 2.2.3. Agrega ..................................................................................................................... 7 2.2.4. Mineral katkılar ....................................................................................................... 8 2.2.5. Kimyasal katkılar .................................................................................................... 9 2.2.6. Lifler ...................................................................................................................... 12 2.3. KYB Karışımlarının Tasarım Yöntemi .................................................................... 15 2.4. KYB Karışımlarının Özellikleri ............................................................................... 17 2.4.1. Taze hal özellikleri ................................................................................................ 17 2.4.2. Sertleşmiş hal özellikleri ....................................................................................... 18 2.5. (a/d) Oranının Kesme Davranışına Etkisi ................................................................ 24 2.6. Çelik Lif Takviyeli Betonarme Kirişler ................................................................... 25 2.7. Kaynak Özetleri ....................................................................................................... 26 3. MATERYAL ve YÖNTEM ........................................................................................ 36 3.1. Amaç, Konu ve Kapsam .......................................................................................... 36 3.2. Kullanılan Malzemeler ve Karışım Oranları ............................................................ 36 3.2.1. Çimento ................................................................................................................. 37 3.2.2. Agrega ................................................................................................................... 38 3.2.3. Kimyasal katkı ...................................................................................................... 38 3.2.4. Çelik lif ................................................................................................................. 39 3.2.5. Su .......................................................................................................................... 40 3.2.6. KYB karışım oranlarının belirlenmesi .................................................................. 40 3.3. Deney Kirişlerinin Özellikleri .................................................................................. 41 3.4. Deney Kirişlerinin Statik Yükler Altında Taşıma Gücü Hesap Esasları ................. 43 3.5. Deney Kirişlerinin Üretilmesi .................................................................................. 48 3.6. Deney Kirişlerinde Kullanılan Lifsiz ve Lifli Betonun Basınç Dayanımları ........... 51 3.7. Deney Düzeneği ....................................................................................................... 52 4. BULGULAR ve TARTIŞMA .................................................................................... 54 4.1. Lifsiz Kirişlerin Eğilme ve Kesme Davranışlarının İncelenmesi ............................ 54 4.1.1. LS-1 (a/d=1) .......................................................................................................... 54 iv 4.1.2. LS-2 (a/d=2) .......................................................................................................... 57 4.1.3. LS-3 (a/d=3) .......................................................................................................... 59 4.1.4. LS-4 (a/d=4) .......................................................................................................... 62 4.1.5. LS-5 (a/d=5) .......................................................................................................... 64 4.1.6. LS-6 (a/d=6) .......................................................................................................... 67 4.1.7. LS-7 (a/d=7) .......................................................................................................... 70 4.1.8. LS-8 (a/d=8) .......................................................................................................... 73 4.2. Lifli Kirişlerin Eğilme ve Kesme Davranışlarının İncelenmesi ............................... 77 4.2.1. LL-1 (a/d=1) .......................................................................................................... 77 4.2.2. LL-2 (a/d=2) .......................................................................................................... 80 4.2.3. LL-3 (a/d=3) .......................................................................................................... 83 4.2.4. LL-4 (a/d=4) .......................................................................................................... 86 4.2.5. LL-5 (a/d=5) .......................................................................................................... 89 4.2.6. LL-6 (a/d=6) .......................................................................................................... 92 4.2.7. LL-7 (a/d=7) .......................................................................................................... 95 4.2.8. LL-8 (a/d=8) .......................................................................................................... 98 4.3. Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması .................................................................... 100 4.3.1. LS-1 ve LL-1 ....................................................................................................... 101 4.3.2. LS-2 ve LL-2 ....................................................................................................... 102 4.3.3. LS-3 ve LL-3 ....................................................................................................... 103 4.3.4. LS-4 ve LL-4 ....................................................................................................... 104 4.3.5. LS-5 ve LL-5 ....................................................................................................... 105 4.3.6. LS-6 ve LL-6 ....................................................................................................... 106 4.3.7. LS-7 ve LL-7 ....................................................................................................... 107 4.3.8. LS-8 ve LL-8 ....................................................................................................... 108 5. SONUÇ ..................................................................................................................... 113 KAYNAKLAR ............................................................................................................. 115 ÖZGEÇMİŞ .................................................................................................................. 