Transcript SOĞUK HAVADA BETON DÖKÜMÜ Prof. Dr. İlker Bekir TOPÇU Eskişehir Osmangazi Üniversitesi İnşaat Mühendisleri Odası Eskişehir Şubesi 3 Şubat 2011 Beton  Yapı malzemesi olarak beton günümüzde.

SOĞUK HAVADA
BETON DÖKÜMÜ
Prof. Dr. İlker Bekir TOPÇU
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi
İnşaat Mühendisleri Odası Eskişehir Şubesi
3 Şubat 2011
Beton
 Yapı malzemesi olarak beton günümüzde bir çok
yapının inşaatında kullanılan ana malzemelerden
en önde gelenidir.
 Kaliteli ve uzun ömürlü bir beton üretimi için
standartlarda belirtilen üretim ve
koşullarına uyulması gerekmektedir.
koruma
 Özellikle
olumsuz
çevre
etkileri
altında
üretilecek beton yapı elemanları daha hassas
korunmalı ve bakılmalıdır.
 Soğuk havada beton dökümü de bunlardan
biridir. Bunun dışında hava sıcaklığındaki ani
değişim de önlem alınmasını gerektirebilir.
2
Soğuk Hava-Beton
Soğuk iklim koşulları altında
betonun priz alması yavaşlar.
Çok soğuk havada betonda
çimento hidratasyonu durur.
Bu nedenle beton sertleşmez
ve dayanım kazanmaz.
Böyle
durumlarda
beton
karışımlarında
ve
kür
koşullarında
değişiklikler
yapılması gerekmektedir.
3
TS 1248
Olumsuz hava koşullarında beton yapımı ile
ilgili TS 1248’nolu Türk Standardı, günlük
ortalama sıcaklığın ard arda üç gün süreyle +5
˚C‘nin altında olduğu hava durumunu beton
dökümü için "soğuk hava" olarak tanımlar.
Amerikan Beton Enstitüsü’ne göre ACI 306R88’nolu standartta, üç gün sürekli olarak
günlük ortalama sıcaklık +5 ˚C'nin altında veya
24 saatlik bir periyotta hava sıcaklığı 12
saatten fazla +10 ˚C’nin altında kalmışsa,
beton için "soğuk hava“ ortamı oluşur.
4
Klimatik Koşullar
Günlük ortalama sıcaklık, gece
yarısından diğer gece yarısına
kadar en düşük ve en yüksek
sıcaklıkların
ortalamasıdır.
Sıcaklığının +5 ˚C'nin altında
olması beton basınç dayanımını
önemli ölçüde azaltır.
Gece ve gündüz arasında oluşan
yüksek sıcaklık farklılıkları da
etkili olup, bu durum kıştan
ilkbahara veya sonbahardan
kışa
geçiş
dönemlerinde
rastlanmaktadır.
5
Planlama
Soğuk havalarda beton dökümünde en önemli
faktör inşaat mühendisi, yapı denetim elemanı,
yüklenici ve hazır beton üreticisinin birlikte
hazırlayacakları uygulama planının yapılmasıdır.
Bu planlama, proje programı ve proje bütçesini
en az düzeyde aksatacak, yapının istenen
kalite ve dayanıklılıkta olmasını sağlayacaktır.
Betonu dondan koruyacak bu ciddi önlemler
kritik dönemin bakım koşullarında ısı ve nem
durumunu kontrol ederek, hidratasyonunun
kesintisiz devam etmesini ve dayanımın istenen
değere ulaşmasını sağlayacaktır.
6
Soğuk Havada Beton
Soğuk hava koşulları betonun;
ÜRETİMİNİ
HİDRATASYONUNU
KALİTESİNİ
OLUMSUZ ETKİLER…!
7
Taze Beton Özelikleri
Yerine yerleştirilen ve oldukça düşük sıcaklıkta
olan taze betonun sıcaklığı dışarıdaki soğuk
havanın etkisiyle daha da azalmaktadır.
Taze betonun sıcaklığının düşük olması,
betonun dayanım kazanma hızını yavaşlatır.
Soğuk havalarda beton yerleşiminden sonra
donma tehlikesiyle karşı karşıya kalır.
Betonun gözeneklerinde bulunan suyun, sıcaklık
derecesinin sıfırın altına düşmesi sonunda,
donması malzemenin dayanımının azalmasına ve
hatta parçalanmasına yol açabilir.
8
Donma
Su
donduğunda
hacmi
%
9
oranında artar. Oluşan genleşme
betonu olumsuz yönde etkiler.
