Sentetik C-S-H bileşiklerinin kendiliğinden yerleşen betonların taze ve sertleşmiş özelliklerine etkisi

Dünyada inşaat sektörünün gelişmesiyle; daha yüksek ve özellikli yapıların dizayn edilmesi, prefabrik elemanların inşaat sektörünün içinde daha fazla yer alması, özel mimari detayların projelerde öne çıkması ve imalat hızının giderek önem kazanması gibi faktörler , özel betonlar üretmeyi de zorunlu hale getirmiştir 1987 yıllarının başlarında ilk kez Tokyo Üniversitesinde üretilen kendiliğinden yerleşen beton(KYB) kendi ağırlığı altında hiçbir dış etki uygulanmadan (vibrasyon, sarsma vb.) istenilen yere kolayca yerleşebilen ve homojen bir şekilde yayılan özel bir betondur. KYB akıcı kıvamı ve ayrışmaya karşı yüksek direnciyle sık donatılı ve dar kesitli yapı elemanlarında kolayca yerleşme özelliği sayesinde, şantiyelerde işlenebilirlikten doğan işçilik kusurlarını da en aza indirmektedir KYB'nin akıcı kıvamlı bir beton olmasından dolayı bu tür betonların taze hal ve reolojik özeliklerinin iyi bilinmesi gerekmektedir. Taze hal özeliklerinde meydana gelebilecek bir olumsuzluk KYB'nin mekanik ve durabilite özeliklerini de olumsuz etkilemektedir. Bu nedenle, KYB'nin kendiliğinden yerleşebilirlik mekanizmasının bilinmesi iyi bir tasarım yapmak için oldukça önemlidir. Kendiliğinden yerleşebilirlik için hem betonun harç fazının yüksek akıcılıkta olması hem de harç fazının iri agrega ile ayrışmadan donatılar arasından akması ve kalıplara yerleşmesi gerekmektedir. Bu mekanizmanın gerçekleşmesi için üç temel kriter belirlenmiştir. Bunlar; maximum agrega çapının sınırlanması, su/toz oranının düşük olması ve akışkanlaştırıcı katkı maddesi kullanılmasıdır. Süperakışkanlaştırıcı kimyasal katkılar KYB için temel bileşenlerden bir tanesi konumundadır.KYB lerin içeriğinde olması gereken yüksek dozdaki ince malzemenin önemli bir kısmı , puzolanik özelliği keşfedildiğinden, sanayi atığı olan YFC ile ikame edilerek, hem maliyetin düşürülmesi hem de doğaya verilecek zararların azaltılması sağlanmaktadır. Günümüzde zaman en önemli parametredir. İnşaat imalatları ve beton dökümleri sonucunda bir sonraki aşamaya geçebilmek için, betonun yeterli dayanıma ulaşmasını beklemek gerekmektedir..Bu bekleme süresinin azaltılabilmesi, bağlayıcı malzemenin hidratasyonunu hızlandırılmasıyla mümkündür.Çimento ve özellikle puzolanik özellikli bağlayıcıların sıcaklıkla hidratasyon süreleri çok ilintilidir. Sıcak havalarda (20-30)°C lerde dökülen betonların hidratasyon hızı 5-10°Clerde dökülenlere göre çok daha fazladır.Bu yüzden soğuk havalarda dökülen betonlara, bazı ilave önlemler almak gerekmektedir.(sıcak buhar kürü yapmak kalıba sıcaklık uygulamak, priz hızlandırıcı katkılar kullanmak gibi) . Tabi bu yöntemlerin bir kısmı zahmetli bir kısmı da betonun bazı özelliklerine zarar verici nitelikte olabilmektedir. Son yıllarda yapılan çalışmalarda çimento hidratasyonunu hızlandırmak için bir hidratasyon ürünü olan C-S-H bileşiklerinin, sentetik olarak elde edilmiş C-S-H nanopartiküllerden de faydalanılmaktadır. Bu yöntemle, normal şartlarda kristal gelişimi için gerekli ama zaman kaybına sebep olan çekirdeklenme reaksiyonlarına ihtiyaç kalmamakta, çimento hidratasyonunun ölü evresi kısalmaktadır. Nanopartikül ilavesiyle hidratasyon kinetiğinin iyileştirilmesine çalışılan bu yöntemde, hidratasyon ürünlerinin çekirdekleri sadece çimento tanelerinin üzerinde değil aynı zamanda bu nanopartiküllerin üzerinde, çimento taneleri arasında da oluşmaktadır. Sonrasında çimento hidratasyon ürünleri bu çekirdekler sayesinde kristal büyüme mekanizmasıyla oluşur. Nanopartiküllerin ilavesi sayesinde, hidratasyon ürünleri çimento tanelerinin arasında da oluşmaya başladığı için nanopartikül içermeyen bir referans karışıma göre çok daha boşluksuz bir