123 v SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ Simgeler Açıklama Alig Çentik açıldıktan sonraki alan As Boyuna çekme donatısı alanı Asb Dengeli donatı alanı a Kesme açıklığı b Kesit genişliği bw Kiriş gövde genişliği cb Dengeli durumda tarafsız eksen derinliği Ds Silindir numunenin çapı d Faydalı yükseklik Es Donatı çeliğinin elastisite modülü F Kuvvet Fc Basınç bölgesindeki betona uygulanan bileşke kuvvet Fs Çekme bölgesindeki donatılara uygulanan bileşke kuvvet fc betonun basınç dayanımı fcd Betonun tasarım basınç dayanımı fctd Betonun tasarım çekme dayanımı fctk Betonun karakteristik çekme dayanımı fck Betonun karakteristik basınç dayanımı fcts Yarma silindir çekme dayanımı fnet Eğilme dayanımı fy Donatının minimum akma dayanımı fyd Boyuna donatının tasarım akma dayanımı fyk Boyuna donatının karakteristik akma dayanımı Gf Kırılma enerjisi g Yer çekim ivmesi h Kiriş yüksekliği k1 Basınç bloğu derinliği L Kiriş boyu Ls İki mesnet arasındaki mesafe M Eğilme momenti Md Tasarım momenti Mu,r Kirişin Taşıma gücü momenti Mrb Dengeli durumda taşıma gücü momenti Mu Kırılma anındaki moment m Kirişlerin mesnetleri arasında kalan kısmi ağırlığı P Uygulanan yük Pu Kırılma anındaki kuvvet S İki yük arasındaki mesafe W0 Yük sehim eğrisi altında kalan alan δ0 Kirişlerin göçme esnasındaki deformasyonu ρ Çekme donatısı oranı ρb Dengeli donatı oranı ρmin Minimum donatı oranı vi ρmaks Maksimum donatı oranı εcu Betonun ezilme birim şekil değiştirmesi εsy Donatı çeliğinin akmaya başladığı andaki birim şekil değiştirmesi ø Donatı oranı C50 28 gün suda bekletilmiş silindir basınç dayanımı 50 MPa olan beton S420 Donatı akma dayanımı 420 MPa olan donatı Kısaltmalar Açıklama ACI American Concrete Institute ASTM American Society for Testing Materials BHA Birim Hacim Ağırlığı BIBM European Federation for Precast Concrete CEMBUREAU European Cement Association ÇAAD Çatlak Ağzı Açılma Deplasmanı EFCA European Federation of Concrete Admixtures Associations ENFARC European Federation of National Associations Representing for Concrete ERMCO European Ready Mixed Concrete Organization GB Geleneksel Beton KK Kimyasal Katkı KYB Kendiliğinden Yerleşen Beton KYHB Kendiliğinden Yerleşen Hafif Beton LL Lifli LS Lifsiz LVDT Linear Variable Differential Transformer SA Süperakışkanlaştırıcı S/Ç Su/Çimento oranı TBDY 2018 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 TS 500 Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları TS EN Türkiye standartları, EN: Avrupa Normu TSE Türk Standartları Enstitüsü W/C Water/Cement vii ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa Şekil 2.1. Kendiliğinden yerleşen beton uygulaması ........................................................ 5 Şekil 2.2. Normal beton ile KYB’nun karşılaştırılması .................................................... 6 Şekil 2.3. Elektrostatik ve fiziksel itki modelleri ............................................................ 11 Şekil 2.4. Çelik liflerin tipleri ve şekilleri ....................................................................... 12 Şekil 2.5. TS 10513’a (1992) göre çelik liflerin sınıflandırılması .................................. 13 Şekil 2.6. KYHB’ların yayılma çapı üzerine lif tipi ve miktarının etkisi ....................... 14 Şekil 2.7. Lifli betonun yük deformasyon eğrisi ............................................................. 15 Şekil 2.8. Çekme dayanımının merkezi çekme deneyi ile belirlenmesi Şekil 2.9. Silindir yarma deneyi ve gerilme dağılımları ................................................. 20 Şekil 2.10. Üç noktalı ve dört noktalı eğilme deneylerinin düzeneği ............................. 22 Şekil 2.11. Yük-sehim eğrisinin şematik gösterimi ........................................................ 23 Şekil 2.12. (a/d) Oranına bağlı göçme modları ve betonarme kirişlerin kesme ve moment taşıma kapasitesi diyagramı ............................................................................................ 24 Şekil 2.13. Kirişte oluşan eşgerilme eğrileri ................................................................... 25 Şekil 2.14. Lif geometrisinin yük-sehim eğrisine etkisi ................................................. 28 Şekil 3.1. Kullanılan iki ucu kancalı çelik lifin görünümü ............................................. 39 Şekil 3.2. Kirişlerin geometrik özellikleri ve kalıpların içinde donatıların yerleştirilmesi Şekil 3.3. Dört noktalı eğilme altındaki kirişin şematik çizimi....................................... 43 Şekil 3.4. Denge donatı oranının bulunması ................................................................... 45 Şekil 3.5. a) Hazırlanmış olan kalıplar ve donatılar, b) Donatıların kalıpların içerisinde yerleşimi .......................................................................................................................... 48 Şekil 3.6. Pan tipi beton mikseri ..................................................................................... 49 Şekil 3.7. Döküm sonrası deney kirişler ......................................................................... 50 Şekil 3.8. Kür havuzunda kürlenen kirişler ..................................................................... 50 Şekil 3.9. Kür havuzundan çıkarılan kirişlerin boyanması ............................................. 51 Şekil 3.10. Beton test presi ve test edilmiş küp numuneler ............................................ 51 Şekil 3.11. Kiriş eğilme deney düzeneği ......................................................................... 53 Şekil 4.1. LS-1 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................... 54 Şekil 4.2. LS-1 kirişinde oluşan ilk çatlaklar .................................................................. 55 Şekil 4.3. LS-1 kirişinin maksimum yük altındaki durumu ............................................ 55 Şekil 4.4. LS-1 kirişinin deney sonundaki durumu ......................................................... 55 Şekil 4.5. LS-1 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ....... 56 Şekil 4.6. LS-1 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ...... 56 Şekil 4.7. LS-2 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................... 57 Şekil 4.8. LS-2 kirişinde oluşan ilk çatlaklar .................................................................. 57 Şekil 4.9. LS-2 kirişinin maksimum yük altındaki durumu ............................................ 58 Şekil 4.10. LS-2 kirişinin deney sonundaki durumu ....................................................... 58 Şekil 4.11. LS-2 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ..... 58 Şekil 4.12. LS-2 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi .... 59 Şekil 4.13. LS-3 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................. 59 Şekil 4.14. LS-3 kirişinde oluşan ilk çatlaklar ................................................................ 60 Şekil 4.15. LS-3 kirişinin maksimum yük altındaki durumu .......................................... 60 Şekil 4.16. LS-3 kirişinin deney sonundaki durumu ....................................................... 60 Şekil 4.17. LS-3 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ..... 61 Şekil 4.18. LS-3 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi .... 61 Şekil 4.19. LS-4 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................. 62 viii Şekil 4.20. LS-4 kirişinde oluşan ilk çatlaklar ................................................................ 62 Şekil 4.21. LS-4 kirişinin maksimum yük altındaki durumu .......................................... 63 Şekil 4.22. LS-4 kirişinin deney sonundaki durumu ....................................................... 63 Şekil 4.23. LS-4 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ..... 63 Şekil 4.24. LS-4 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi .... 64 Şekil 4.25. LS-5 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................. 64 Şekil 4.26. LS-5 kirişinde oluşan ilk çatlaklar ................................................................ 65 Şekil.4.27. LS-5 kirişinin akma anındaki durumu .......................................................... 65 Şekil 4.28. LS-5 kirişinin maksimum yük altındaki durumu .......................................... 65 Şekil 4.29. LS-5 kirişinin deney sonundaki durumu ....................................................... 66 Şekil 4.30. LS-5 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ..... 66 Şekil 4.31. LS-5 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi .... 67 Şekil 4.32. LS-6 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................. 67 Şekil 4.33. LS-6 kirişinde oluşan ilk çatlaklar ................................................................ 68 Şekil.4.34. LS-6 kirişinin akma anındaki durumu .......................................................... 68 Şekil 4.35. LS-6 kirişinin maksimum yük altındaki durumu .......................................... 68 Şekil 4.36. LS-6 kirişinin deney sonundaki durumu ....................................................... 69 Şekil 4.37. LS-6 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ..... 