Beton Yol Karışım Tasarımı Kalite Güvencesinde Yeni Gelişmeler

Beton kaplama kalite güvencesindeki yeni gelişmeler, kalite, dayanıklılık ve karışım tasarım özelliklerine uygunluk hakkında önemli bilgiler sağlayabilir.

Beton yolların inşası sırasında kalite ve dayanıklılığın doğrulanmasını gerektiren beklenmedik olaylar meydana gelebilir. Bu tip olaylara örnek olarak, yerleştirme sırasında yağış gerçekleşmesi, kür malzemelerinin uygulanmasının gecikmesi, yerleştirme sonrası birkaç saat içinde plastik rötrenin çatlaklarının oluşması ve betonun yüzey işlemlerii ve kürlenmesi ile ilgili sorunlar gösterilebilir. Mukavemet gereksinimleri karşılansa ve diğer malzeme testleri pozitif sonuç verse dahi, mühendisler malzemenin karışım tasarım özelliklerine uygunluğu ile ilgili endişeleri nedeniyle kimi kaplama bölümlerinin kaldırılmasını veya değiştirilmesini isteyebilir.

Bu gibi durumlarda, petrografi ve diğer tamamlayıcı (ve özelleştirilmiş) test yöntemleri, beton karışımlarının kalitesi ve dayanıklılığı ve bunların teknik şartnamelere uygunluğu hakkında önemli bilgiler sağlayabilir.

S/Ç – Beton Kalitesi

Abrams Yasası:

“Bir beton karışımının basınç dayanımı, su/çimento oranı ile ters orantılıdır.”

Profesör Duff Abrams, 1918’de su/çimento oranı (s/ç) ile basınç dayanımı arasındaki ilişkiyi tanımladı ve günümüzde Abrams Yasası olarak bilinen formülü açıkladı: “Bir beton karışımının basınç dayanımı, su/çimento oranı ile ters orantılıdır.”

Basınç dayanımını kontrol etmeye ek olarak, su/bağlayıcı oranı (s/b), portland çimentosunun uçucu kül ve cüruf gibi ek çimentolu malzemelerle değiştirilmesini de hesaba kattığı için artık daha da çok tercih edilmektedir. Aynı zamanda beton dürabilitesi için kritik bir parametredir. Birçok çalışma, s/b’nin ~0,45’in altında olduğu beton karışımlarının, buz çözücü tuzlarla donma-çözülme döngülerine maruz kalan alanlar veya toprakta yüksek konsantrasyonlarda sülfat bulunan alanlar gibi agresif ortamlarda dayanıklı olduğunu göstermektedir.

Kılcal Kapilarite (Gözeneklilik) Nedir ve Neden Önemlidir?

Kılcal gözenekler, çimento hamurunun içsel bir parçasıdır. Çimento hidratasyon ürünleri ile bir zamanlar suyla doldurulmuş ve hidrate edilmemiş çimento taneleri arasındakiboşluklardan oluşur. Kılcal gözenekler, sürüklenmiş veya hapsolmuş hava boşluklarından çok daha incedir ve bunlarla karıştırılmamalıdır. Kılcal gözenekler birbirlerine bağlandığında, dış ortamdan gelen sıvılar hamur içinden geçebilir. Sızma olarak bilinen bu durum dayanıklılığı sağlamak için en aza indirilmelidir. Dayanıklı beton karışımları, s/b’nin ~0,45’ten az olduğu durumlarda meydana gelen, kılcal gözeneklerin bağlı değil, bağımsız olduğu bir mikro yapıya sahiptir.

Sertleşmiş betonun su/çimento oranını doğru bir şekilde ölçmek oldukça zor olsa da bu yolda geliştirilmiş güvenilir bir yöntem, sertleşmiş betonu yerinde araştırmak için önemli bir kalite kontrol aracı sağlayabilir. Floresan mikroskopisi bu konumda bir çözüm sağlamaktadır.

Floresan Mikroskobu ve Görüntü Analizi

Floresan mikroskobu, bir malzemedeki ayrıntıları aydınlatmak için floresan boya ile epoksi kullanan bir tekniktir. Tıpta yaygın olarak kullanılan bu yöntemin malzeme biliminde de önemli uygulamaları vardır. Bu yöntemin betonda sistematik uygulaması yaklaşık 40 yıl önce Danimarka’da başlamıştır; 1991’de İskandinav ülkelerinde sertleşmiş betonun su/çimento oranını tahmin etmek için standardize edilmiş ve 1999’da güncellenmiştir.

