Betonda Çatlak İyileşmesi Analizinde Su Geçirimliliği Testi
Betonda çatlağın kendi kendine iyileşmesi, Cement and Concrete Composites dergisinde su geçirimliliği testi kullanılarak kapsamlı bir şekilde analiz edilmiştir. Çimento malzemelerine ek iyileştirici maddeler kullanarak betonun kendi kendini iyileştirmesinin, betonda dayanıklılığı artırabileceği görüldü.
Beton: Popüler Malzeme ve Sahip Olduğu Problem
Beton, yaygın olarak kullanılan bir inşaat malzemesidir, sıklıkla yüksek mukavemet ve dayanıklılığa sahip bir malzeme olarak kabul edilir. Diğer taraftan, doğal ya da dış yük koşullarından kaynaklanan çatlaklar, beton yapıların bozulmasına hatta yıkılmasına neden olabilir.
Geleneksel beton, ömrünü uzatmak için dışardan tamirat gerektiren, kendi kendini iyileştirme kabiliyetine hiç sahip olmayan ya da zayıf kabiliyeti olan beton olarak tanımlanabilir. Kendi kendini iyileştiren beton, potansiyel olarak mekanik ve fiziksel özellikleri eski hâline getirerek çatlakları ya da kusurları kendi kendine kapatabilir. Kendi kendine iyileşme yöntemleri literatürde bilindiği üzere otojen iyileşme ve otonom iyileşme olmak üzere iki kategoriye ayrılabilir.
Betonlardaki Çatlakların İyileştirilmesi
Hidrate olmamış çimento partiküllerinin (HOÇP’ler) verdiği karşılık ve karbonatlaşma, otojen iyileşmeden birincil derecede sorumludur. Bu, her zaman temel bileşen olarak su gerektiren çok yavaş bir süreçtir. İyileşme etkisi, çatlak genişliği ve HOÇP’lerin sayısı ile orantılıdır.
Çatlak genişliğinin 150 mikrondan az olması durumunda, önemli bir kendi kendini iyileştirme etkisinin elde edilebileceği keşfedilmiştir. Bu etki, çatlak genişliği 60 mikrona düşürülürse daha da artırılabilir.
Bununla birlikte çatlağın iyileşmiş olarak kabul edilebileceği doğru, çatlak genişliği rakamını tahmin etmek zordur. Ultra yüksek performanslı betonlarda (UYPB) çok sayıda HOÇP nedeniyle önemli bir iyileşme etkisi gözlemlenmiştir.
Mineral Koruyucularla Otojen İyileşme
20 hafta boyunca suda bekletilmiş hasarlı UYPB örneklerinin eğilme dayanımının, kontrol örneklerinden yaklaşık %33 daha fazla olduğu görülmüştür. Son zamanlarda bilim insanları, mineral koruyucuları ya da kristalli katkıları karışımlara dâhil ederek ve deniz koşullarına çok benzeyen koşullarda kürleyerek otojen iyileşmeyi teşvik etme adına önemli çalışmalar yaptılar.
Tatlısu kaynaklarında sadece kalsiyum karbonatla iyileşen çatlakların aksine, deniz suyu örneklerindeki çatlaklara kalsiyum karbonat ve brusit yüklenmiştir. Bu da, kurtarma işlemi için Mg2+nın gerekli olduğunu öne sürmektedir.
Çatlak İyileşmesini İncelemek İçin Su Geçirimlilik Testi
Çoğunlukla, su geçirimlilik testi (SGT) ile elde edilen sızdırmazlık oranı (SO), çatlak davranışlarının betonun iyileştirme etkinliği üzerindeki etkisini objektif olarak incelemek için bir gösterge olarak kabul edilmektedir.
SO bu bağlamda, kübik yasa kullanılarak tahmin edilebilen su akışının azalma düzeyleri olarak karakterize edilir. Kübik yasanın gerçekliği gerçek bir çatlakta sınırlı olduğu için, su geçirimliliğini tahmin etmek üzere değiştirilmiş versiyonlar geliştirilmiştir.