Betondaki
boşluklar,
betonun
üretilmesi
sırasında
kullanılan
karma
suyu
veya
betonun
geçirimliliği nedeniyle dışarıdan
içeriye giren su ile dolmaktadır.
Bu nedenle betonun donma olayının
etkisi
altında
kalarak
hasar
görmeye elverişli bir yapıya sahip
olduğu belirtilmektedir.
9
Soğuğun Etkileri
Soğuk hava koşullarındaki taze betonun priz
alma süresi, normal sıcaklık koşullarındaki
betonun priz alma süresine göre daha uzun,
dayanım kazanma hızı ise daha yavaştır.
İlk zamanlarda betonun içerisindeki suyun bir
kez dahi donması, beton dayanımını ve
dayanıklılığını büyük ölçüde azaltır.
Yerleştirilen betondaki sıcaklık ile çevre
sıcaklığı arasında büyük fark olması betonda
gerilmeler oluşturur ve çatlaklara yol açar.
10
Beton
plastik
halde
iken sıcaklığı –4 oC’nin
altına düştüğünde donma
tehlikesi ile karşılaşır.
Eğer donma gerçekleşirse
beton dayanımı en az %
50 oranında azalır ve
beton dayanıklılığı olumsuz
şekilde etkilenir.
İlk 7 günde Donma-Çözünmenin
basınç dayanımına etkisi
Betonun en azından 3.5 MPa dayanıma
ulaşıncaya kadar donması engellenmelidir ki bu
dayanım beton sıcaklığı 10 oC iken ve
yerleştirildikten 2 gün sonra elde edilebilir.
11
Soğuğun Etkileri
Beton sıcaklığının olması gerekenden az olması
çimento
ile
su
arasındaki
hidratasyon
reaksiyonlarını etkiler ve bunun sonucunda priz
alma ve dayanım kazanma hızları sıcaklık
oranında düşer.
Örneğin beton sıcaklığındaki 10 oC’lik bir düşüş
priz alma süresini 2 kat arttırır. Bu artış da
kalıpların zamanında sökülememesine ve iş
süresinin artmasına neden olabilir.
Kısaca soğuk havada beton dayanımı ve
dayanıklılığı
etkilendiği
gibi
ekonomik
olumsuzluklarda oluşabilmektedir.
12
Soğuk Hava-Dayanım
Betonun dayanım kazanmasına neden olan
çimento hidratasyonu ortam sıcaklığı ve
zamana bağlı bir olaydır. Her kimyasal olay
gibi hidratasyonda sıcaklıkla hızlanmakta,
zamanla da gelişmektedir. Bu iki etken
“olgunluk derecesi” ifadesi olarak;
M   (  10)t
formülüyle gösterilir. Burada M olgunluk
derecesini (°C.sa. veya °C.gün), θ sıcaklık
derecesini (C), t süreyi (saat veya gün)
göstermektedir.
13
Donma-Hidratasyon
Formül betonun hidratasyonunun -10 C’ye
kadar sürdüğü ve bağıl nemin değişmez kaldığı
varsayımına dayanmaktadır.
Bu teorik ifadeden betonun hidratasyon
hızının -10 °C’de durduğu kabul edilmektedir.
İlk zamanlarda yer alabilecek donma olayı
karşısında
betonun
yeterli
dayanıklılığı
gösterebilmesi için betonun içerisindeki su
miktarının "kritik doygunluk seviyesi" olarak
adlandırılan bir seviyeye inecek kadar azalmış
olması gerekmektedir.
14
Donma-Hidratasyon
Betonların,
ilk
günlerdeki
dayanımlarının
istenilen dayanım değerinden çok daha az
olması,
kalıpların
sökülebilme
süresini
uzatmakta, beton özeliklerini ve betonun
ekonomikliğini de olumsuz etkilemektedir.
Bir kez donma olayı karşısında betonun hasar
görmemesi için beton dayanımının en az 3.5
MPa seviyesine ulaşmış olması gerekmektedir.
TS 1248’de bu sınır dayanım 4 MPa olarak
verilmiştir.
15
a. Priz Öncesi Don Etkisi
Donma beton priz almadan oluştuğu takdirde,
betonun içerisindeki suyun buza dönüşmesi
betonun hacminde bir artış yaratır.
Ayrıca, betonun içerisindeki suyun buza
dönüşmesiyle,
çimento
ile
kimyasal
reaksiyonların gerçekleşebilmesi için yeterli
miktarda su bulunmamaktadır.