69 Şekil 4.38. LS-6 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi .... 70 Şekil 4.39. LS-7 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................. 70 Şekil 4.40. LS-7 kirişinde oluşan ilk çatlaklar ................................................................ 71 Şekil.4.41. LS-7 kirişinin akma anındaki durumu .......................................................... 71 Şekil 4.42. LS-7 kirişinin maksimum yük altındaki durumu .......................................... 71 Şekil 4.43. LS-7 kirişinin deney sonundaki durumu ....................................................... 72 Şekil 4.44. LS-7 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ..... 72 Şekil 4.45. LS-7 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi .... 73 Şekil 4.46. LS-8 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................. 73 Şekil 4.47. LS-8 kirişinde oluşan ilk çatlaklar ................................................................ 74 Şekil.4.48. LS-8 kirişinin akma anındaki durumu .......................................................... 74 Şekil 4.49. LS-8 kirişinin maksimum yük altındaki durumu .......................................... 74 Şekil 4.50. LS-8 kirişinin deney sonundaki durumu ....................................................... 75 Şekil 4.51. LS-8 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ..... 75 Şekil 4.52. LS-8 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi .... 76 Şekil 4.53. LL-1 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................. 77 Şekil 4.54. LL-1 kirişinde oluşan ilk çatlaklar ................................................................ 77 Şekil 4.55. LL-1 kirişinin akma anındaki durumu .......................................................... 78 Şekil 4.56. LL-1 kirişinin maksimum yük altındaki durumu .......................................... 78 Şekil 4.57. LL-1 kirişinin deney sonundaki durumu....................................................... 78 Şekil 4.58. LL-1 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ..... 79 Şekil 4.59. LL-1 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi .... 79 Şekil 4.60. LL-2 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................. 80 Şekil 4.61. LL-2 kirişinde oluşan ilk çatlaklar ................................................................ 80 Şekil 4.62. LL-2 kirişinin akma anındaki durumu .......................................................... 81 Şekil 4.63. LL-2 kirişinin maksimum yük altındaki durumu .......................................... 81 Şekil 4.64. LL-2 kirişinin deney sonundaki durumu....................................................... 81 Şekil 4.65. LL-2 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ..... 82 Şekil 4.66. LL-2 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi .... 82 Şekil 4.67. LL-3 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................. 83 ix Şekil 4.68. LL-3 kirişinde oluşan ilk çatlaklar ................................................................ 83 Şekil 4.69. LL-3 kirişinin akma anındaki durumu .......................................................... 84 Şekil 4.70. LL-3 kirişinin maksimum yük altındaki durumu .......................................... 84 Şekil 4.71. LL-3 kirişinin deney sonundaki durumu....................................................... 84 Şekil 4.72. LL-3 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ..... 85 Şekil 4.73. LL-3 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi .... 85 Şekil 4.74. LL-4 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................. 86 Şekil 4.75. LL-4 kirişinde oluşan ilk çatlaklar ................................................................ 86 Şekil 4.76. LL-4 kirişinin akma anındaki durumu .......................................................... 87 Şekil 4.77. LL-4 kirişinin maksimum yük altındaki durumu .......................................... 87 Şekil 4.78. LL-4 kirişinin deney sonundaki durumu....................................................... 87 Şekil 4.79. LL-4 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ..... 88 Şekil 4.80. LL-4 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi .... 88 Şekil 4.81. LL-5 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................. 89 Şekil 4.82. LL-5 kirişinde oluşan ilk çatlaklar ................................................................ 89 Şekil 4.83. LL-5 kirişinin akma anındaki durumu .......................................................... 90 Şekil 4.84. LL-5 kirişinin maksimum yük altındaki durumu .......................................... 90 Şekil 4.85. LL-5 kirişinin deney sonundaki durumu....................................................... 90 Şekil 4.86. LL-5 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ..... 91 Şekil 4.87. LL-5 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi .... 91 Şekil 4.88. LL-6 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................. 92 Şekil 4.89. LL-6 kirişinde oluşan ilk çatlaklar ................................................................ 92 Şekil 4.90. LL-6 kirişinin akma anındaki durumu .......................................................... 93 Şekil 4.91. LL-6 kirişinin maksimum yük altındaki durumu .......................................... 93 Şekil 4.92. LL-6 kirişinin deney sonundaki durumu....................................................... 93 Şekil 4.93. LL-6 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ..... 94 Şekil 4.94. LL-6 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi .... 94 Şekil 4.95. LL-7 kirişinin test öncesi görüntüsü ............................................................. 95 Şekil 4.96. LL-7 kirişinde oluşan ilk çatlaklar ................................................................ 95 Şekil 4.97. LL-7 kirişinin akma anındaki durumu .......................................................... 96 Şekil 4.98. LL-7 kirişinin maksimum yük altındaki durumu .......................................... 96 Şekil 4.99. LL-7 kirişinin deney sonundaki durumu....................................................... 96 Şekil 4.100. LL-7 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi ... 97 Şekil 4.101. LL-7 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi .. 97 Şekil 4.102. LL-8 kirişinin test öncesi görüntüsü ........................................................... 98 Şekil 4.103. LL-8 kirişinde oluşan ilk çatlaklar .............................................................. 98 Şekil 4.104. LL-8 kirişinin akma anındaki durumu ........................................................ 99 Şekil 4.105. LL-8 kirişinin maksimum yük altındaki durumu ........................................ 99 Şekil 4.106. LL-8 kirişinin deney sonundaki durumu..................................................... 99 Şekil 4.107. LL-8 kirişinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi . 100 Şekil 4.108. LL-8 kirişinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrisi 100 Şekil 4.109. LS-1 ve LL-1 kirişlerinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 101 Şekil 4.110. LS-1 ve LL-1 kirişlerinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 101 Şekil 4.111. LS-2 ve LL-2 kirişlerinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 102 x Şekil 4.112. LS-2 ve LL-2 kirişlerinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 102 Şekil 4.113. LS-3 ve LL-3 kirişlerinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 103 Şekil 4.114. LS-3 ve LL-3 kirişlerinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 103 Şekil 4.115. LS-4 ve LL-4 kirişlerinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 104 Şekil 4.116. LS-4 ve LL-4 kirişlerinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 104 Şekil 4.117. LS-5 ve LL-5 kirişlerinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 105 Şekil 4.118. LS-5 ve LL-5 kirişlerinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 105 Şekil 4.119. LS-6 ve LL-6 kirişlerinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 106 Şekil 4.120. LS-6 ve LL-6 kirişlerinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 106 Şekil 4.121. LS-7 ve LL-7 kirişlerinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 107 Şekil 4.122. LS-7 ve LL-7 kirişlerinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 107 Şekil 4.123. LS-8 ve LL-8 kirişlerinin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 108 Şekil 4.124. LS-8 ve LL-8 kirişlerinin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 108 Şekil 4.125. Tüm LS kirişlerin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri Şekil 4.126. Tüm LS kirişlerin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri Şekil 4.127. Tüm LL kirişlerin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri Şekil 4.128. Tüm LL kirişlerin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri Şekil 4.129. Tüm LS ve LL kirişlerin sol LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 111 Şekil 4.130. Tüm LS ve LL kirişlerin sağ LVDT kullanılarak elde edilen yük-deplasman eğrileri ........................................................................................................................... 