Yerindeki Beton Dayanımının Zamana Bağlı Değişiminin İncelenmesi

Alperen Okur, Cankat Kuşkonmaz, Serpil İşbilen, Hilmi Aytaç / Bursa Beton A.Ş.
Özet
Yeni beton yapıdaki beton kalitesinin belirlenmesi veya yeniden tasarımlanacak hasar görmüş eski yapının değerlendirilmesi gibi gerekçelerle yerindeki beton dayanımının tespit edilmesine gidilmektedir. Yerindeki dayanıma ilişkin çalışmalarda, genellikle sabit bir yaş dikkate alınmakta ve söz konusu yaşta elde edilen veriler analiz edilerek çalışmalar sonuçlandırılmaktadır. Yerindeki dayanımın zamana bağlı olarak nasıl değiştiği ile ilgili ise yeterince çalışma mevcut değildir. Bu çalışmada C30/37 dayanım sınıfında hazırlanan betonla laboratuvar sahasında 1:1 ölçekli yapı (kat yüksekliği 2.80 m, tabliye alanı 9.00 m2) inşa edilmiş ve bu yapının kolonlarından karot alınarak, 560 gün boyunca (yaklaşık 1.5 yıl) farklı yaşlarda başınç dayanımı deneyine tabi tutulmuştur. Elde edilen dayanımlar aynı yaşlarda elde edilen standart beton numunelerinin dayanımlarıyla kıyaslanmıştır. Deney sonuçları standart numuneler ve karot numunelerinin dayanım gelişimlerinin benzer olduğunu göstermiştir.
Anahtar Kelimeler: Basınç dayanımı, yerinde beton dayanımı, karot dayanımı, dayanım gelişimi
1. Giriş
Basınç dayanımı beton niteliğini ortaya koyan en temel unsur olduğu için, bu parametrenin doğru belirlenmesi son derece önemli olup, nitelik denetimi TS EN 206 [1] ve TS 13515 [2] standartlarında belirtilen uygunluk kriterlerine göre yapılmaktadır. Bu süreçte basınç dayanım testi sonucunda elde edilen değerler ile karakteristik dayanım değerleri ilişkilendirilmekte, sonrasında da betonun kabûl veya reddine karar verilmektedir. Diğer taraftan TS EN 12390-2 [3] standardında, nitelik kontrolü için alınan numunelerin kalıp içerisinde 20±5 °C, kalıptan çıkarıldıktan sonra ise deney gününe kadar 20±2 °C sıcaklıktaki su içerisinde muhafaza edilmesi gerektiğinden bahsedilmekte; benzer bir şekilde şantiyedeki yapı elemanlarının gerek normal gerekse anormal hava şartlarında muhafazasına ilişkin hususlar da ilgili standartlarda yer almaktadır.
Bilindiği gibi numuneler alındıktan sonraki ilk günde şantiye ortamında bırakılmaktadır. Bu noktada teslim yerinde hazırlanmış olan beton numunelerinin, uygun nem ve sıcaklık koşullarında bekletilebilmeleri için şantiyede gerekli önlemlerin alınması son derece önemlidir. Aksi takdirde, numune dayanımlarında değişkenlikler ortaya çıkabilmektedir. Ayrıca yapı güvenliği anlayışı 28 günlük numune dayanım değerine indirgenmiş olup, gerek 28. güne kadar gerekse 28. günden sonraki süreçte olası bir dayanım gelişimi merakı da, yine standart şartlarda veya yapı elemanının bulunduğu şartlarda saklanan “numune”ler üzerinden giderilecek; gerekli dayanım ilerlemesinin numune üzerinden yorumlanması tüm taraflarca yeterli görülüp yapıyı temsil ettiği varsayılacaktır. Oysa ki numuneler şantiye şartlarında bekletilmiş olsa da, numunenin ve yerindeki betonun boyut-hacim ilişkisi çerçevesinde sıcaklık, nem ve sıkıştırma koşullarından farklı şekilde etkilenmesi söz konusudur ki, bu da gerek dayanım gelişimi gerekse nihai dayanım noktasında numune ve yapı elemanı arasında bir sapmanın olabileceği ihtimalini akla getirmektedir. Diğer taraftan ülkemizde büyük projelerin haricinde, yapı elemanlarının korunması ile ilgili yeterli bilincin mevcut olmadığı düşünüldüğünde sapmanın mertebesinin daha da yüksek olması söz konusu olabilir. Dolayısıyla yerindeki beton ile döküm öncesinde alınan numunelerin arasındaki zamana bağlı dayanım gelişiminin bilinmesi, imal edilen yapıların ne denli güvenli olduğu konusunda önemli bilgiler verecektir.
Literatüre bakıldığında yerindeki dayanım değerlendirmesine yönelik pek çok çalışmaya rastlanmakla birlikte uzun vadede dayanım değişimi ile ilgili sadece birkaç çalışma göze çarpmaktadır. Yapılan bir çalışmada farklı dayanım mertebelerindeki (25~55 MPa) betonların, 270 gün boyunca farklı zamanlarda karot dayanımı ve standart numune dayanımlarına bakılmış olup, orta dayanım seviyesindeki betonlarda 270 güne kadar karot dayanımları 28 günlük küp dayanımlarının üstünde elde edilmiştir. Bununla birlikte yüksek dayanım seviyelerinde 28 günlük küp mukavemetlerinden daha düşük karot sonuçları elde edilmiştir [4].
Bu çalışmada C30/37 beton sınıfı kullanılarak laboratuvar sahasında 1:1 ölçekli (kat yüksekliği 2.80 m, tabliye alanı 9.00 m2) yapı inşa edilmiştir. İmalat esnasında standart numuneler alınmış, bu numunelerin bir kısmı laboratuvar ortamında, bir kısmı ise inşa edilen yapının bulunduğu ortamda muhafaza edilmiştir. Yapının kolonlarından alınan karotlar, yapıyla aynı şartlarda bekletilmiş numuneler ve laboratuvar şartlarında bekletilmiş numuneler 560 gün (yaklaşık 1.5 yıl) boyunca farklı yaşlarda basınç dayanım deneyine tabi tutulmuş ve sonuçlar arasındaki ilişki ortaya konulmuştur.
2. Deneysel Çalışma
2.1 Malzemeler
2.1.1 Çimento ve Uçucu Kül
TS EN 197-1 standardına uygun CEM I 42.5 R tipi çimento ve TS EN 450-1’e uygun uçucu küle ait kimyasal ve fiziksel özellikler sırasıyla Tablo 1 ve Tablo 2’de verilmiştir.
Tablo 1. Çimentonun kimyasal ve fiziksel özellikleri

