Beton Vibratörünün Kısa Bir Tarihi
Son 60 yılda beton vibratörleri, beton işleri için gerekli bir makine hâline geldi. Endüstri araştırmaları, ayrışma sorunlarını, titreşim enerjisini, yüzey kusurlarını ve karışım uyumsuzluklarını öne çıkararak daha öngörülü bir beton yerleştirme deneyiminin geliştirilmesine yol açtı.
Beton titreşimi, ABD Ordusu Mühendisler Birliğinden bir mühendis olan Thomas Reading’in titreşim testleri yoluyla titreşim yerleştirme önerileri belirlediği 1960’ların sonlarına kadar uzanır. O zaman, yapısal betonun normal çökmesi 7 ila 10 cm idi, “fıstık ezmesi” benzeri bir kıvama sahipti ve beton bir kova ile kalıplara yerleştirildi.
Reading, mevcut karışım kıvamı için vibratör kafalarını çalıştıran maksimum vibratör hızını korumak için yüksek beygir gücüne sahip bir motor kullandı. Reading, beton malzeme ayrışması gözlemi nedeniyle vibratör frekansının asla dakikada 10.000 titreşimi (vpm) aşmaması gerektiği sonucuna vardı. Amerikan Beton Enstitüsü (ACI) 309 Sıkıştırma Kılavuzu Spesifikasyonu, Reading’in araştırmasının üzerine vibratör frekansını bu maksimum frekansla sınırladı.
“Yüzey boşlukları hapsolmuş havayla karıştırıldı. Bugünün araştırmaları sayesinde, yüzeydeki lekelerin titreşim-frekans-kaynaklı terleme suyundan geldiğini anladık.”
On yıl sonra karışım tasarımları, beton kovaları yerine pompalama yoluyla ekonomik beton yerleştirmeleri için daha uygulanabilir bir beton karışımı elde etmek adına su azaltıcı madde (WRA) adı verilen bir kimyasal katkı maddesi sayesinde dönüşüme uğradı. Sonraki birkaç on yılın sonunda, pompalanan ticari beton hacmi %80’e ulaştı. WRA’ların (plastikleştiriciler) artan kullanımı ve türü, daha fazla terleme olasılığına izin veriyor.
Pompalanabilir karışımlarda artan kıvam ile mevcut beton karışım tasarımları “çorba benzeri” bir hal almaya başladı. Vibratör tasarımı aynı kalırken üreticiler vibratör frekans miktarını artırmaya başladılar. Bunun bir sonucu olarak, taze dökülmüş beton elemanlarda yüzey kusurları ortaya çıkmaya başladı. Bu yüzey boşlukları sıkışmış havayla karıştırıldı ve sorunu hafifletmeye çalışmak için müteahhitler tarafından betona daha da fazla titreşim uygulandı.
Bugünün araştırmaları sayesinde, yüzeydeki lekelerin titreşim-frekans-kaynaklı terleme suyundan geldiğini anladık.
Vibratörlerin çok hızlı çalışması nedeniyle yüzey kusurları olan bir perde duvarın yakından görünümü.
Mevcut karışım suyu, pompalamayı kolaylaştıran WRA kaynaklı hidratasyon gecikmesinin bir sonucudur. Bu WRA karışımlarında vibratör frekansı ne kadar yüksek olursa, kalıp yüzeylerine o kadar fazla su taşınır.
Her Şey Değişmeye Başlıyor
1980’lerin sonlarında, Federal Karayolları İdaresi (FHWA) ve yol kaplama endüstrisi temsilcileri, Avrupa’da inşa edilen uzun ömürlü yol tasarımını değerlendirdi. ABD’de Avrupa yol tasarımlarının uygulanmasından itibaren, yeni kaplama karışımlarını karşılamak için kaplama titreşim yaklaşımının değiştirilmesi gerekiyordu. Bir FHWA çalışmasıyla koordineli olarak kontrollü frekanslı titreşim (CFV) sistemi geliştirilerek, ürünle birlikte birçok vibratör tasarım özelliği değiştirildi.
Vibratör merkez dışı ağırlıkları artırıldı.
Vibratör frekansı 4.000 ila 8.000 vpm ile sınırlandırıldı.
Vibratör merkezleri 60 cm’den 40 cm’e düşürüldü.