Kapanma oranı (KO) da çatlak iyileşmesinin etkinliğini değerlendirmek için kullanılabilir. Beton yapıların kendi kendini iyileştirme özellikleri öncelikle azaltılmış çatlak genişliği ve çeşitli çatlak morfolojisi ile elde edilir. Bununla birlikte, çatlak özellikleri ile SO arasında niceliksel bir ilişki yoktur.
Araştırma Süreci
Bu çalışmada ilk olarak SGT’nin kavramsal ilkesi ve kanıta dayalı formüllerinin yanı sıra icat edilen cihazlar ve konfigürasyonlar tanıtılmaktadır. Sonrasında otojen iyileşme, üreolitik bakteri bazlı iyileşme ve MEA kürü yöntemleri sunulmaktadır.
Bunu takiben, çatlak topografyası ve su geçirimliliği arasındaki etkileşimler, çatlak geometrisinin sayısallaştırılmasına dayalı olarak niceliksel ve niteliksel olarak incelenmektedir. Son olarak da, SO’nun KO ya da DO (Dolum Oranı) ile etkileşimleri ele alınmaktadır.
Kendi Kendini İyileştiren Betonun Sonuçları
Kendi kendini iyileştiren betonun getirdiği sonuçlar, betonun özelliklerinin geliştirilmesine katkıda bulunur. Çatlak boşluklarında iyileşme ürünleri oluştukça, fiziksel çatlak genişliği daralır ve oluşan engeller nedeniyle düzlem içi deformasyon artar, bu da su geçirimliliğinin azalması ile sonuçlanır.
Çatlak geometrisi ve iyileşme etkinliği arasındaki ölçüm bağlantısı, SGT (su geçirimliliği testi) tarafından kalibre edilmiş SO (sızdırmazlık oranı) kullanılarak oluşturulabilir ve değerlendirilebilir. SGT, sadece su akışı sabit bir duruma eriştiğinde su geçirimliliğini doğru bir şekilde hesaplayabilir.
Bu aşamaya ulaşmak için gereken süre, sıcaklık ve doygunluk durumları ile belirlenir. YP (yüzey pürüzlülüğü), lif takviyeli beton karışımlarının geçirimliliği üzerinde geleneksel betona göre daha büyük bir etkiye sahiptir.
Çatlaklarda oluşan kıvrımlı bariyerler nedeniyle akış yolu uzar ve bu da düşük taşıma özelliklerine yol açar, ancak bu tür sonuçlar çatlak genişliği arttıkça azalma eğilimindedir. Dolum oranından (DO) farklı olarak, SO ve kapanma oranı (KO), üreolitik bakteri bazlı iyileştirici betonun yanı sıra otojen iyileşme betonunun genel iyileşme etkinliğini değerlendirmek için daha uygun görünmektedir.
Gelecekteki Araştırmalar
Aşağıda, gelecekteki araştırmalar için bazı öneriler bulunmaktadır. Yüzey ve iyileştirme verimliliği arasında kesin bir ilişkinin kurulması gereklidir ki bu daha sonra dış reaksiyon bölgelerinin kendi kendini iyileştirme kabiliyetleri üzerindeki etkilerini öğrenmek için kullanılabilir.
Deneysel testlerde DO’nun, hem iyileştirici öğelerin miktarının, hem de çatlak morfolojisinin doğru bir şekilde elde edilebildiği yüksek hassasiyetli bir 3 boyutlu lazer tarayıcı kullanılarak belirlenmesi gereklidir.
Referans
Hou, S., et al. (2022). Quantitative evaluation on self-healing capacity of cracked concrete by water permeability test – A review. Cement and Concrete Composites. Available online 3 January 2022. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0958946521004704?via%3Dihub