Tablo 2. Uçucu külün kimyasal ve fiziksel özellikleri

2.1.2 Kimyasal Katkı
Beton karışımında TS EN 934-2 standardına uygun modifiye polikarboksilat esaslı süperakışkanlaştırıcı kullanılmıştır. Katı madde oranı %24.27, yoğunluğu 1.074 ve pH değeri ise 5.70’ dir.
2.1.3 Agrega
Çalışmada tek kaynaktan sağlanan kırma kireç taşı kullanılmıştır. Tablo 3’de agregalara ait özellikler verilmiştir.
Tablo 3. Agrega özellikleri

2.2 Çalışma Yöntemi
Çalışmada C30/37 beton sınıfı tercih edilmiştir. Üretilen betonun karışım oranları Tablo 4’de verilmiştir.
Tablo 4. Karışım oranları (kg/m3)

Laboratuvar sahasında 1:1 ölçekli (kat yüksekliği 2.80 m, tabliye alanı 9.00 m2) yapı inşa edilmiştir. Üretilen betondan, farklı günlerde kırılmak üzere 100 mm ayrıtlı toplam 30 adet küp numune alınmıştır. Bunlardan 15 adedi standart kür koşullarında (laboratuvar), 15 adedi ise inşa edilen yapının bulunduğu yerde (saha) bırakılmıştır. Ayrıca inşa edilen yapının kolonlarından narinlik oranı “2.00” olacak şekilde, ilgili deney zamanları için toplam 30 adet (her bir deney zamanı için 6 adet) karot numunesi alınmıştır. Karot numunelerinin uç kısımlarının düzeltilmesi işleminde aşındırma yöntemi kullanılmıştır. Küp numunelerin dayanım dönüşümü için 0.95 katsayısı kullanılmıştır. Tüm numuneler 28 gün, 120 gün, 240 gün, 365. gün ve 560. günde basınç deneyine tabi tutulmuş olup, her bir seri için numune ortalamaları deney sonucu olarak kaydedilmiştir. Deney programı Tablo 5’de özetlenmiştir.
Tablo 5. Basınç dayanımı deneylerine ait bilgiler

İnşa edilen yapı telis bezi ile sarılıp 28 gün boyunca sürekli nemli kalması sağlanmış, aynı süre zarfında saha şartlarında bırakılan numuneler de ıslatılmıştır. Bu uygulama 28. günde sona erdirilmiş ve gerek yapı gerekse numuneler bu süreden sonra atmosfer koşullarına bırakılmıştır. Laboratuvar şartları için alınan numuneler ise ilk günden itibaren ilgili deney zamanına kadar 20±2 °C’de kür havuzunda bekletilmiştir.
Şekil 1’de, inşa edilen yapının 560 gün boyunca maruz kaldığı hava sıcaklıkları görülmektedir. Sıcaklık değerlerinin tespiti ısıl çiftler yardımıyla belirlenmiş, deney süresince her gün 1 kez ölçüm yapılmıştır. 560 gün boyunca yapı en düşük -2 °C, en yüksek 37 °C sıcaklığa maruz kalmış, ortalama sıcaklık değeri ise 18 °C olarak gerçekleşmiştir.