111 xi ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa Çizelge 2.1. Su ile reaksiyon kapasitelerine göre mineral katkıların sınıflandırılması ..... 9 Çizelge 2.2. KYB’nun tasarım yöntemine göre tavsiye edilen malzeme miktarları ....... 16 Çizelge 2.3. KYB’nun işlenebilirliğini belirleyen deney metodları ............................... 18 Çizelge 2.4. KYB karışımının miktarları ........................................................................ 27 Çizelge 2.5. 1m3 KYB üretiminde kullanılan malzemeler .............................................. 29 Çizelge 3.1. Çimentonun kimyasal özellikleri ................................................................ 37 Çizelge 3.2. Çimentonun fiziksel ve mekanik özellikleri ............................................... 38 Çizelge 3.3. Kimyasal katkıya ait özellikler ................................................................... 39 Çizelge 3.4. Çelik liflerin fiziksel ve mekanik özellikleri .............................................. 39 Çizelge 3.5. 1m3 KYB karışımı için malzeme miktarları ............................................... 40 Çizelge 3.6. Deney kirişlerinin geometrik özellikleri ..................................................... 41 Çizelge 3.7. Deney kirişlerine ait teorik kırılma yükleri ................................................. 47 Çizelge 3.8. Lifsiz ve lifli karışımlardan üretilen küp numunelerin ortalama basınç dayanımları ...................................................................................................................... 52 Çizelge 3.9. Küp dayanımlarının silindire çevrilmiş hali ............................................... 52 Çizelge 4.1. Tüm kirişlerin eğilme testlerinden elde edilen sonuçlar ........................... 112 xii 1. GİRİŞ Yapı malzemesi olarak, beton dünyada en çok kullanılan malzemelerden biridir. Beton; çimento, agrega, su ve gerekirse mineral ve kimyasal katkıların karıştırılmasıyla elde edilen homojen olmayan gevrek bir malzemedir (Kiremitçi 2008). Beton; köprüler, barajlar, kanallar, metro binaları, havaalanı binaları, su yapıları, konutlar ve ofis binaları gibi çeşitli bina türlerinin taşıyıcı ve taşıyıcı olmayan elemanların inşasında en çok kullanılan malzemelerden biridir. Beton, yüksek basınç dayanımı ile birlikte, ses yalıtımı, su geçirmezliği, dış etkilere karşı dayanıklılığı ve en önemli özelliği olan yangına karşı dayanıklılığı bakımından da tercih edilen yapı malzemesidir (Akkurt ve ark. 2006, Kharita ve ark. 2008). Beton düşük maliyeti, kolay işlenebilirliği ve kolay bulunabilmesi ile günümüzde en çok kullanılan yapı malzemesidir. Yapılan çalışmalarla betonun basınç dayanımı, gün geçtikçe artan ve bu özelliğinden fazlasıyla faydalanılan bir malzemedir. Bununla birlikte, betonun artan basınç dayanımı onun bazı mekanik kusurlarını kapatamamaktadır. Betonun çekme dayanımının hep düşük seviyede kalmasının nedeni, yüksek mukavemetin yanında boşluk oranının en alt seviyeye indirilmesiyle basınç dayanım ve durabilitesinin artmasıdır. Bununla birlikte, betonun zamanla basınç dayanımının artması onu gevrek bir malzeme haline getirmektedir (Sarı 2013). Bilindiği üzere, beton gibi malzemelerde göçme hep sünek bir şekilde istenilmektedir, fakat beton çelik gibi homojen bir malzeme olmadığı için hep gevrek bir şekilde göçer (Şener ve Şener 2017). Beton karışımlarının, sıkıştırma işlemleri bazı nedenlerden dolayı uygulamada tam olarak veya istediğimiz şekilde gerçekleşmeyebilir. Böyle bir durumda, betonun durabilite ve dayanım performansı olumsuz bir şekilde etkilenebilir. Bilindiği üzere, iyice sıkıştırılmış ve yerleştirilmiş bir betonun kalitesi, düzgün bir şekilde sıkıştırılmayan ve yerleştirilmeyen betonun kalitesinden daha büyük olmaktadır. Betonun sıkıştırılması ve boşlukların kapatılması, zor çevre koşullarında da olsa genellikle vibratör kullanımıyla yapılmaktadır. Ancak, bazı durumlarda vibratör kullanımı zor olabilmekte ve dökülen betonun bir kısmı sıkıştırılamayabilir. Böyle bir durumda, betonun kolay bir şekilde yerleştirilebilir ve akıcı bir şekilde olması her zaman tercih edilmektedir. Beton 1 karışımlarını daha akıcı bir duruma getirmek, sıkıştırma enerjisi uygulanmadan da mümkün olabilmektedir. Talep edilen bu özellikler, beton karışımının taze durumunda su ilave edilmesi veya büyük oranda çimento hamurunun miktarını artırması ile beton karışımlarına kazandırılabilir. Ancak, işlenebilirliğini artırmak için karışımlara eklenen su, sertleşmiş halde dayanım kaybına ve taze halde karışımlarda ciddi segregasyon sorunlarına neden olmaktadır (EN 206-1 2000). Beton maliyetinin yükselmesine asıl neden olan çimento hamuru miktarının artmasıdır (Ouedraogo 2018). Bu da inşaat mühendisliğinde istenmeyen bir durumdur. Bir inşaat mühendisi; emniyet, ekonomi ve estetik gibi parametrelere uymak zorundadır. Bilindiği gibi, beton teknolojisi gün geçtikçe gelişmektedir. Gelişen bu beton teknoloji sayesinde, Geleneksel Beton (GB) uygulamasında karşılaştığımız bu tip sorunları çözmek için yerleştirme ve sıkıştırma enerjisine gerek kalmadan, kendi ağırlığı altında homojen bir şekilde kalıba yerleşen ve yüksek bir akıcılığa sahip Kendiliğinden Yerleşen Beton (KYB) ortaya çıkmıştır (Ouedraogo 2018). İlk olarak KYB Japonya’da uygulanmıştır. KYB’nun ilk kavramı 1980’lerin sonrasında, Tokyo Üniversitesi’nde Okamura tarafından yapılan çalışmalar sonucunda önerilmiştir (Okamura ve Ouchi 1999). Japonya’da 1990’ların başında, vibratör kullanılmadan tam bir şekilde sıkıştırılan beton karışımı elde etmesi için KYB geliştirilmiştir. Japonya’da geliştirilen bu KYB’nun faydasını ve önemini aynı zamanda Avrupa’nın çoğu ülkesinde de görmüşlerdir. 1989 yılında; Asya, Avrupa ve Avusturalya’daki firmaları ve ortak elamanları içeren Avrupa Beton Birliğini Temsil Eden Ulusal Dernekler Federasyonu (EFNARC) kurulmuştur. KYB kullanımı hızla büyümesi ve gelişmesi, bu tarihten itibaren başlamıştır. 2000 yılında, KYB hazır beton ve prefabrik yapılar için önem kazanmıştır (Ouchi ve ark. 2003). KYB’nun gelişmesiyle Avrupa Federasyonu’nun tüm elemanları uygulama tecrübelerini kullanarak 2001 yılında yüksek kaliteli KYB’nun tasarımı ve kullanımı için (EFNARC) şartname ve yönergeleri hazırlamışlardır (Walraven 2003). 