Çelik lif uç geometrisinin beton özelliklerine etkisi

Beton, maliyet ve dayanım gibi önemli iki özellik ele alındığında yapı malzemeleri arasında günümüzde hala en çok kullanılan malzemedir. Bununla beraber, şekil verilebilme, yüksek sıcaklığa ve suya karşı direnç ve düşük bakım maliyeti betonun diğer avantajları arasında yer almaktadır. Ancak gevrek davranış göstermesi, sünme ve rötre kaynaklı çatlama problemleri ve durabilite problemleri de betonun olumsuz özellikleridir. Günümüzde bu istenmeyen özellikleri iyileştirmek adına kimyasal ve mineral katkılar üzerinde ve beton karışımına lif eklenmesi ile ilgili birçok çalışma yapılmaktadır. Betona doğrudan eklenen çelik lifler, gevrek olan betonun davranışını iyileştirerek bir miktar daha enerji yutulmasına, daha az çatlak oluşmasına, duraylılığın ve çekme mukavemetinin artmasına katkıda bulunmaktadır. Genellikle ülkemizde beton karışım hesabı, betonun basınç dayanımı odaklı yapılırken, durabilite konusu ne yazık ki pek fazla önemsenmemektedir. Bu sebeple, yapının servis ömrü daha kısa olmakta, öte yandan gevrek şekilde göçme meydana geleceğinden dolayı can ve mal kaybı da söz konusu olabilmektedir. Ancak gün geçtikçe çevresel etkilerin yapıya etkisi ve yapının mekanik performansı konularında farkındalık oluşmaya başlamıştır. Çelik lif katkılı betonlar genellikle, tünel ve maden gibi yapıların kabuk kısımlarında, döşeme ve özellikle fabrika, hava alanları gibi geniş zeminlerde, şev stabilizasyonunda, tamir harçlarında, baraj inşaatında, liman yapılarında, kompozit metal panellerde ve yapının sismik güçlendirilmesinde kullanılır. Çelik liflerin kullanımındaki esas nokta, basınç dayanımına yaptığı katkıdan çok eğilme ve çekme dayanımlarındaki katkıdır. Bu çalışmanın amacı, değişen çelik lif oranlarında üretilen betondaki değişimleri yapılan deneyler ile belirlemek, ucu tek kancalı çelik lif (3D) ile tek kancalı life göre daha kısa zamandır kullanılan ucu çift kancalı çelik liflerin (4D) işlenebilirlik, enerji yutma miktarındaki değişim ve çatlak kontrolü gibi konularda karşılaştırmasını yapmaktır. Bu kapsamda yapılan çalışmanın algoritması, sırası ile; lifli betonlar hakkında genel bilgiler, literatür taraması, çelik lif katkılı betonların performansa dayalı tasarımı, deneysel çalışma ve sonuçlar şeklindedir. Deneyler esnasında çekme dayanımı 1000 N/mm² ve 1500 N/mm² olan normal dayanımlı, uçları tek kancalı ve çift kancalı olmak üzere iki tip çelik lif kullanılmıştır. Her iki çelik lifin narinliği 67'dir. Çelik lifler birbirlerine özel bir tutkal ile bağlıdır. Lifler beton harcına eklendiklerinde karma suyu ile temas etmekte, lifler arasındaki yapışkan çözünmekte ve lifler kolaylıkla birbirinden ayrılmaktadır. Deneyler 4 grup halinde yapılmış olup ilk iki grup çift kancalı çelik lif ile, son iki grup ise ucu tek kancalı çelik lif ile yapılmıştır. Her gruptaki karışımlar aşağıdaki gibi verilebilir: Karışım oranları her iki lif türü için de sabit tutuluyorken, geleneksel beton ve kendiliğinden yerleşen betonlarda yeniden hesaplanmıştır. Buna göre, geleneksel beton örneklerinde oran doğal kum %17±1, kırma kum%33±1, kırmataş I %20±2 ve kırmataş2 %30±2 olarak belirlenmiş iken kendiliğinden yerleşen betonda doğal kum %20±1, kırma kum%23±1, kırmataş