Resim 1. İnşa edilen yapı ve karot bölgesi

3. Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi
Şekil 2’de laboratuvar ve saha ortamında bulunan standart numunelerin dayanım gelişimi verilmiştir. İlk 28 gün boyunca dış ortam koşullarında min 9 oC, max 31 oC, ortalamada ise 19 oC sıcaklık gerçekleşmiş olup, ortam neminin sabit olmamasının da etkisiyle 28 günlük dayanımlarda, saha numuneleri ve laboratuvar numuneleri arasında yaklaşık 4 MPa’lık bir fark oluşmuştur. Sahada bekleyen numuneler için dayanım sınıfı C25/30 seviyesinde gerçekleşmiştir.
Laboratuvar numuneleri 120. güne kadar oldukça hızlı bir dayanım artışı sergilemiş ancak daha sonra dayanım kazanma seyri yok denecek kadar azalmıştır. Bu durumda, 560 günden sonraki süreç bilinmemekle birlikte, 120 gün sonunda nihai bir dayanıma ulaşıldığından söz edilebilir. Saha numuneleri ise hemen hemen doğrusal bir dayanım artışı göstermiştir. Bütün bunlarla birlikte her iki ortam koşulundaki dayanım gelişimlerinin benzer olduğunu söylemek mümkündür. Her bir deney zamanı için laboratuvar koşullarında bekleyen numunelerin saha numunelerine göre yaklaşık olarak 1 üst sınıf dayanım verdiği söylenebilir. Diğer taraftan her iki koşuldaki numuneler de kendi içinde 560 gün sonra yaklaşık olarak 2 üst sınıf dayanım değerine ulaşmıştır. Burada uçucu kül kullanımı ve miktarının yüksek olması oldukça etkilidir.
Şekil 2. Laboratuvar ve saha ortamında bulunan numunelerin dayanım gelişimi

Tablo 6’da karot dayanımları verilmiştir. Aynı deney zamanı için, dayanım değerleri diğerlerine göre sapma gösteren numunelere ait sonuçlar ortalama hesabında dikkate alınmamıştır. Bu sapmalara aşındırma esnasındaki kusurların neden olduğu düşünülmektedir.
Tablo 6. Karot dayanımları

* Ortalama hesabında dikkate alınmamıştır.
Şekil 3’de saha numuneleri ile karot numunelerinin dayanım gelişimi verilmiştir. Dayanım değerleri çok benzer görünmekle birlikte burada dikkat edilmesi gereken husus, narinlik değerinin “2.00” olmasından dolayı karot dayanımlarının, saha numunelerine göre yaklaşık 2 üst sınıf dayanıma karşılık geliyor olmasıdır. Diğer taraftan her iki seri numunenin de dayanım gelişimleri hemen hemen aynıdır. Ayrıca karot serisi de kendi içinde 560 gün sonra yaklaşık olarak 2 üst sınıf dayanım değerine ulaşmıştır. Yine burada uçucu kül kullanımı ve miktarının yüksek olması oldukça etkilidir.
Şekil 3. Saha numuneleri ile karot numunelerinin dayanım gelişimi

Şekil 4’de laboratuvar numuneleri ile karot numunelerinin dayanım gelişimi verilmiştir. Karot dayanımları daha düşük gibi görünmekle birlikte narinlik değeri etkisinden dolayı her iki serideki dayanım sınıflarının yaklaşık olarak benzer olduğu söylenebilir. Diğer bir ifadeyle, yerindeki yapı elemanı 560 gün boyunca kür görmemiş olsa bile, boyut faktörünün olumlu etkisiyle birlikte, bu süre boyunca sürekli kür görmüş numunelerin dayanımına benzer bir dayanıma ulaşmıştır.
Şekil 4. Laboratuvar numuneleri ile karot numunelerinin dayanım gelişimi