Çalışma, yüzeyde kabarmaya ve çatlamaya, agrega ayrışmasına ve düzensiz yüzey dokusu parçalarına neden olan malzeme ayrımlarını sınırlamak adına üstyapı yapım spesifikasyonlarını belirlemek için titreşim izleme ve kontrol sisteminden gelen verileri kullandı. Geliştirilen standartlar bugün ulaştırma bakanlıkları (DOT), havaalanı inşaatı ve diğer birçok altyapı yerleştirme uygulaması tarafından kullanılmaktadır.
Bluetooth aracılığıyla ayarlanan hızların nasıl seçilebileceğini gösteren bir CFV sistemi
Beton Karışım Formüllerinden Vibratör Tasarımlarına
Beton kaplama titreşim sorunlarının çözülmesinden elde edilen bilgiler, 1980’lerin ortalarından beri aşırı sıkıştırılan ticari kullanımlı betona uygulanmıştır. Titreşim endüstrisi kontrollerinin, saha araştırmalarının, standartların veya artan aşırı sıkıştırma düzeyiyle başa çıkmak için yenilikçi tasarımların eksikliği, kalıp yüz kusurlarının artmasıyla bir sorun hâline geliyordu. Bu yüzey kusurları, yüksek vibratör frekansının neden olduğu mevcut su hareketinden kaynaklanır.
Yollar için FHWA çalışmaları yürütülürken, taze dökülmüş betona tamirat yapmak zorunda kalmanın kökenlerini değerlendirmek için ticari beton çalışmaları finanse edilmedi.
Bir finansman kaynağı olmasa bile, ticari inşaatlarda su, agrega ve mikro havanın titreşim frekanslarıyla beton malzeme ayrışmasının ele alınması gerekiyordu. ABD’de betonu titreştirmek için kullanılan endüstri vibratörleri, bir çalışmanın parçası olarak değerlendirilmek üzere getirildi. Beş lider üreticiden beygir gücü, şaft boyutu ve kafa çapında aynı bir vibratör elde edildi ve değerlendirildi. Çalışma, değerlendirilen tüm vibratörlerin orijinal ACI spesifikasyonundan daha yüksek frekanslarda çalıştığı ve hepsinin üreticiden üreticiye farklı çalıştığı sonucuna varmıştır, bu da vibratör kullanıcısının titreşim kaynaklı yama/tamirat sorunlarını çözme şansının çok az olduğu anlamına gelir.
Titreşimle ticari beton yerleştirme ile ilgili sorunları değerlendirmek için seçilen yöntem, bir vibratörden çıkan enerjiyi kontrol etmek, bu enerjinin etkilerini tahmin etmek ve enerjiyi harmanlama, taşıma ve yerleştirmede değişen beton değişkenliğine karşı değerlendirmekti.
Vibratör Enerjisi – İşlenebilirlik Eğrisi
Kaplama kontrol teknolojileri ve saha çalışması prosedürleri, günümüzün ticari beton karışımları türleri için deneysel davranışların elde edilmesine yardımcı olmuştur. Bu inşaat öncesi denemelerden, vibratör frekansı standart 13.000 ila 17.000 vpm aralığından saha denemelerinde 6.000 ila 10.500 vpm aralığına düşürüldü. Bu değişiklik, pompalanabilir karışımların mevcut karışım suyunun beton kalıpların yüzeyine ilerlemesi olgusunu azalttı.
12.500 VPM’nin farklı seviyelerde yüzey boşluklarına nasıl yol açtığını gösteren somut bir örnek.
6.000 VPM’nin farklı seviyelerde yüzey boşluklarına nasıl yol açtığını gösteren somut bir örnek.
Bu istenmeyen kusurlar, yeni yerleştirilmiş betonun kalıp yüzeyinde görünür hâle gelir ve vibratör operatörleri genelde bunun düşük titreşimden kaynaklandığını düşünür. Bu yanlış tanımlama kolayca önlenebilir.
Beton viskozitesi ile vibratör frekansı uyumluluğunu anlamak genellikle zordur. Artık basitleştirilmiş vibratör enerji dalgası konseptleri analizde kullanılmaktadır. Bu kavramlar gelecekte, kullanıcıların beton sevkiyatı bazında hem vibratör hem de beton değişkenlik eğilimlerinin davranışını anlamalarına yardımcı olmak için de kullanılacaktır.
Bir vibratörün dalga konsepti, aynı titreşen kafa kaynağından yayılan iki dalgayı inceler. Vibratör dalga davranışında, yükseltilmiş titreşimli basınç dalgaları (p-dalgaları), sıkıştırma konusunda, yükseltilmiş kesme dalgalarından (s-dalgaları) daha iyidir.