I %57±2 olarak saptanmıştır. Çelik lifler ile yapılan bu çalışmada çelik lif takviyeli betonlarda performansları belirlemek amacı ile basınç deneyi, yarmada çekme, kiriş eğilme, yatay çekme deney sonuçları ve lif dağılımının incelenmesi amacı ile de x-ray görüntüleri değerlendirildi. Kiriş eğilme deneyi "3 noktalı eğilme deneyi olarak" yürütüldü. Taze hal özelliklerinin belirlenmesi için de çökme-yayılma deneyi yapıldı ve hava miktarı hesaplandı. Çelik lif donatılı betonlarda taze hal özelliği olarak çökme değeri geleneksel beton için 115 mm-220 mm arasında değişirken aynı lif türünde ve kendiliğinden yerleşen betonda nihai yayılma çapı 66 cm-79 cm arasında değişmektedir. Yayılma testi ve çökme testi sonuçları gösteriyor ki işlenebilme üzerindeki asıl önemli değişken çelik lif miktarıdır. Çelik lif geometrisinin betonun özelliklerine olan etkisinin incelendiği bu çalışmada kullanılan iki çelik lif türünün (3D ve 4D) işlenebilirlik üzerinde ikincil bir etkisi olduğu söylenebilir. Beton taze halde iken belirlenen bir diğer özelliği olan hava miktarları da geleneksel betonda %0,92'den %3,94'e kadar değişiyorken kendiliğinden yerleşen betonda ise bu miktarlar %0,23'den %3,33'e kadar değişebilmektedir. Deneyler sonucunda lif içeriğinin ve lif türünün betonun basınç dayanımında ve elastisite modülü üzerinde herhangi bir etkisi olmadığı belirlenmiştir. Ancak çelik lif takviyeli betonların basınç etkisi altında iken göçme esnasında dağılmadıkları, liflerin betonun basınç dayanımına yaptığı bir katkı olarak söylenebilir. Çelik lif donatılı betonların yarma çekme dayanımının ve eğilme davranışlarının çelik lif oranına, çelik lif türüne ve matris dayanımına göre değiştiği görüldü. Ancak en fazla betonun eğilme davranışında artış olduğu anlaşıldı. Bunun sebebinin, deneyler esnasında yüklemeden dolayı oluşabilecek çatlakların kontrolünün, eğilme testinde daha etkin sağlanması olduğu düşünülmektedir. Çelik lif miktarı ile beraber bu performanslarda daha belirgin artış görülmektedir. Matris dayanımının ilk çatlak oluşma yükü ve enerji yutma miktarı üzerinde önemli bir parametre olduğu belirlendi. Artan lif hacimleri ile beraber kullanılabilirlik ve taşıma gücü sınır durumlarına göre hesaplanan eşdeğer eğilme dayanımlarında paralel olarak bir artış olduğu görüldü. Benzer şekilde eğilme etkisi altındaki çelik lif takviyeli betonlarda yük-sehim eğrisinde ilk çatlak sonrası artan lif miktarı ile birlikte şekil değiştirme yumuşamasından şekil değiştirme sertleşmesine doğru bir eğilimin meydana geldiği görüldü. Bu sayede KSD'ye ve TSD'ye bağlı performans sınıfları belirlendi. Her iki lif çeşidi için de lif dağılımlarının beton numunenin her bölgesinde eşit şekilde dağılmadığı gözlendi. Bunun nedeninin el ile kalıba yerleştirme ve numune boyutlarının birbiri ile göreceli olarak küçük olmasından kaynaklandığı düşünüldü. Başka bir ifade ile lif türünün, lif dağılımına ve yönlenmesine bir etkisi olmadığı sonucuna varıldı. Örnekler ilk önce imaj analiz programı ile sonrasında da X-ray ışınları altında incelendi. Yapılan yatay çekme deneyi sonucunda ise en büyük sıyrılma dayanımı lifin çimento döküm fazına dik ve matris dayanımının en fazla olduğu ve de 4D tipi lifinin kullanıldığı durumda sağlanmıştır.