Çimento esaslı malzemelerde (beton ve harç) s/b ölçmek için, floresan epoksi kullanılarak yaklaşık 25 mikron veya 1/1000 inç kalınlığında olan ince kesitler veya beton parçaları kullanılır (figür 2). İşlem, bir beton çekirdek veya silindirden yaklaşık 25 x 50 mm ölçülerinde bir tablet şeklindeki, kütük olarak adlandırılan beton parçalarının kesilmesini içerir. Kütükler bir cam levhaya yapıştırılır, bir vakum odasına yerleştirilir ve vakum etkisindeyken epoksi verilir. S/b arttıkça, kılcal gözeneklerin bağlanabilirliği ve miktarı da artar, böylece hamura daha fazla epoksi sızar. Epoksi içindeki floresan boyayı uyarmak ve yabancı sinyalleri filtrelemek için özel bir filtre seti kullanarak ince kesit mikroskop altında incelenir. Görüntülerde gözlenebilen siyah alanlar, her ikisi de esasen %0 gözenekliliğe sahip agrega parçacıklarını ve hidrate olmamış çimento tanelerini temsil ederken parlak yeşil daireler %100 gözenekliliğe sahip boşluklardır (gözeneklerin kendisi değil). Benekli yeşil maddeler ise hamurdur (figür 2). Betonun s/b ve kılcal gözenekliliği arttıkça hamurun belirgin yeşil rengi giderek daha parlak hâle gelir (bkz. figür 3).

Görüntü analizi, görüntülerden nicel verilerin çıkarılmasını içerir. Uzaktan algılamadan mikroskopiye kadar birçok farklı bilimsel alanda kullanılmaktadır. Dijital bir görüntüdeki her piksel esasen bir veri noktası hâline gelir. Bu yöntem, bu görüntülerde görülen yeşilin farklı parlaklık seviyelerine sayılar atamamızı sağlar. Son 20 yılda bilgisayar gücü ve dijital görüntü elde etmedeki devrimle birlikte, görüntü analizi artık beton petrografları da dâhil olmak üzere birçok mikroskop uzmanı için erişilebilir ve pratik bir araç hâline geldi. Hamurun kılcal gözenekliliğini ölçmek için rutin olarak görüntü analizini kullanılmaktadır ve zaman içinde s/b ve kılcal gözeneklilik arasında, aşağıdaki grafiklerde gösterildiği gibi, güçlü sistematik istatistiksel korelasyonlar keşfedilmiştir (figür 4 ve 5).

Hepsini Bir Araya Getirmek

Yerinde betonun karışım tasarım özelliklerine uygun olup olmadığını kontrol etmek, üç bağımsız test gerektirir. Mümkün olduğunda, şüphe duyulan yerlerden alınan numunelere ek olarak tüm kabul kriterlerini karşılayan yerlerden de karot numuneler alınmalıdır. Kabul kriterlerini sağlayan karot numuneler, diğer yerlerin uygunluğunu değerlendirmek için bir kıyaslama olarak kullanılabilecek kontrol örnekleri işlevi görebilir.

Üç adımlı yaklaşım:

1. Betonda bulunan bileşenlerin karışım tasarım parametreleriyle uyumlu olduğunu doğrulamak için ASTM C856’ya göre petrografik inceleme yapın. Örneğin; petrografi, uçucu kül veya diğer ilave puzolanların mevcut olup olmadığını ve agreganın gradasyonu ve bileşiminin karışım tasarımı ile tutarlı olup olmadığını doğrulayacaktır. Petrografik inceleme, betonun iyi sıkıştırıldığını, kürlemenin yeterli olduğunu ve performansı ve dayanıklılığı azaltabilecek yüzeye yakın aşırı miktarda mikro çatlak olmadığını doğrulamak için de gereklidir. Petrografik çalışmamızın bir parçası olarak, karışım tasarımı uyumluluğunu ve dayanıklılığını doğrulamak için floresan mikroskobu kullanarak s/b ölçmekteyiz.

2. ASTM C457’ye göre hamur, agrega ve hava boşluklarının hacimsel oranlarını ölçün ve bunları karışım tasarım verilerinde belirtilen hacimsel oranlarla karşılaştırın. Ayrıca, hâlihazırda tasarımı kabul edilen beton ile yerindeki beton arasındaki hacimsel oranlar da karşılaştırılabilir.

3. ASTM C1876’ya göre elektriksel yığın direncini ölçün ve mümkünse “Formasyon faktörü”nü hesaplayın. Test edilen yerlerin taşıma özelliklerinin ve dolayısıyla dayanıklılığının kabul edilebilir numunelerle tutarlı olduğunu doğrulamak için bu ölçümleri karşılaştırın.

Deneyimlerimize göre, mühendisler bu testlerden elde edilen verileri gördüklerinde, diğer temel mühendislik özelliklerinin (basınç dayanımı gibi) karşılanması koşuluyla, yerindeki betonların kabulünü yapmaya yatkındır. S/b ve formasyon faktörünün nicel ölçümlerini sağlayarak, söz konusu karışımların yeterli dayanıklılığa sahip olduğunu göstermek için birçok işlem için zorunlu tutulan testlerin ötesine geçebiliriz.

Kaynak: www.forconstructionpros.com/concrete/article/21283184/developments-in-the-quality-assurance-for-concrete-pavement-mix-design-using-petrography-and-fluorescence-microscopy