Titreşim araştırması, dalga değerlerindeki kuvvetleri incelemek ve performansı kullanıcıya geri bildirmek için CFV’yi kullandı. CFV, beton yükünü algılar ve verileri Bluetooth aracılığıyla bir iOS veya Android cihazına eğri şeklinde bildirir. Yük eğrisi, titreşen betonun işlenebilirliğe karşı direncini gösterir. Tahmini titreşim enerjisi ile harmanlama, taşıma ve pompalamadaki tutarsız kaliteden kaynaklanan değişiklikler arasındaki boşluğu kapatmak için işlenebilirlik kayıtları incelenebilir. Titreşim dalgası enerji davranışlarını anlamada, malzeme ayrışmasını önlemek için s-dalgası değerlerini sınırlarken, sıkıştırma için daha yüksek p-dalga değerleri uygulanabilir.
Araştırmalar ile, beton vibratörünün davranışının haritalanması ve beton işlenebilirlik eğrisindeki değişiklikler anlaşılabilir ve daha iyi yönetilebilir. Titreşim frekansı veya dalga manipülasyonunun ayarlanması, daha öngörülü bir sıkıştırma sonucu oluşturur.
Yük empedans eğrisi örneği
Beton Kontrol Testleri
Son iki yılda, titreşim araştırmalarında ve vibratör frekansı ve karışım uyumsuzluklarının neden olduğu sorunlarla ilgili araştırmalar için elde edilen fonlarda büyük bir artış olmuştur. İnşaat sonucunu daha öngörülebilir hâle getirmek için inşaat öncesi denemelerde doğru miktarda titreşim enerjisinin kullanılmasına bakmak için yıllık olarak yürütülen birkaç saha denemesi vardır. Bu, gerçek inşaattan önce betonu test etmek için örnek maket formlarına dökülürken, 60 cm küp numuneler yoluyla yapılır. Deneme kutuları, yüklenicinin seçtiği vibratör frekansı ile limitlendirilmiştir, normal deneme frekansları 10.500, 8.000 ve 6.000 vpm’dir. Maket formlarının inşaat öncesi teslimi sırasında kutular doldurulur ve yüzey sorunlarının değerlendirilmesi için ertesi gün analiz edilir.
“Bilim destekli araştırmalarla, beton vibratörünün davranışını ve beton işlenebilirlik eğrisindeki değişiklikleri haritalamak anlaşılabilir ve daha iyi yönetilebilir.”
Araştırmacılar, müteahhitler için karışımın su kusma eğilimi veya orijinal karışım tasarımından çökme değişkenliği hakkında daha fazla veri ekleyebilecek kalite kontrol testleri üzerinde çalışıyorlar. Çalışma, beton varyanslarını ve bunların beton yapıyı nasıl etkileyeceğini belirlemek için kolay, doğru ve tekrarlanabilir bir işlenebilirlik ölçütünün geliştirilmesine yardımcı oldu.
Yükleniciler, CFV’yi kullanarak ve titreşim eğrilerini karıştırma veya nakliye farklılıklarını kontrol etme kaynağı olarak değerlendirerek, üretici tarafından kaydedilen verileri anlama konusunda yardım alabilirler. İş elektronik verilerini toplarken, CFV, inşaat öncesi denemelerde rapor edilen eğriyle karşılaştırılabilecek bir eğri rapor edecektir.
Tüm farklı endüstriyel beton vibratörleri, beton yüklere karşı farklı etki eder ve yama/tamirat ihtiyaçlarını sınırlamak için titreşim kontrolü ve değerlendirilmesi, tahmine dayalı bir sonucun ilk adımlarıdır. Vibrasyon uyumluluk testi inşaat öncesi denemelerde yapılmalı ve yükleniciler her zaman deneme vibratörünün üreticisinden yardım almalıdır.
Beton vibratörleri işlenebilirlik sisteminin hayati bir parçasıdır. Yıllarca süren araştırma ve denemeler sayesinde beton endüstrisi, aşırı titreşim kaynaklı beton ayrışmasının neden olduğu sorunları ele alıyor. Bu çabalar, CFV’lerin, 1960’lardaki vibratör model tasarımlarıyla ilişkilendirilen potansiyel yama/tamirat maliyetlerini sınırlamada yararlı bir araç haline gelmesine izin veriyor.