Şekil 5’de dayanım gelişim oranları bağıl olarak görülmektedir. Laboratuvar numunelerinde 120. günde 28. güne göre %25’lik bir artış meydana gelirken, aynı oran diğer serilerde daha düşük gerçekleşmiştir. Bu durum puzolanik etkinin 28 gün-120 gün arasındaki süreçte (90 günde %25 artış) kür hassasiyetinden etkilendiğini göstermektedir. Bu süre boyunca standart kür yapılması, dayanım gelişim hızının artmasına yol açmıştır. 120 gün-560 gün arasındaki süreçte standart küre devam etmenin dayanımın artışı noktasında kayda değer bir etkisi olmadığı söylenebilir (440 günde %4 artış).
120. günden 365. güne kadar geçen sürede saha numunelerinin dayanımında kür handikapının etkisi ortadan kalkmış, 365. gün ve sonrasındaki süreçte laboratuvar numunelerinin dayanım gelişim oranlarıyla eşitlenmiştir. Her 2 seri de çalışma sonunda (yaklaşık 1.5 yıl) 28. güne göre %30 mertebesinde dayanım artışı göstermiştir.
Karot numunelerinde 560 günde reel olarak %23 ya da genel bir mertebe yaklaşımıyla %25 civarında bir dayanım artış oranından söz etmek mümkündür.
Şekil 5. Bağıl dayanım gelişimleri

3.Sonuçlar Ve Öneriler
Bu çalışmada temel hedef, uzun zaman boyunca sıcaklık ve nem anlamında tamamen rastgele ortamda bekleyen yapıdaki betonun dayanım gelişiminin, standart numunelerden farklı olup olmadığı sorusuna cevap aramak ve bu cevaba göre eğer gerekiyorsa, yapı güvenliği noktasında sergilenmesi gereken yeni yaklaşımlar için veri oluşturmaktır. Çalışma sonucunda aşağıdaki sonuçlar elde edilmiş ve gerekli tavsiyeler belirtilmiştir:
Yapıdaki betonun dayanım gelişim seyri, standart numunelerle son derece benzer olduğu gibi, nihai dayanım gelişim oranı da aynı şekilde çok benzer gerçekleşmiştir. Dolayısıyla yapıdaki betonun dayanım gelişimi için mevcut yöntemlerin (gerek laboratuvar gerekse saha şartlarında bekletmek üzere numune alınması) dışına çıkılmasını gerektirecek bir durum yoktur.
28 günden sonraki süreçte numunelerin standart sıcaklık ve nem koşullarında bekletilmesinin (laboratuvar), yerinde bekletilen (saha) numunelere göre dayanım gelişim seyri anlamında fazla bir fark yaratmadığı görülmüştür. Burada asıl dikkat edilmesi gereken husus, dayanım gelişimleri benzer olsa da standart şartlardaki numunelerin sahada bekletilen numunelere göre yaklaşık 1 üst dayanım sınıfı vermiş olmasıdır. Yapıda %100 bağıl nemin ve 20 oC sıcaklığın sağlanabilmesi imkânsız olsa da, daha yüksek dayanım değerlerine ulaşmak için en azından 3~4 ay boyunca yapı elemanının nemli tutulmasına yönelik yöntemler geliştirilmesi faydalı olacaktır. Ancak bu sürenin kullanılan mineral katkı cinsi ve miktarına göre değişkenlik yaratacağı gözden kaçırılmamalıdır.
Karot sonuçlarına göre, yapı elemanının 560 gün boyunca kürlenmemiş olmasının handikapı, numune boyut faktörünün de olumlu etkisiyle ortadan kalkmış gibi görünmektedir. Benzer çalışmalar yapılması durumunda daha sağlıklı sonuçlar için karot ve standart numunelerin narinlik değerlerinin eşit olmasına dikkat edilmesi faydalı olacaktır.
Yaklaşık 1.5 yıl boyunca (560 gün) gerek laboratuvar, gerek saha, gerekse karot numuneleri farklı koşullarda olsalar da dayanım gelişimleri çok benzerdir ve her bir numune serisi, farklı koşullara rağmen 28. günden 560. güne kadar genel bir yaklaşımla %25-30 mertebesinde dayanım artışı göstermiştir. Bu sonuç dökülen betonun yaklaşık olarak 2 üst sınıf dayanıma ulaşması anlamına gelmektedir. Mineral katkı kullanımı ve miktarı, yapıdaki betonun böyle bir dayanıma ulaşmasına katkıda bulunan son derece önemli bir faktördür. Dolayısıyla yapı güvenliği noktasında olabildiğince bol miktarda mineral katkı kullanılmasına her zaman özen gösterilmelidir.
Bu çalışmadaki sonuçlar yorumlanırken uçucu kül kullanıldığı, uçucu kül/çimento oranının “0.40” olduğu ve hava sıcaklıklarının da çalışma yönteminde belirtildiği şekilde gerçekleştiği gözden kaçırılmamalıdır. Bu parametrelerin değişmesi durumunda yukarıdaki yargıların bir veya birkaçının değişebileceği unutulmamalıdır.
Kaynaklar