Donan su daha sonra çözülürse hidratasyon
yeniden başlar ve beton priz alır. Ancak buz
taneciklerinin yerinde boşluklar kalacağından
beton geçirimli ve dayanımı düşük olur.
16
b. Priz Sonrası Don Etkisi
Priz alarak sertleşmiş fakat henüz yeterince
dayanım
kazanmamış
betonda,
kapiler
boşluklardaki
suyun
donarak
genleşmesi
nedeniyle betonda çatlaklar oluşmakta ve
beton düşük dayanımlı olmaktadır.
Yeterince dayanım kazanan betonda suyun bir
kez donması sonucu çatlak oluşmamaktadır.
Öte yandan, yeterince dayanım kazanmamış
betonun içerisindeki su bir kez dahi donmuş
olsa,
beton
dayanımı
çok
olumsuz
etkilenmekte ve çatlamalar yer almaktadır.
17
Priz Sonrası Don Etkisi
Çimento
ve
su
arasındaki
hidratasyonda aşırı yavaşlama
olmaması için soğuk havada
yerleştirilen betonun sıcaklığı
+5 °C'nin altında olmamalıdır.
Beton üretiminin tamamlandığı
andaki sıcaklığı, yerleştirildiği
ana kadar geçen süre içerisinde
soğuk havanın etkisiyle bir
miktar düşme göstermektedir.
18
Gerekli Beton Sıcaklıkları
 Üretilen taze beton karışımının içerisinde
bulunması gereken sıcaklık, çevre sıcaklığına ve
betonun kullanılacağı kesitin boyutlarına göre
farklı olmaktadır. Çizelge 1'de, soğuk havada
üretilen beton karışımlarında bulunması önerilen
en küçük sıcaklıklar gösterilmektedir.
Çizelge 1. Beton Kalınlığına Göre Yerleştirme sırasında
İstenilen Sıcaklık Değerleri
19
Alınabilecek Önlemler
Soğuk hava koşullarının betondaki olumsuz
etkilerinin azaltmak amacıyla, bu koşullarda
yapılacak betonlar için alınması gereken
önlemleri aşağıdaki gibi sıralanabilirler:
Betonun kendi ısısından yararlanılması.
Betonu oluşturan malzemelerin ısıtılması.
Erken dayanımı yüksek türde çimento ve katkı
maddesi kullanılması.
Uygun kalıp ve izolasyon malzemelerinin
ve/veya uygun kür yönteminin uygulanması.
Soğuk havada dökülen betonların yeterli süre
kür edilmesi.
20
Termos Yöntemi

Betonu çimentonun hidratasyon ısısı ile ısıtmak
ve bu ısının betondan kaçmasını önlemek
prensibine dayanan bu yöntemin uygulanması,
çok ince veya çok geniş yüzeyli elemanlarda
uygun değildir.

Termos yönteminin uygulanabilirliğini incelemek
için kullanılacak çimentonun hidratasyon ısısını
bilmek, ısı izolasyonu için seçilecek malzemenin
ısı dirençlerini bilmek gerekir.

Hesaplamada yaklaşık bir değer aşağıdaki
Skramtaiev formülü ile elde edilebilir.
21
Skramtaiev Formülü
Burada: X; betonun sıcaklığının 0 ˚C’ye inmesi için
geçen süre (saat), t; döküm sırasındaki beton
sıcaklığı (˚C), P; Çimento dozajı (kg/m3), c;
çimentonun hidratasyon ısısı (kcal/kg), F; betonun ısı
kaybeden yüzey alanı (m2), V; betonun hacmi (m3),
Rt; kalıp ve izolasyon malzemelerinin ortalama ısı
dirençleri (m2.hr.˚C/kcal), ; rüzgar vb. konveksiyon
olaylarının göz önüne alınması için kullanılan düzeltme
çarpanı, ta; dış ortam sıcaklığı (˚C), tm; iç ortam,
yani beton için kabul edilen ortalama sıcaklık (˚C)’dır.
(600  ( Pxc))xRt
X 
F
(
) x
Vx (t m  t a )
22
Yapay Isıtma Yöntemleri
Soğuk
havada
üretilecek
beton
karışımlarının
istenilen
sıcaklıkta
olabilmesi için, karışım suyu veya
agrega, yada hem su hem de agrega
ısıtılmaktadır.
Isıtılarak
kullanılacak
karışım
suyunun
sıcaklığı
60-65
°C'yi
geçmemelidir. Karılmayı kolaylaştırmak
için, sıcak suyun yaklaşık ¾’ü, mikser
içerisine
agrega
ile
birlikte
yerleştirilmelidir.