2005 yılında, Avrupa Çimento Birliği (CEMBUREU), Uluslararası Prefabrik Beton Üreticiler Birliği (BİMB), Avrupa Hazır Beton Birliği (ERMCO), Özel Yapı Kimyasalları ve Beton Sistemleri Avrupa Federasyonu (EFNARC) ve Avrupa Beton Katkı Üreticileri Federasyonu (EFCA) birleşerek KYB için ortak Avrupa yönergelerini hazırlamışlardır (Duyar 2006). Ülkelerin çoğunda KYB, yaygın olarak yapıların ve yapısal taşıyıcı sistemlerinin oluşturulmasında 2 kullanılmıştır. KYB ile toplam üretim maliyet önemli ölçüde azaltılabilmekte ve inşaat verimliliği artırılabilmektedir. KYB’nun GB ile kıyasladığnda bazı avantajları vardır. Vibratöra gerek kalmadan sıkıştırılmasının tam ve düzgün yapılması, yerleştirilmesinin daha hızlı ve kolay olması, dayanıklılığı daha yüksek karışımların üretilebilmesi, daha düzenli ve pürüzsüz yüzeylerin elde edilebilmesi, daha hızlı inşaat yapım süresi gibi üstünlüklerden örnek verilebilir (Ouedraogo 2018). KYB da GB karışımı gibi bağlayıcı madde, su, iri agrega, ince agrega, mineral ve kimyasal katkılardan oluşmaktadır. KYB karışımının taze hal performansını iyileştirmesi için, daha yüksek miktarda ince agrega kullanılmaktadır. Böylelikle, KYB’nun dayanım ve işlenebilirlik özellikleri GB’dan daha yüksek olmaktadır. Bilindiği üzere, çimentoya sahip olan malzemeler çok düşük çekme mukavemeti ve gerilme deformasyon kapasitesine sahiptir. Betonun bu zayıf yönlerini iyileştirmek için karışıma çelik, cam, polipropilen ve plastik gibi malzemelerden üretilen lif malzemeleri eklenebilmektedir (Şimşek 2009). Günümüzde lifler farklı çeşit, farklı boyut ve farklı oranlarda beton üretiminde kullanılmaktadır. Beton karışımına çelik lif ilave edildiğinde, beton karışımının çekme, eğilme, basınç ve darbe dayanımlarını, enerji yutma kapasitesini, sünekliğini ve çatlak gelişim karakteristiklerini iyileştirebilirler. Bu özelliklerinden dolayı da çelik lifle üretilen betonların kullanım alanı giderek artmaktadır (Ulusoy 2015). Fakat, lifli betonların da bazı sakıncalı tarafları vardır. Lif kullanımı ile beton karışımın taze hal ve işlenebilirliği olumsuz biçimde etkilenmektedir. Taze betonun işlenebilirliği, kullanılan liflerin uzunluğu, miktarı ve şekli ile değişmektedir. Öte yandan, sertleşmiş halde lifli betonların mekanik performansları ve durabilite, kalıba boşluksuz bir şekilde yerleştirilebilmesine ve büyük ölçüde karışımın işlenebilirliğine bağlı olarak değişiklik göstermektedir (Khayat ve Roussel 2000). KYB karışımlarında farklı tiplerde liflerin kullanılabileceği farklı araştırmacılar tarafından gösterilmiştir. KYB’da kullanılan lifler KYB’nun mekanik özelliklerini değiştirmektedir. Genellikle lifsiz KYB’ye lif eklenmesi yayılma çapını düşürmekte, dar engeller arasından geçiş kabiliyetini olumsuz etkilemekte ve taze betonun akışını yavaşlatmaktadır. Kullanılan lif tipi, miktarı, geometrisi, KYB karışımının tasarım özellikleri ve yüzey özellikleri gibi parametreler lifli KYB’nun işlenebilirliğini önemli 3 düzeyde etkileyen parametrelerin başında gelmektedir. Liflerin varlığının KYB’nun mekanik özelliklerini önemli düzeyde etkilediği neredeyse her araştırmada görülmektedir (Öz 2014). Bu çalışmada hem lifli hem de lifsiz KYB üretilerek, farklı a/d oranlarına sahip betonarme kirişlerin eğilme ve kesme davranışları deneysel olarak incelenmiştir. Bu amaçla, lifsiz kontrol amaçlı karışıma ilaveten toplam beton hacminin %0,6’sı kadar 40 narinlik (boy/çap) oranına sahip iki ucu kancalı çelik lif eklenerek lifli KYB karışımı hazırlanmıştır. Sertleşmiş hal özelliklerini araştırmak için, TS EN 12390-3 ve TS EN 12390-6 standartlarına uygun şekilde hem lifsiz hem lifli 10x10x10 cm boyutunda küp numuneler üretilerek basınç deneyleri gerçekleştirilmiştir. Eğilme ve kesme davranışlarını incelemek için 10x10 cm kesit boyutuna ve 8 farklı a/d oranına (1,2,3,4,5,6,7,8) sahip olacak şekilde farklı uzunluklarda, 8 lifli ve 8 lifsiz olmak üzere toplam 16 betonarme kiriş üretilmiştir. Üretilen betonarme kirişler dört noktalı eğilme test cihazı altında test edilip eğilme ve kesme davranışları incelenmiştir. 4 2. KURAMSAL TEMELLER ve KAYNAK ARAŞTIRMASI Bu bölümde KYB’nun tanımı, bileşenleri, özellikleri, kullanım alanları ve bu betonla üretilen kirişlerin eğilme ve kesme davranışları ile ilgili literatür taraması yapılmıştır. 2.1. KYB Tanımı KYB vibratöre gerek duymadan önemli ölçüde akışkanlık özelliği ve kendi ağırlığı altında hareket ederek yerleşebilen, aynı zamanda bu yüksek akışkan kıvamına rağmen segregasyona uğramayan bir beton türüdür (Felekoğlu ve ark. 2004). Süper işlenebilir beton olarak da bilinir. KYB’nun daha geniş ve açıklayıcı bir tanımı olarak, herhangi bir sıkıştırma işlemine gerek duymadan kendi ağırlığı ile derin ve sık donatılı kesitlere yerleşebilen ve sıkışabilen, aynı zamanda terleme ve ayrışma gibi sorunlar yaratmadan stabilitesini koruyabilen çok akıcı bir beton türüdür denilebilir (Su ve ark. 2001). KYB’da inşaat süresi hızlı olup daha az insan gücüne ihtiyaç duyulur. Kalıplara hızlı bir şekilde yerleştirilebilmesinin nedeni betonun donatılar arasında kolay akıcılığıdır (Şekil 2.1.). KYB’nun akıcılığı, üniform dayanımı, daha az beton boşluğu ve yüksek homojenliğini, yapılara süper durabilite potansiyelini sağlamayı garanti eder. KYB daha erken dayanım, daha erken kalıp sökme, daha fazla dayanıklılık ve daha hızlı kullanım potansiyeli sağladığı için genellikle yapı elemanları düşük s/ç oranı ile üretilebilir (Okamura ve Ouchi 2003). Şekil 2.1. Kendiliğinden yerleşen beton uygulaması 5 2.2. KYB Karışımının Bileşenleri Kendiliğinden yerleşebilirlik olayı betonun her bileşenini farklı şekilde etkiler. Bu etki bileşenin cinsine, kullanım oranına, teknik özellikleri ve yöntemine bağlıdır. Bu nedenle bileşenlerin seçiminde gerek ekonomik gerek teknik açıdan doğru seçim yapmanın yolu, malzemeleri iyi bir şekilde tanımaktır (Saf 2015). KYB üretiminde GB’da kullanıldığı gibi, çimento, agrega, su, lifler ve kimyasal katkılar kullanılabilir. Fakat KYB karışımının içerisindeki bazı parametreler bakımından GB’dan farklılıklar gösterebilir. Bunlardan; en büyük agrega çapı, toplam ince ve iri agrega miktarı, viskozite artırıcı ve süper akışkanlaştırıcı kimyasal katkı tipleri, su/bağlayıcı oranı gibi parametreler sayılabilir. Şekil 2.2’de 1m3 GB ve tipik bir KYB karışımlarının üretimi için gerekli malzemelerin hacimce kullanım oranı gösterilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi kimyasal katkı, ince agrega ve bağlayıcı kullanım oranı normal betona göre KYB karışımlarında daha fazla olmaktadır. Şekil 2.2. Normal beton ile KYB’nun karşılaştırılması (Felekoğlu 2003) 6 2.2.1. Çimento GB’da kullanılan çimento KYB’da da kullanılmaktadır. Literatürde KYB ile ilgili çimentonun CEM I 42,5 olan tipinin kullanımı öngörülmektedir (Sağlam ve ark. 2004, Özkul 2002). Çimento, kalker ve kilin belirli oranlarda karıştırılarak 1400-1500 OC sıcaklıkta döner fırınlarda pişirilip priz süresini ayarlaması için yaklaşık %3-5 alçıtaşı eklenerek öğütülmek suretiyle elde edilir. Su ile karıştırıldığında hem suda hem havada katılaşan hidrolik ve inorganik bağlayıcıdır. Çimento dozajının genel olarak 350-450 kg/m3 arasında olması önerilmektedir. Çimento dozajının 500 ve daha fazla olması durumunda betonun kuruma büzülmesini ve malzemelerin maliyetini arttırmaktadır. Bu nedenle kuruma büzülmeden dolayı çatlakların oluşumu artacaktır (EFNARC 2002). Çimento dozajının 350’den daha az olması halinde ise betonun kendiliğinden yerleşebilirliği için lazım olan ince madde miktarı azalarak aynı zamanda beton içerisindeki bağlayıcı miktarının azalmasıyla da betonun dayanıklılığı ve dayanımı azalacaktır. 2.2.2. Karışım suyu Suyun KYB karışımlarındaki görevi, işlenebilirliği sağlayarak hidratasyon işlemini (su ve çimento arasındaki kimyasal reaksiyonları) başlatıp sürdürmektedir. KYB üretiminde, temiz, içilebilir, kokusuz ve berrak sular rahatlıkla kullanılabilmektedir. Diğer bir deyişle, beton üretimi için şehir şebeke suları istenilen nitelikteki sulardır. KYB’da kullanılan su genel olarak TS EN 1008’e uygun olmalıdır. 