Beton basınç dayanımına boyut ve cidar etkisi

Çimento, su, agrega ile kimyasal ve/veya mineral katkı maddelerinin homojen olarak karıştırılmasından oluşan, başlangıçta plastik kıvamda olup şekil verilebilen, zamanla katılaşıp sertleşerek dayanım kazanan beton, kompozit ve yarı gevrek bir yapı malzemesidir. Yaygın kullanıma sahip bu malzemenin mekanik özelliklerinin başında basınç dayanımı gelmektedir. Beton, gevrek bir yapıda olması nedeniyle basınç dayanımı yüksek, çekme dayanımı düşük bir malzemedir. Betonun basınç dayanımına nazaran oldukça küçük olan çekme dayanımı betonarme hesaplarda genellikle dikkate alınmaz. Bununla birlikte, basınç dayanımı ile eğilme dayanımı arasında yaklaşık da olsa bir oran bulunmaktadır. Bu nedenle, basınç dayanımı bilindiği takdirde, çekme ve eğilme dayanımlarının büyüklükleri hakkında da bilgi edinilebilmektedir. Basınç dayanımı değerleri göz önünde bulundurulduğunda, bu yapı malzemesi normal dayanımlı ve yüksek dayanımlı olarak sınıflandırılabilmektedir. Normal dayanımlı betonlar, günümüzde en çok kullanılan genel amaçlı betonlardır. Yüksek dayanımlı betonlara göre çimento dozajları daha az ve kullanılan maksimum agrega boyutu daha büyük olan normal dayanımlı betonlar, nispeten daha düşük maliyette üretilebilmektedir. Küp basınç dayanımı 60–115 N/mm2, silindir basınç dayanımı 50–100 N/mm2 arasında değişen betonlar, bugün için yüksek dayanımlı betonlar sınıfına girerler. Silis dumanı, yüksek dayanımlı çimento ve süper akışkanlaştırıcı katkı malzemelerinin kullanımı ile yüksek basınç dayanımlı betonlar üretilebilir. Aynı geometrik şekle sahip numunelerde, boyut değişmesi durumunda basınç dayanımı değerlerinin önemli ölçüde değişiklik göstermesine boyut etkisi denilmektedir. Bu konuda yapılan deneysel çalışmalar değerlendirildiğinde, artan boyutlarda basınç dayanımlarının küçük boyutlu numunelere kıyasla belirgin şekilde düştüğü, belirli bir boyuttan sonra da basınç dayanımlarındaki düşmenin azaldığı gözlenmektedir. Beton literatüründe basınç dayanımının numune boyutuna bağlıolarak değişimi "boyut etkisi" olarak tanımlanmaktadır. Betonda boyut etkisi, büyüyen hacimle birlikte, heterojen bir malzeme olması nedeniyle kusurların da artmasına bağlanmaktadır. Basınç dayanımına etki eden bir diğer faktör, betonun kalıp yüzeyi civarında iyi yerleşememeden kaynaklanan farklı bir bileşime sahip olması halidir. Bu durum,betonun dayanımının bu bölgede iç kısımdan daha farklı olmasına sebep olur. Kalıp yüzeyinde oluşan bu katmanın kalınlığı ortalama bir agrega boyutu kadardır. Boyutları küçük numunelerde, bu katmanın etkisi büyük numunelere oranla daha büyük olmaktadır. Çünkü bu katmanın kalınlığı numunenin boyutundan bağımsızdır. Bu duruma cidar etkisi denir. Bu tez çalışması, beton bloklardan kesme yoluyla elde edilen küp biçimindeki numunelerde cidar etkisinin azalacağı ve böylece boyut etkisinin tek başına değerlendirilebileceği varsayımına dayanmaktadır. Tez kapsamında ayrıca, beton bloklardan kesilerek çıkartılan numunelerdeki, kesilme yöntemine bağlı olarak oluşan tahribatların beton basınç dayanımına olan etkisi de araştırılmıştır. Çalışma kapsamında, ilk aşamada, iki farklı beton sınıfı kullanılarak değişik ölçülerde altı farklı numune oluşturulmuştur. Birinci beton sınıfı yüksek dayanımlı, ikinci beton sınıfı normal dayanımlı olarak düşünülmüştür. Birinci beton sınıfında maksimum agrega boyutu 12 mm ve ikinci beton sınıfında 22 mm olarak kullanılmıştır. Bunun yanında, birinci beton sınıfı C50, ikinci beton sınıfı C20 olarak tasarlanmıştır. Yüksek dayanımı temsil eden birinci beton sınıfındaki çimento miktarı 450 kg/m3'tür. Diğer taraftan, normal dayanımı temsil eden ikinci beton sınıfındaki çimento miktarı 250 kg/m3'tür. Hedeflenen dayanımın elde edilebilmesi için yüksek dayanımlı birinci beton sınıfına çimento miktarının %5'i oranında silis dumanı ilave edilmiştir. Sonuç olarak bu iki beton sınıfının su/bağlayıcı oranı normal dayanım için 0,72, yüksek dayanım için 0,33 olarak elde edilmiştir. Numuneler için değişik ölçülerde playwood kalıplar hazırlanmıştır. Kalıplara dökülen beton yedi gün boyunca üzeri sulanarak sürekli nemli kalması sağlanan çuvallarda saklanmıştır. Sonraki aşamada beton kalıpların muhafaza edildiği çuvallar güneş görmeyen bir bölümde otuz gün boyunca bekletilmiştir. Hazır duruma gelen beton kalıplar sulu kesim mermer kesme makineleri ile farklı boyutlarda kesilmiştir. Kesim işlemi sırasında oluşan tahribatların beton basınç dayanımı üzerindeki etkisini inceleyebilmek için ise 50 mm boyutlu numuneler hem mermer kesme makinesiyle kesilerek hem de tahribatı minimum düzeye indiren su jeti ile kesilerek hazırlanmış ve bu farklı numunelerin karşılaştırmalı analizi gerçekleştirilmiştir. Beton, homojen yapıya sahip olmayan kompozit bir malzeme olması sebebiyle içerisinde birçok kusur bulundurabilir. Doğal taşlar da beton malzemesi gibi heterojen yapıdadır. Doğal taşların heterojenliği, kaya içerisindeki farklı mineral bileşenlerinin artması, azalması ve minerallerin boyutlarının değişmesi ile açıklanabilir. Fakat doğal taşların heterojen yapısı betonun yapısı ile kıyaslanamayacak kadar düzenlidir. Bunun en önemli nedeni doğal taşların oluşumunda cidar etkisine maruz kalmamasıdır. Aynı kaya üzerinden alınan farklı numunelerde birbirine yakın sonuçlar elde etmek oldukça olasıdır. Fakat aynı kaya türü için farklı kayalardan alınan numunelerde, doğal taşların heterojen yapısından dolayı benzer sonuçları elde etmek bir o kadar zor olmaktadır. Bu nedenle bu tez kapsamında ayrıca, daha önce yapılmış bir çalışma olan doğal taşların basınç dayanımında boyut etkisi de irdelenmiştir. Bu tez çalışması, hazırlanan numunelerdeki kusurların yapılan deneyler esnasında basınç dayanımına etkisi hakkında birçok veri sunmaktadır. Aynı zamanda, beton numunelerin hazırlanması sırasında uygulanan kesme işleminin doğurduğu hasarın basınç dayanımına etkisi de ele alınmıştır ki bu konu ile betondan alınan karot numunelerin değerlendirilmesinde karşılaşılmaktadır.