Çimento, agregadan daha sonra
miksere dahil edilmelidir. En son suyun
geri
kalan
bölümü
yavaş
yavaş
katılmalıdır.
23
Çimento Seçimi
Soğuk
havada
yapılacak
betonlarda, hidratasyon ısısı yüksek
olan "ASTM Tip III-İlk Dayanımı
Yüksek Portland Çimentosu" veya
Türk standartlarındaki "CEM I
52.5R
Erken
Dayanımı
Yüksek
Çimento"
tipindeki
çimentoların
kullanılması,
normal
portland
çimentoların
kullanılmasıyla
elde
edilecek dayanımlardan daha erken
dayanım artışı sağlanmaktadır.
24
Katkı Seçimi
Hidratasyon ısısı yüksek olan
çimento türlerinin ve daha
fazla miktarda çimentonun
kullanılması, soğuk havanın
olumsuz etkilerini bir ölçüde
telafi edebilmektedir.
Soğuk
havalarda
beton
üretimi
için
antifreeze
katkıları, priz hızlandırıcı
katkılar ve su azaltıcı katkı
maddelerinin
kullanılması
gerekmektedir.
25
Katkı Seçimi
Betona katılacak kimyasal katkılar ile
betonun priz alma ve dayanım kazanma hızı
hızlandırılabilir.
Kış mevsiminde bu nedenle hızlandırıcı ve su
kesici kimyasal katkılar kullanılır.
Antifreeze katkılarının da su kesici özellik
gösterdiği görülmektedir.
Betonun
suya
ya
da
donma-çözünme
durumuna maruz kalması bekleniyorsa hava
sürükleyici kimyasal katkılar kullanılmalıdır.
26
Katkı Seçimi
Kullanılacak katkıda bulunan
maddeler önemlidir. Özellikle
donatılı
ve
öngermeli
betonlarda
bazı
katkılar
korozyona neden olabilir. Bu
nedenle katkı seçimine dikkat
edilmelidir.
Hızlandırıcı kimyasal katkılar
betonu dondan koruyamaz.
Çünkü
beton
sıcaklığına
herhangi bir etkileri yoktur.
27
Kıvamın Seçimi
Beton pratik olarak işlenebileceği en düşük
kıvam
sınıfında
olmalıdır.
Bu
terleme
miktarını ve priz alma süresini düşürür.
Su eklenmesi priz alma süresini uzatır ve
beton terlemeye devam eder. Terlemenin
devam
etmesi
bitirme
işlemlerine
başlanmasını geciktirir.
Erkenden yapılan bitirme işlemi sonucunda
beton yüzeyi zayıf kalabilir.
28
Döküm Öncesi Hazırlık
Beton yüzeyinde kar, buz ya da
bulunmamalıdır.
Bunlar
hemen
yüzeyinden atılmalıdır.
kırağı
beton
Beton sıcaklığı ve kalıpların sıcaklığı (özellikle
metal kalıp) donma sıcaklığından yüksek
olmalıdır.
Bu
daha
önceden
zeminin
ve
temas
yüzeylerinin yalıtılmasını ya da ısıtılmasını
gerektirebilir.
29
Döküm Öncesi Hazırlık
Soğuk hava koşullarında dökülen
betonların kalıpları dışarıdaki
soğuktan
korunmak
üzere
izolasyon
malzemeleri
ile
kaplanmakta ve soğuk havada
uygulanacak bazı kür yöntemleri
seçilmektedir.
Yerleştirme işlemi tamamlanır
tamamlanmaz, koruma işlemine
başlanılmakta ve yeterli süreyle
devam edilmektedir.
30
Döküm Öncesi Hazırlık
Eğer,
betonun
yerleştirileceği
zemin buzlanmış ise, böyle bir
zemin, beton dökümünden 2-3
gün önce uygun bir izolasyon
malzemesi
ile
örtülmeli
ve
buzların çözülmesi sağlanmalıdır.
Kullanılan izolasyon malzemeleri
polystyren köpük levha, üretan
köpük, köpüklendirilmiş vinyl örtü,
mineral yünü, selüloz lif, saman,
plastik örtüler olabilir.
Buzları eritmek için sıcak hava
jeti kullanılmalıdır.
31
Isı Kaynakları



Isı kaynakları buhar, basınçlı sıcak
hava, sabit ısıtıcılar, belirli bir alana
yerleştirilmiş ısıtıcılardır.