2.2.3. Agrega Agrega beton hacmini en çok kaplayan malzemelerden ve beton özelliklerini etkileyen bileşenlerinden biridir. Dolayısıyla, betonun dayanımını ve dayanıklılığını olumlu yönde etkilemesi için beton karışımında uygun agrega kullanılmalıdır (Xie ve ark. 2005). Agrega tipi, kum ve çakıl oranı, en büyük tane çapı ve granülometri gibi parametreleri GB’da olduğu gibi KYB’nun da taze ve sertleşmiş özelliklerini etkilemektedir. KYB karışımlarında kullanılan agregalar TS EN 206-1 ve TS EN 12620’nin durabilite 7 koşullarına uygun olmalıdır. Tüm agregaların silt-kil malzeme içeriği, su emme kapasitesi, nemi, çeşitliliği ve boyutu devamlı olarak gözlemlenmelidir. KYB karışımlarında agreganın tane büyüklüğü dağılımı ve şekli çok önemlidir. KYB karışımlarının hava içeriği de bu durumdan etkilenmektedir. Bilindiği üzere, betonda kullanılan agrega, boyut açısından ince ve iri agrega olarak ikiye ayrılmaktadır. i. İnce agrega Bilindiği üzere, taze beton üzerindeki ince agreganın etkisi iri agregaya göre önemli farkla daha fazla olmaktadır. EFNARC’a (2005) göre 0,125 mm’den küçük boyutlardaki parçacıklar çimento hamuruna dahil edilmeli ve bu parçacıklar su/toz oranını belirlenirken hesaba alınmalıdır. EFNARC’taki (2005) su/toz oranı 0,85-1,10 aralığında dikkate alınarak karışımlardaki toz miktarı belirlenebilir. ii. İri agrega KYB karışımlarının işlenebilirliğinde agrega türü ve boyutu önemli rol oynamaktadır. İri agreganın şekli ve tane büyüklüğünün dağılımı, çimento hamuru gereksinimi ve betonun akış kabiliyetini direk olarak etkilemektedir (Xie ve ark. 2005). TS EN 12620’ye uygun olan iri agregalar KYB karışımı için elverişlidir. KYB karışım üretiminde kullanılacak agreganın mineralojik kökeni uygun olmalıdır. Kırma kireçtaşı iri agrega olarak kullanılabilmektedir. Agrega boyutu olarak EFNARC (2005) tarafından en büyük agrega boyutu 20 mm olarak öngörülmekteyse de bu konuda kesin bir rakam verilmemiştir. Fakat, kullanılan agreganın sık donatılar arasında geçebilme yeteneğini ve KYB karışımların akışkanlığını sağlamalıdır. 2.2.4. Mineral katkılar KYB karışımlarında kohezyon ve ayrışma direnci sağlamak ve arttırmak için farklı mineral katkılar yaygın olarak kullanılır. KYB karışımlarına ilave edilen mineral katkıların termal büzülmesini ve hidratasyon ısısının azaltılması için çimento miktarını da düzenler. EFNARC’a (2005) göre KYB’da kullanılacak toz malzeme oranı 380 kg/m3 ile 600 kg/m3 arasında olmalıdır. Toz malzemenin doldurma kapasitesini arttırılması için eş boyutlu, çok küçük çapa sahip öğütülmüş halde kullanılması mümkündür (EFNARC 8 2005). Çizelge 2.1’de görüldüğü gibi, EFNARC’a (2005) göre su ile reaksiyon kapasitesi açısından mineral katkılar iki tipe ayrılmaktadır. Çizelge 2.1. Su ile reaksiyon kapasitelerine göre mineral katkıların sınıflandırılması (EFNARC 2005) Puzolanik olmayan ya • Mineral filler (kireçtaşı, dolomit vs.) Tip I da yarı puzolanik • Pigmentler • EN 450’ye uygun uçucu kül Puzolanik Tip ɪɪ • EN 13263’e uygun silis dumanı Hidrolik • Yüksek fırın cürufu 2.2.5. Kimyasal katkılar Beton karışımında, KYB özelliğini gösterebilmek için iki şartın bir arada sağlanması gerekmektedir. Bunlardan birincisi yüksek işlenebilirliği sağlayabilmesi için düşük sınırda kayma gerilme değerine sahip olmasıdır. İkincisi ise karışımın ayrışmaya karşı daha dayanıklı olması için yüksek bir viskozite değerine sahip olması gerekmektedir. Birinci şartın su miktarını artırarak sağlanması halinde betonun kararlılığı bozulmakta, yani ayrışma eğilimi ortaya çıkmaktadır. Fakat böyle bir durum etkili kimyasal akışkanlaştırıcı (süperakışkanlaştırıcı) kullanımıyla düzeltilebilir. TS EN 934-2’ye uyumlu yüksek oranda su azaltıcı veya süperakışkanlaştırıcı katkılar KYB için önemli bileşenlerdir. Yüksek oranda su azaltıcı/süperakışkanlaştırıcı katkıların kullanımı Kullanılan akışkanlaştırıcıların beton teknolojisindeki temel görevi karışımın s/ç oranında herhangi bir değişiklik yapmaksızın, işlenebilirliği arttırmak olduğundan düşük s/ç oranında yüksek bir işlenebilirlik sağlamak; ancak yüksek oranda su azaltıcıların (süperakışkanlaştırıcıların) katılmasıyla sağlanmaktadır. KYB’da akıcılık kazandırma etkisi normal akışkanlaştırıcı katkıların, süperakışkanlaştırıcılar ile benzer özellik 9 göstermekle beraber polimer moleküllerinin çimento daneleri ve kimyasal yapıları üzerinde absorbe olup parçacıkların elektrostatik yüklerini değiştirilmesi açısından farklılık göstermektedir (Doğan 2000, Akman 2000). Kimyasal yapılarına göre süperakışkanlaştırıcılar üç farklı sınıfa ayrılırlar: a) Linyosülfonatlı tuzlar ve linyosülfonat türevleri b) Hidroksil – karboksilik asitler ve türevleri c) Polimerlik mazlemeler. Uygun miktarda su–azaltıcı katkı maddelerinin çoğu, üstteki ilk iki sınıfta yer almaktadır. Birinci ve üçüncü sınıfta ise, yüksek miktarda su-azaltıcı katkı maddeleri yer almaktadır. Bilindiği üzere, linyosülfonat esaslı katkı maddelerinde az da olsa priz geciktirici etkisi bulunmaktadır (Erdoğan 2010). Süperakışkanlaştırıcı katkıların etki mekanizması Kimyasal katkı maddeleri, fizikokimyasal ya da çimento ile elektriksel fiziksel bir etkileşime girip çimentonun oranını ve hidratasyon hızını değiştirebilirler. Fakat temel etkisi fizikseldir. Çimento hamurunun hidratasyonunda yavaşlatıcı ve hızlandırıcı etki, çimento hamuru kimyasal katkılar ile kimyasal bir tepkimeye girmeden gösterebilmektedir. Araştırmacılar tarafından bu etkiler farklı mekanizmalarla açıklanmaktadır (Neville 1997). Su-çimento karışım oranında herhangi bir akışkanlaştırıcı katkı kullanılmadığı durumunda, çimento tanecikleri yüzey elektrostatik özellikleri gereği topaklaşma eğilimindedir. Meydana gelen topaklaşma hem hidratasyon inkişafını olumsuz etkiler hem de kümeleşme esnasında boşluklara hapsolan su beton mukavemeti için önemli bir dezavantaj olan boşluk oranını artırır. Bir su-çimento sisteminde akışkanlaştırıcı bir kimyasal katkı, çimento danelerinin birbirinden uzaklaşmasını ve danelerin daha homojen dağılmasını sağlar. Diğer taraftan akışkanlaştırıcı katkı suyun yüzey gerilimini azaltarak çimento tanecikleri arasında suyun hareketini kolaylaştırır. Bu durum hem çimento hamurunun işlenebilirliğini hem de hidratasyon oranını artırır. Böylelikle tanecikler arasında hapsolan hava miktarı azalarak karışımda daha iyi bir sıkışma sağlanr (ASTM C125 2002). 10 Polikarboksilat esaslı katkılar elektrostatik itki ile beraber daha farklı durumlarda etkili olmaktadır. Hususen polimer bazlı olan katkılarda elektrostatik itkinin yanında çimento tanesinin üzerinde polimer yan zincirlerinin absorbe olarak yarattığı fiziksel itki daha baskındır. Fiziksel itki ile elektrostatik itki arasındaki farklılık Şekil 2.3’te şematik olarak verilmiştir. Fiziksel itkinin derecesi molekül ağırlığına, yan zincir yapısına, polimer zincirinin uzunluğuna ve ortam koşullarına bağlıdır. Fiziksel itki, polikarboksilat bazlı katkılarda çimento dağılımını sağlayan temel faktördür (Baradan ve ark. 2015). Süperakışkanlaştırıcı katkıların haricinde, ayrışma ortaya çıkmadan KYB karışımlarının akışkanlığını sağlamak için hava sürükleyici veya viskozite düzenleyici katkılar da kullanılabilmektedir. Fakat kullanmadan önce kullanılacak katkıların çimento ile uyumu araştırılmalıdır (Mardani-Aghabaglou 2016). Şekil 2.3. Elektrostatik ve fiziksel itki modelleri (Baradan ve ark. 2015) 11 2.2.6. Lifler Lif tanımı ve çeşitleri Lifler, betonda süneklik ve çatlak oluşumunu kontrol etmenin yanında betonda dayanım ve dayanıklılığı artırmasına yönelik olarak da kullanılır. Lifler farklı amaçlarla beton karışımında kullanılmaktadır. Farklı malzemelerden üretilen lifler, nitelik açısından farklı sınıflara ayrılabilmektedir. Malzeme cinsine göre lifler iki gruba ayrılmaktadır Bunlar; • Doğal malzeme: Selüloz, Şeker kamışı, Hint keneviri, Babmu, Hindistan cevizi kabuğu, Muz. • Yapay malzeme: Çelik, Cam, Sentetik (Polipropilen, polietilen, polyester, aramid, karbon, akrilik, naylon) (Naaman 2000). Dünyada en çok kullanılan liflerden biri de yapay malzemelerden üretilen çelik liflerdir. Çelik lifler fiziksel özelliklerine göre sınıflandırılabilmektedir. Yaygın olarak, lifli betonlarda kullanılan çelik liflerin tipleri ve şekilleri Şekil 2.4’te verilmiştir. Şekil 2.4. Çelik liflerin tipleri ve şekilleri (Şimşek 2009) 12 TS 10513’a (1992) göre çelik lifler A, B ve C olarak farklı üç sınıfa ayrılmıştır. Standartta tanımlanan liflerin gruplandırılması Şekil 2.5’te görülmektedir. ACI 544.3R-93’a (1998) göre, betonun zayıf özelliklerinin düzeltilmesi için kullanılan çelik liflerin tanımı, lif boyunun eşdeğer lif çapına bölünmesiyle elde edilen boy/çap oranı olarak kabul edilmektedir. Bu oran aynı durumda lifin narinliğini göstermektedir. Bu yüzden çoğu zaman lifin boy/çap oranına lif narinlik oranı denilmektedir. Şekil 2.5. TS 10513’a (1992) göre çelik liflerin sınıflandırılması (TS 10513 1992) Lif kullanımının