Daha önce hiç merak ettiniz mi?
- Beton basınç kuvveti altında daha kararlı ve dayanıklı olmasına rağmen aynı kararlılığı neden çekme kuvveti altında gösteremiyor?
- Betonu oluşturan malzemeler tek eksenli basınç altında ayrı ayrı test edildiğinde beton bileşenleri kırılmaya kadar elastik kalırken, betonun kendisi niçin elastik olmayan davranış gösterir?
- Beton ateşe maruz kaldığında niçin betonun elastik modülü basınç dayanımından daha hızlı bir düşüş gösterir?
- Betonun dayanımı maksimum agrega boyutu arttıkça neden azalır?
Ara Yüzey Geçiş Bölgesi
Sertleşmiş betona uygulanan mikro yapısal analiz sonucu 3 ayrı faz olduğu gözlemlenmiştir.
- Çimento Hamuru Fazı
- Agrega Fazı
- Çimento Hamuru ve Agrega Arasında Kalan Bağlanma Fazı
Deneysel zorluklar nedeniyle çimento hamuru ve agrega arasında kalan bağlanma fazı hakkında bilgi azdır. Yapılan mikro yapısal araştırmalar sonucunda çimento hamuru ve agrega arasında kalan bağlanma fazı diğer fazlara göre daha karmaşık bir yapıya benzemektedir. Agrega ve çimento hamuru arasındaki bu faz ara yüzey geçiş bölgesi olarak adlandırılmıştır. Bu yapı agrega ve çimento fazlarına göre farklılık göstermektedir.
Şekil 1’de görüldüğü üzere ara yüzey geçiş bölgesi daha fazla boşluk oranına sahiptir. Ayrıca bu bölgede çimento ve suyun etkileşimi sonucu oluşan yüksek konsantrasyonlu etrenjit (C-A-S-H) ve kalsiyum hidroksit (CH) kristalleri, bunlara nazaran daha az jel (C-S-H) – çimentonun bağlayıcı özelliğini sağlayan ürün – bulunur.
Ara yüzey geçiş bölgesi sertleşmiş betondaki tüm agregaları kaplayan en zayıf katmandır (Lyu ve diğerleri, 2020). Yük altındaki betonda çatlak oluşumu ilk olarak en zayıf katman olan bu bölgede oluşur ve genişlemeye başlar (Liu ve diğerleri, 2019). Oluşan çatlaklar basınç kuvvetine nazaran çekme kuvveti altında daha hızlı bir ilerleme gösterir ve servis dayanımını hızlı bir şekilde düşürür. Ara yüzey geçiş bölgesini iyileştirilmesi betonun çekme mukavemetini daha fazla arttıracaktır. Bu yüzden bu bölge sertleşmiş betonun mekanik özelliklerini doğrudan etkiler.
Ara yüzey geçiş bölgesinin mikro yapısı, özellikle mevcut boşlukların ve mikro çatlakların hacmi, betonun rijitliği veya elastik modülü üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Kompozit malzemede, ara yüzey geçiş bölgesi harç matrisi ve iri agrega parçacıkları arasında bir köprü görevi görür. Tek tek bileşenler yüksek sertlikte olsa bile, gerilme transferine izin vermeyen kırık köprüler (yani, arayüzey geçiş bölgesindeki boşluklar ve mikro çatlaklar) nedeniyle kompozitin sertliği azalır. Bu nedenle, yangına maruz kaldığında mikro çatlama nedeniyle betonun elastik modülü, basınç dayanımından daha hızlı düşer.
Ara yüzey geçiş bölgesi, agrega ve çimento hamuru fazı arasında oluştuğu için agreganın boyutu betonun dayanımı üzerinde etkili olmaktadır. Örneğin kötü agrega gradasyonuna sahip beton karışımları yerleştirilme sırasında ayrışmaya daha yatkındır, bu nedenle iri agreganın çevresinde – özellikle altında – kalın su filmleri oluşur. Aynı koşullar altında, agrega boyutu ne kadar büyük olursa, su filmi o kadar kalın olur. Bu koşullar altında oluşan ara yüzey geçiş bölgesi, agrega ve çimento hamuru arasındaki farklı hareketlerin neden olduğu çekme gerilmelerinin etkisine maruz kaldığında çatlamaya yatkın olacaktır (Mehta ve Monteiro, 2006).
Ara Yüzey Geçiş Bölgesinin İyileştirilme Çalışmaları
Araştırmacılar elektron mikroskoplarını kullanarak ara yüzey geçiş bölgesinin davranışını anlamaya ve bu bölgeyi iyileştirmeye çalışmaktadır. Şekil 3’te gösterilen malzemeler beton karışımında mineral katkılar ve çimento ikame malzemeleri – ek çimento esaslı malzemeler – kullanarak bu katmanı iyileştirmeye çalışmaktadırlar. Çalışmalar endüstriyel atıkların hem çimentoya nazaran inceliği sayesinde dolgu malzemesi hem de puzolanik aktiviteleri sayesinde en etkili çimento ikame malzemeleri olduğunu ortaya koymuştur.
Sonuç olarak ara yüzey geçiş bölgesi tek tip bir kalınlığa sahip olmayan oldukça karmaşık ve değişken olabilir. Bu bölgenin kalınlığı agrega boyutu ve şekline, agrega hacmine, su-çimento oranına, karıştırma ve yerleştirme işlemlerine bağlı olarak değişmektedir. Bu bölgenin kalınlığı oldukça dar olmasına rağmen (10 – 50 μm) betonun yaklaşık hacimce %20-40’ını oluşturabilir. Ara yüzey bölgesinin iyileştirilmesi betonun mekanik özelliklerine katkı sağlayacaktır (Yazıcı, 2012).
Okuduğunuz için teşekkür ederim. Başka bir yazıda görüşmek dileğiyle…
Efkan GÜNEY
İnşaat Mühendisi
Kaynaklar / References
-
Golewski, G. L. (2019). The influence of microcrack width on the mechanical parameters in concrete with the addition of fly ash: Consideration of technological and ecological benefits. Construction and Building Materials, 197, 849–861. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.08.157
-
Liu, R., Xiao, H., Liu, J., Guo, S., & Pei, Y. (2019). Improving the microstructure of ITZ and reducing the permeability of concrete with various water/cement ratios using nano-silica. Journal of Materials Science, 54(1), 444–456. https://doi.org/10.1007/s10853-018-2872-5
-
Lyu, K., She, W., Chang, H., & Gu, Y. (2020). Effect of fine aggregate size on the overlapping of interfacial transition zone (ITZ) in mortars. Construction and Building Materials, 248, 118559. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118559
-
Mehta, P.K., Monteiro, P.J.M. (2013). Chapter 2. Microstructure of Concrete. Microstructure, Properties, and Materials, McGraw Hill, 41-46.
-
Yazıcı, H., et al. (2012). Beton. Betonun İç Yapısı Bölüm 17. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yayınları. No:334, 781-799.