Isıtma birimlerinde yanma ürünlerinin,
özellikle CO2’in ısıtılan kapalı alandan
dışarı atılması gerekir. Aksi halde
erken
yaştaki
beton
yüzeyinin
dayanıklılığının
zayıflamasına
ve
betonun bozulmasına yol açar.
Yüksek orandaki CO2 sonucu oluşan
CO çalışanlara zarar verir ve beton
karbonatlaşır.
32
Betonlama
Gerekli koruma koşulları ve ısı
kaynakları yerleştirilip yapı
koruma altına alındıktan sonra
beton dökülmeye başlanabilir.
Betonda
terleme
olayının
olmamasına dikkat edilmelidir.
33
Yalıtkan battaniyeler
Bir temel ayağının
plastik örtü ile korunması
Soğuk havada en iyi kür uygulaması beton
yüzeyini su kaybından ve soğuktan koruyacak
malzemeler kullanılarak yapılır. Beton kesitinin
kalın olduğu çok soğuk havalarda yalıtkan
battaniye ve plastik örtü kullanılmalıdır.
Bu malzemeler çevre koşullarına, betonun
yapısına ve yapıya etkiyen yüklerin durumuna
göre 1-7 gün beton yüzeyinde bulundurulmalıdır.34
Betonlama
Yağmur ve kar yağışına karşı beton yüzeyi
korunmalıdır.
Beton tavsiye edilen beton
yerleştirilip işlem yapılmalıdır.
Plastik haldeki
ulaşıncaya
kadar
korunmalıdır.
sıcaklığında
beton yeterli dayanıma
donma-çözünmeye
karşı
Koruyucu kür malzemeleri kaldırılırken ani
sıcaklık değişimi olmamasına dikkat edilmelidir.
35
Kalıpların Sökümü
Yapıdaki
betonun
ne
kadar
dayanım
kazandığının
bilinebilmesi
için
beton
dökülürken, her 75 m3’lük beton için en az 6
adet f15x30 cm boyutlu standart beton
silindir numune alınmalıdır.
Soğuk havada dökülen betonların kalıpları
olabildiği kadar geç sökülmelidir.
Kalıpların
sökülmesi
işleminde
betonun
köşelerinin ve kenarlarının zedelenmemesine
özellikle dikkat edilmelidir.
36
Kalıpların Sökümü
Kalıplar, deneyimli
sökülmelidir.
bir
kimse
tarafından
Koruma ve kür süresi içerisinde betonun
yeterli dayanımı kazanıp kazanmadığı, değişik
deney
yöntemlerinin
uygulanması
ile
anlaşılmaktadır.
37
Numune Alımı
Bu numuneler, yapıdaki betonun maruz kaldığı
kür koşullarında kür edilmekte ve standart
deney yöntemine göre yaşları 7 günde
kırılarak basınç dayanımları bulunmaktadır.
Test edilen numunelerden elde edilen basınç
dayanımının, betonun hedeflenen 28 günlük
dayanımının yaklaşık % 70'ine karşılık gelmesi
durumunda, kalıp sökümü için, betonun
yeterince dayanım kazandığı anlaşılmaktadır.
38
Beton numunelerinin yalıtılmış kutuda korunması
Beton numuneleri içinde koruyucu önlemler
alınmalıdır. Numuneler ilk 24 saat için
sıcaklıkları 16-27 oC arasında olacak şekilde
yalıtılmış kutularda korunur. Kutularda en düşük
ve en yüksek sıcaklığı kaydeden termometre
bulunması yararlıdır.
39
Diğer Yöntemler
Beton test çekiciyle ve ultrasonik test
cihazıyla hasarsız deney yöntemleri de
uygulanabilir. Yapıdaki beton üzerinde ölçülen
basınç dayanımının hedeflenen 28 günlük
basınç dayanımının yaklaşık % 70'ine ulaşıp
ulaşmadığı kontrol edilmektedir.
Betondan karot numunesi alınarak dayanım
kontrolü yapılabilir. Ancak bu yöntem pek
tercih edilen bir uygulama değildir. Karot
alma işlemi için beton yaşının en az yaklaşık
iki hafta olması istenmektedir.
40
TeŞeKkÜrLeR…
Soğuk havada beton dökümünden uygulamalar
Soğuk havanın beton prizine ve dayanımına etkisi
Soğuk havanın beton basınç dayanımına etkisi
Soğuk havada sertleşemeyen beton
Soğuk havada dökülen betonların korunması