KYB karışımlarının özelliklerine etkisi Bilindiği üzere, beton karışımına lif ilave etmek, karışımın akışkanlığını ve işlenebilirliğini olumsuz etkilemektedir. Böylelikle, lifli betonlara göre lifsiz betonların işlenebilirliği daha yüksek olabilmektedir. Lifli beton karışımlarında, agrega tane dağılımı, en büyük agrega tane boyutu, lif tipi, lif hacmi, hava miktarı, s/ç oranı ve narinlik oranı işlenebilirliği etkileyen önemli faktörler olarak tanımlanabilmektedir. GB’da olduğu gibi KYB karışımlarında ağırlıkça veya hacimce kullanılan lifin narinlik 13 oranı ve miktarı işlenebilirliği olumsuz etkileyen en önemli iki parametredir ( Grünewald ve Walraven 2001). Lifler aynı hacimde agregalara göre daha yüksek alana ve daha uzun şekile sahiptirler. Dolayısıyla akış esnasında akışa doğru bir içsel sürtünme ile karşı koymaya çalışırlar. Ayrıca lifler akış esnasında kenarlara engelleme ve takılma etkisi oluşturarak akışın engellenmesine ve yavaşlamasına neden olabilirler ( Grünewald ve Walraven 2001, Yardımcı 2007). Genellikle lif boyu, agrega en büyük tane çapı ve agrega hacminin azalması ile akış esnasında ortaya çıkan işlenebilirlik performansı artabilir ve içsel sürtünme azalabilir (Khayat ve Roussel 2000). Şekil 2.6’da Kendiliğinden Yerleşen Hafif Beton (KYHB)’ların yayılma çapı üzerine lif miktarı ve tipinin etkisi görülmektedir (Haist ve ark. 2002). Şekilden anlaşıldığı gibi, KYB karışımlarının yayılma çapı, lif tipinden bağımsız olarak lif hacminin artışıyla azalmıştır. Bu bağlamda karışımların yayılma miktarının en çok azalmasına neden olan lif tipi polipropilen lif olmuştur. Şekil 2.6. KYHB’ların yayılma çapı üzerine lif tipi ve miktarının etkisi (Haist ve ark. 2002) KYB karışımlarında su/bağlayıcı oranının az olması, terlemeyi koruyucu katkı maddelerinin (süperakışkanlaştırıcının) kullanılması ve ince malzeme miktarının arttırılması betonun plastik rötreye karşı duyarlı olmasını sağlamaktadır. Bundan dolayı lif kullanılması, oluşabilecek plastik rötre çatlaklarını önlemek için betonun 14 dayanıklılığının arttırılmasında faydalı olmaktadır. KYB içerisine çelik liflerin eklenmesinin betonun basınç dayanımına, elastisite modülüne ve kuruma büzülmesine etkisi çok azdır. Fakat KYB karışımlarında yüksek oranda karbon lifler kullanıldığı takdirde eğilme yüklemesi altında sünme oldukça azalmaktadır. Bununla beraber çoğu çalışmalarda lifler, düşük miktardaki hacimleri sebebiyle kompozitin boyutsal stabilitesi üzerinde fazla etki oluşturmadan matriste rijitlik eklentileri olarak görev alır (Mehta ve Monterio 1997). Şekil 2.7’de çelik lifli betonun, eğilme altında yük-deplasman eğrisi gösterilmiştir. Şekil 2.7’den anlaşıldığı gibi, eğri yaklaşık olarak A noktasına kadar doğrusaldır, bu noktadan sonra eğri doğrusallığını kaybeder ve maksimum yükün taşındığı B noktasına kadar ulaşır. A noktasına veya bu noktaya karşılık gelen kuvvete ilk çatlama kuvveti, orantılı limit ve elastik limiti olarak adlandırılır. B noktası nihai dayanım olarak tanımlanır. Bu değerler ve yükün B noktasından sonraki azalma hızı, liflerin boy/çap oranına, beton içindeki yönelimine, liflerin miktarına, liflerin ve matrisin mekanik özelliklerine bağlıdır (Baradan ve ark. 2015). Şekil 2.7. Lifli betonun yük deformasyon eğrisi (Baradan ve ark. 2015) 2.3. KYB Karışımlarının Tasarım Yöntemi KYB’larda karışım tasarımı GB’dan farklı olup özel bilgi ve deneyime gerek duysa da beton bileşenleri yönünden genel olarak çok büyük bir değişiklik göstermemektedir. KYB tasarımında esas faktör bu bileşenlerin kullanım oranları olup bunlara yönelik geliştirilen çeşitli yaklaşımların temelinde iri agreganın hacminin sınırlandırılması ile 15 süperakışkanlaştırıcı kullanılması ve harç özelliklerinin değiştirilmesi vardır. Bileşiminde çimento, ince agrega, su, silis dumanı, uçucu kül gibi puzolanik malzemeler ve beton yapısını dolduran özellik gösteren kireçtaşı tozu gibi malzemeler bulunmaktadır. Bunlara ek olarak viskozite düzenleyici kimyasal katkılar ve yeni nesil süperakışkanlaşrırıcılar da KYB karışımlarında kullanılmaktadır. Üretilen KYB karışımının ayrışma direncine ve hedeflenen işlenebilirliğe sahip olması gerekmektedir. Üretilen KYB karışımı ayrışma ve topaklanma gibi bir eğilimi olmaksızın donatıların arasına çok iyi yerleşmelidir. Bu amaçla KYB’ların üretiminde su/toz oranı kontrol edilir. Kullanılan iri agrega miktarı sınırlı tutularak akışkanlık performansını etkili bir şekilde artıran kimyasal katkılar kullanılır. Temel tasarım yöntemine göre tasarımda dikkate alınacak noktalar aşağıda verilmiştir. Hacimsel olarak betonun %50’si iri agrega ve %50’si harçtan oluşmalıdır. %50’lik kısmının ise %30’u su, %30’u çimento ve %40’ı ince agregadan oluşmalıdır. Düşük s/ç oranı ile uzun süreli işlenebilirlik ve üretim gerçekleştirebilmek için polikarboksilat eter esaslı viskozite düzenleyici katkılar ve yeni nesil süperakışkanlaştırıcılar kullanılabilirler. Bu tasarım yöntemine göre Çizelge 2.3’te EFNARC (2005) tarafından tavsiye edilen tipik malzeme miktarları gösterilmiştir (Gaimster ve Dixon 2003, EFNARC 2005). Çizelge 2.2. KYB’nun tasarım yöntemine göre tavsiye edilen malzeme miktarları (EFNARC 2005) İnce malzeme miktarı (< 0,125 mm) 400-600 kg/m3 Kum miktarı (0,125 mm – 4 mm) Harç hacminin %40’ı İri agrega miktarı Dmax = 20 cm Gerçek birim ağırlığının %50’si Uçucu kül miktarı Çimento + uçucu kül hacminin %40’ı Su/toz malzeme 0,9- 1,0 (hacimsel olarak) 16 2.4. KYB Karışımlarının Özellikleri 2.4.1. Taze hal özellikleri Taze beton özellikleri ile KYB’ların performansları arasında önemli bir bağlantı vardır. İşlenebilirlik ve reoloji parametreleri KYB’nun pratikteki kullanım performansını etkilemektedir. Kendiliğinden yerleşme yeteneği, ayrışmaya karşı direnç, doldurma yeteneği ve geçiş yeteneği gibi üç parametre ile belirlenmektedir (Skarendahl ve Petersson 2000). i. Doldurma yeteneği KYB’nun kendi ağırlığı altında şekil değiştirip daneler arası sürtünmesine ve çimento hamurunun akış yeteneğine bağlı olarak istenilen kalıba vibrasyona ihtiyaç duyulmadan boşluksuz yerleşebilmesi ile tanımlanabilir. Doldurma yeteneği, betonun döküldüğü yerden belirli bir mesafeye hangi hızla ulaşacağına bağlıdır. Yayılma deneyi ile ölçülen betonun yayılma çapı ve bu çapa ulaşılması için geçen süre ile doldurma yeteneği değerlendirilebilir. ii. Geçiş yeteneği KYB yeterli akıcılığa ve ayrışmaya karşı dirence sahip olup sık donatılı ve dar yerlerden geçerek hamurun agregaları sık donatılı ve dar yerlerde kolay taşıyabilmesi ile ifade edilir. KYB’nun iyi bir akış yeteneğine sahip olması, agregalar arasındaki boşluğu tamamen çimento hamuru ile doldurup agrega tanecikleri birbiri üzerinden rahatça kayarak kalıba doldurabilmektedir. iii. Ayrışmaya karşı direnç Taze betonda ayrışma (segregasyon), bileşen malzemelerinin dağılımında homojenliği bozulması ile gözlenmektedir. Normal akışlarda ayrışma göstermeyen taze beton, bazen sık donatılı yerlerde ayrışmaya uğrayabilir. Bu olay ise yapıdaki kusurların oluşmasına ve betonun homojenliğinin bozulmasına yol açmaktadır. Betonun gerek akış gerekse de durağan halinde; hava boşluğunun dağılımındaki düzensizlik, tıkanmaya neden olan kaba agrega ayrışması, çimento hamuru fazı ile agrega ayrışması ve görülebilen terleme (su ve 17 katı arasında ayrışma) gibi problemler bileşenlerin karışık bir şekilde dağılıp segregasyon oluşumuna sebep olurlar. En büyük agrega tane boyutunun düşürülmesiyle katı maddelerin ayrışmasının azaltılması ve iri agrega hacminin sınırlandırılması birinci yöntemken, viskozite düzenleyici katkılar ve süperakışkanlaştırıcılar kullanılarak su/bağlayıcı oranı düşürülüp terlemenin minimuma indirilmesi segregasyonun önlenmesinde diğer bir yöntemdir. KYB’nun işlenebilirliğini belirleyen deney metodları Çizelge 2.3’te verilmektedir (EFNARC 2005). Çizelge 2.3. KYB’nun işlenebilirliğini belirleyen deney metodları (EFNARC 2005) Belirlenen özellik Deney • Çökme yayılma (TS EN 12350-8) • İlk 50 cm’lik çapa ulaşma süresi (TS Doldurma yeteneği EN 12350-3) • V-kutusu akış süresi (TS EN 12350-9) • L-kutusu (TS EN 12350-10) • U-kutusu (TS EN 11044) Geçebilme yeteneği • Doldurma kutusu TS EN 12350-12 • J-halkası (TS EN 12350-12) • T5 dak da V-kutusu akış süresi (TS EN 12350-9) Ayrışmaya karşı direnç • Elek ayrışma deneyi (GTM) (TS EN 12350-11) 2.4.2. Sertleşmiş hal özellikleri GB’larda olduğu gibi KYB karışımlarında da sertleşmiş hal özelliklerini belirlemek için bazı mekanik deneyler uygulanmaktadır. Burada bu deneylerden birkaçı için kısaca bilgi verilmiştir. 