içyapının oluşumu kısa sürede gerçekleşir. Bu şekilde, daha boşluksuz, erken yaşta yüksek basınç mukavemetine sahip çimento esaslı malzemelerin elde edilmesi mümkün olabilir. Bu tez çalışmasında KYB lerde maliyeti düşürmek amacıyla kullanılan YFC nin soğuk havalarda çok yavaş hidrate olmasından kaynaklanan olumsuz özelliğinin sentetik C-S-H kullanımı ile düzeltilmesi amaçlanarak , KYB nin taze ve sertleşmiş özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Bu labaratuvar çalışmasında 8°C ortam sıcaklığında, su miktarı 185 lt olarak sabit olmak üzere 500 kg/m3 çimento içeren referans betonu üretilmiş ,daha sonra çimentonun ağırlıkça yüzde 40' ı eksiltilerek yerine sırasıyla 1: 1 ,1:1,25 ve 1:1,5 oranlarında YFC ikame edilerek 4 farklı KYB hazırlanmış ve bu karışımlara ayrıca ince malzemenin % 2 si oranında sentetik C-S-H ilave edilerek 4 farklı karışım daha hazırlanmış ve bu 8 karışıma KYB taze hal deneyleri uygulandıktan sonra 10x10x10 cm lik küp numuneler alınmıştır. Tüm karışımların 70± cm yayılmaya standartlarda öngörülen süreler içinde ulaştığı ,YFC katkısının yayılma çapını arttırdığı görülmüştür. Kalıplar yaklaşık 9 saat sonra söküldükten sonra numunelerin yarısı 8 derecedeki su havuzuna diğer yarısı da 20 derecedeki su havuzuna koyulmuştur. İki farklı sıcaklıkta kürlenen numunelere 9saatlik,1 günlük,3 günlük,7 günlük,28 günlük ve 90 günlük basınç testleri uygulanmıştır.8°Cdeki suyla dolu olan havuzun su sıcaklığı düzenli olarak ölçülmüş gerektiğinde buz kalıbı ilavesiyle sabit sıcaklıkta olması sağlanmıştır. Ayrıca üretilen 8 farklı karışımın taze haldeyken, reometre cihazında dönme hızına karşı ölçülen moment değerlerinden hareketle 15 er dakika aralıklarla viskozite katsayıları tespit edilmiş ve toplam 1 saat sonucunda viskozite katsayılarındaki değişimler tespit edilerek kıvam kaybı tespit edilmeye çalışılmıştır. Bütün yapılan deneyler sonucunda 8°C de kürlenen numunelerde özellikle 1,3,7 günlük basınç mukavemetleri incelendiği zaman sentetik C-S-H katkılı olan numünelerin tamamında katkısız olanlara göre daha yüksek basınç dayanımları elde edilmiştir.Ancak 20°Cde kürlenen numuneler kıyaslandığı zaman 3.günden sonra sentetik C-S-H katkılı ve katkısız numunelerin yaklaşık kendi gruplarında aynı değerleri yakaladığı gözlenmiştirAyrıca sentetik C-S-H katılmasının ilerki yaşlarda beton performansına olumsuz etkisi de olmamıştır.Bir önemli tespitte, özellikle YFC katkılı KYB lerde kendi grupları içinde (28 gün dahil) 8°C de kürlenen numunelerin dayanımları ,aynı numunelerin 20°C de kürlenenlerinden daha düşük dayanımda kalmış olmalarıdır.Bu da YFC nin puzolanik etkisinin yüksek sıcaklıkta daha iyi olduğunu göstermektedir.Sentetik C-S-H katılan beton numunelerinde özellikle 8°C de kürlenen numunelerde YFC nin soğuk hava koşullarındeki olumsuz özelliğinin büyük ölçüde giderildiği anlaşılmış olup en azından daha erken zamanlarda kalıp sökümünün mümkün olabileceği kanaatine varılmıştır. Reometre cihazıyla yapılan deneylerde her bir karışıma 15' er dakika arayla bir saat boyunca uygulanan deneyde kendi gruplarında viskozite katsayılarında kayda değer bir değişim tespit edilmemiştir.Ancak sabit su miktarına karşılık YFC miktarının artması kayma eşiklerinde ve viskozite katsayılarında artışa sebep olmuştur. Yapılan kılcallık deneyleri sonucunda YFC ikame oranlarının artmasıyla kılcallık katsayısının düştüğü, YFC ve sentetik C-S-H ın aynı anda kullanılmasının ise kılcallık katsayısını dahada düşürdüğü gözlenmiştir. Sonuç olarak mineral katkı olarak YFC kullanılarak üretilen KYB lerin soğuk iklim şartlarında üretilmesi gerektiği hallerde sentetik C-S-H bileşiklerinini betona katılmasının düşük sıcaklık etkilerinin olumsuz özelliklerini azaltarak beton performansına olumlu katkıda bulunduğu söylenebilir.