18 Basınç dayanımı Betonun basınç dayanımı, eksenel basınç yükü etkisi altında betonun kırılmaması için gösterebileceği en büyük direnme kabiliyeti olarak tanımlanabilmektedir. Betonun mekanik özellikleri arasında basınç dayanımının en önemli özellik olmasının sebeplerinden biri, diğer dayanım türleri ile basınç dayanımı arasında bir kolerasyon katsayısının bulunmasıdır. Bu sebeple basınç dayanımı bilindiğinde diğer dayanım çeşitlerinin büyüklüğü hakkında bir fikir elde edilebilmektedir (Erdoğan 2010). Betonun mekanik dayanımları arasında en büyük değerine sahip olan dayanım basınç dayanımıdır. Çelik lifli betonlarda %1,5 oranına kadar çelik lif kullanımının beton basınç dayanımında etkili bir artışa sebep olmadığı görülmüştür (Bentur ve Mindess 1990). Çekme dayanımı Betonun çekme dayanımı, taşıma gücü sınır durumunda genellikle ihmal edilmektedir. Fakat söz konusu olan dayanım, kullanılabilirlik sınır durumunda çatlaklarla ilgili olarak yapılan hesaplarda kullanılmaktadır. Diğer yandan çekme dayanımı, çatlamanın son derece önemli olduğu sıvıyı tutan yapıların tasarımında da önemli bir parametredir. Fakat betonun çekme dayanımının belirlenmesi, basınç dayanımına karşın daha zor olmaktadır. Çünkü deney düzeneğinde kavrama sorunu ortaya çıkmaktadır. Çekme dayanımının belirlenmesi için yapılan deneylerden başlıcaları; • Merkezi (eksenel) çekme deneyi • Yarmada çekme deneyi • Eğilme deneyi Merkezi çekme deneyi Merkezi çekme deneyinde, farklı şekillere (Şekil 2.8) sahip beton numunelere merkezi çekme kuvveti uygulanarak çekme dayanımı belirlenmeye çalışılmaktadır. Fakat başlık bölgesinde çıkan sorunlar, gerilme yığılmaları ve merkezi çekme kuvveti uygulamanın 19 zorluğu gibi sorunlar meydana gelmektedir. Bu yüzden de deneylerden farklı sonuçlar elde edilebilmektedir (Doğangün 2018). Şekil 2.8. Çekme dayanımının merkezi çekme deneyi ile belirlenmesi (Doğangün 2018) Yarmada çekme deneyi Dolaylı çekme dayanımı yönteminin uygulanması sonrasında beton numunesi yarılarak iki parçaya ayrıldığı için, genellikle bu yönteme yarma deneyi yöntemi adı verilmektedir (Erdoğan 2010). Şekil 2.9’da görüldüğü gibi bu deney, yatay şekilde presin tablaları arasında yerleştirilen silindir beton numunesinin üstüne ve altına yerleştirilen plakalara dik yönde basınç yüklemesi uygulanarak gerçekleştirilmektedir. Yükün arttırılmasıyla, endirekt olarak çekme gerilmeleri meydana gelir ve silindir numune tabanının çapı boyunca yarılarak kırılır. Şekil 2.9. Silindir yarma deneyi ve gerilme dağılımları (Yazıcı 2012) 20 Yarmada çekme deneyinde kullanılan silindir numunelerde ortaya çıkan çekme dayanımı Denklem 2.1’den hesaplanmaktadır. 2P f = (2.1) cts  .D .Ls Burada; fcts yarma silindir çekme dayanımı, P silindire uygulanan basınç yükü, Ds silindir numunenin çapı, L ise silindir numunenin uzunluğudur. Aynı şekilde prizma ve küp numunelerde de yarmada çekme deneyi uygulanabilmektedir. İngiliz standardında (BS 1881: Part 117: 1983), küp numuneler kullanılarak yarmada çekme dayanımı elde edilmektedir. Bu standarda göre, silindir numunelerde yapılan yarma testiyle elde edilen sonuçları, küp numunesinden elde edilen sonuçları ile aynı olmaktadır. Küp numunesi kullanılarak beton karışımlarının yarma silindir çekme dayanımının belirlenmesi (Denklem 2.2)’ye göre yapılmaktadır (Baradan ve ark. 2015). 2P f = (2.2) cts 2 .a Burada; fcts yarma silindir çekme dayanımı, P uygulanan yük ve a ise küp kenarlarının uzunluğudur. Bilindiği üzere, lifli betonların çekme dayanımları GB’lara göre daha yüksek olmaktadır. Çelik lifli betonların çekme dayanım artışı, lif miktarına, lif narinlik oranına, lif şekline, lif-matris aderansına ve liflerin beton içerisindeki dağılımına bağlı olarak normal betona kıyasla, yaklaşık olarak %5’ten fazla oranlarda daha yüksek olmaktadır (Bentur ve Mindess 1990). Eğilme deneyi Eğilme çekme deneyi, beton karışımlarının eğilme dayanımını belirlemek için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemin özü kirişin kırılma esnasında alt yüzeyi 21 seviyesinde çekme gerilmesini ölçmektir. Söz konusu olan deney sabit bir uzama oranında gerçekleştiğinde genelde yük artış hızı, dayanımının yaklaşık %70’ine ulaştığında azalmaya başlar. Bu azalmalar genelde görünmez şekilde meydana gelen mikro çatlaklar sebebiyle aniden oluşur. Bu oluşan çatlaklar elemanın göçmesine sebep olmaz, bu sebeple eleman nihai çekme dayanımına ulaşmaktadır (Çopuroğlu 2001). Standartlara göre laboratuvarda yapılan eğilme dayanımı belirleme deneyleri iki grupta toplanabilir; 1) Üç noktalı eğilme deneyi 2) Dört noktalı eğilme deneyi. Üç noktalı ve dört noktalı eğilme deneyleri Şekil 2.10’da gösterilmiştir. Şekil 2.10. Üç noktalı ve dört noktalı eğilme deneylerinin düzeneği (Yazıcı 2012) Numunelerin kırılma enerjilerini ve eğilme dayanımlarının belirlenebilmesi için prizmatik kiriş numunelere, sulu kesimle çentik açılarak dört noktalı veya üç noktalı eğilme deneyleri uygulanır. Çentiklere yerleştirilen çatlak ağzı açılma deplasman ölçer aletin kullanılması ile deney sırasında çatlak genişliği kontrol edilerek deneyler yapılır. Deney esnasında yük-çatlak ağzı açılma deplasmanı (ÇAAD) “çatlak ağzı açılma deplasmanı ölçer” ile, aynı sırada yük-sehim eğrisi ise “LVDT” ile ölçülür. Kırılma enerjisi değerleri, RILEM TC 50-FMC’nin önerileri ve etkin kesit dikkate alınarak yük- sehim grafiği altında kalan alandan yararlanılarak hesaplanmaktadır. 22 Üç noktalı eğilme deneyinde çentikli numunelerin eğilme dayanımı; 3.P.L f = (2.3) net 2.B.(H − a)2 Dört noktalı eğilme deneyinde çentikli numunelerin eğilme dayanımı; P.L f = (2.4) net B.(H − a)2 Bağıntılarıyla hesaplanır. Bu eşitliklerde, P eğilme deneyinde kaydedilen en büyük yük, B kiriş eni, H kiriş yüksekliği, L mesnet açıklığı ve a çentik derinliğidir. Çatlak doğrultusuna paralel düzeydeki birim yüzey alanında bir çatlağın oluşturması için gereken enerji miktarı, kırılma enerjisi (GF) olarak tanımlanabilir (RILEM 50-FMC 1985). Kırılma enerjisi, çentikli olan beton kiriş üzerinde eğilme deneyi yapıldığında, numune iki parçaya ayrılana kadar yük-sehim eğrisinin altında kalan alan hesaplanarak belirlenir. Yük-sehim eğrisinin şematik gösterimi Şekil 2.11’de verilmiştir. Şekil 2.11. Yük-sehim eğrisinin şematik gösterimi (RILEM 50-FMC 1985) 23 Kırılma enerjisi; W +m.g. G = 0 0 (2.5) f Alig Eşitliğiyle hesaplanır. Bu eşitlikte, Gf kırılma enerjisi, W0 yük-sehim eğrisi altında kalan alan, m kirişlerin mesnetleri arasında kalan kısmın ağırlığı, g yer çekim ivmesi, δ0 kirişlerin göçme esnasındaki deformasyonu ve çentik açıldıktan sonraki etkin alan (Alig=(H-a).B)’dir. Kırılma enerjisinin (Gf)’in birimi N/m veya Joule/m 2’dir (RILEM 50- FMC 1985). 2.5. (a/d) Oranının Kesme Davranışına Etkisi Kesme açıklığı, mesnetle yük arasındaki mesafedir ve genelde “a” olarak gösterilir. Kesme açıklığının faydalı yüksekliğe oranının (a/d), betonarme kiriş elemanların davranışlarını etkileyen en önemli değişkenlerden biri olduğu, yirminci yüzyıl ortalarında yapılmış araştırmalar ile saptanmıştır. (a/d) oranına bağlı olarak moment taşıma kapasitesi ve göçme mekanizması grafiği Şekil 2.12’de görülmektedir. Şekil 2.12. (a/d) Oranına bağlı göçme modları ve betonarme kirişlerin kesme ve moment taşıma kapasitesi diyagramı (MacGregor ve Wight 1997) 24 (a/d) oranının çok büyük olduğu durumunda (yaklaşık olarak, a/d>7) kiriş eğilmedeki taşıma gücüne erişebilecektir. Böyle bir kirişte eğik çatlaklar oluşmayacağından, kırılma üzerinde kesme kuvvetinin etkisi olmamaktadır. Bunun temel sebebi, kesme açıklığının büyük olmasından, kiriş eğilme kapasitesine ulaştıran kesme kuvvetinin düşük seviyede kalmasıdır. (a/d) oranının yaklaşık olarak 7’den küçük ancak 3’ten büyük (3