Boşluklu Agregalar 3 Boyutlu Köpük Beton Baskıyı Nasıl İyileştirir?
Hafif beton (yoğunluğu 1000 kg/m3ten az) genellikle taze betona önemli miktarda köpüklü malzeme katılarak elde edilir. Cement and Concrete Composites dergisindeki son çalışma, 3 boyutlu baskı için 1000 kg/m3ten daha düşük bir yoğunluk elde etmek için hafif parçacıkları hazırlanmış köpükle birleştirmeyi inceliyor.
3 Boyutlu Beton Baskının Avantajları
3 boyutlu beton baskı (3DCP), inşaat otomasyonu ile akıllı üretimi birleştirerek inşaat sektörünü değiştiren yeni bir teknolojidir. Geleneksel inşaat yöntemleriyle karşılaştırıldığında 3DCP, estetik açıdan karmaşık yapıları tasarlamak için yapısal esnekliğin yanı sıra atık üretimi, işçilik maliyetleri ve zamanla ilgili önemli ölçüde azalma sağlar.
Ekstrüzyon Tabanlı 3 Boyutlu Beton Modelleme
Ekstrüzyon tabanlı 3DCP, büyük ölçekli binalar inşa etmek için kullanılabilir. Kullanılmasının tercih nedenleri çoğunlukla, büyük ölçekli 3 boyutlu baskıda uygulama kolaylığı, özel imalat makinelerinin veya portal platformlarının erişilebilirliği, hızlı imalat yöntemi vb.dir.
3 boyutlu baskılı binalar, ekstrüzyon kafasının geometrisini takip eden ince bir yeni beton tel tabakasının ekstrüde edilmesi ve konumlandırılmasıyla ekstrüzyon işlemi kullanılarak üretilir.
3DCP kullanarak ultra hafif beton binalar üretmenin en yaygın yöntemi, kompakt bir beton karışımı kullanmaktır. Ekstrüzyon bazlı veya toz yataklı 3 boyutlu baskı işlemleri, geçirimli parçacıklardan oluşan hafif bir beton karışımı ile kullanılır.
Köpük Betonu
Köpük beton, çimentolu matrise önemli sayıda hava boşluğu dâhil edilerek yapılan bir beton karışımı türüdür. Hava boşlukları, manuel köpürtme (ön köpürtme tekniği) veya kimyasal etki eden köpürtme kullanılarak oluşturulabilir.
İlk yaklaşım, önceden hazırlanmış köpüğü çimentomsu malzemeye önceden belirlenmiş bir oranda dâhil ederken, ikinci sistem beton karışımına gaz salan bir bileşen (Alüminyum tozu, Silis dumanı ve H2O2) kullanır ve bu da beton karışımında boşluklar oluşturur.
Ön köpürme işlemi, üretilen gaz betonun nihai viskozite ve boşluk özelliklerinin mükemmel kontrolünü sağladığından, ikisi arasında en kolay ve daha verimli olanıdır.
Köpük Betonun Avantajları
Köpük beton, ultra düşük yoğunluğa (300 kg/ m3ten az) ulaşma yeteneği, iyi yalıtım niteliği, akustik ve yangına dayanıklılık özellikleri ve maliyet etkinliği dâhil olmak üzere diğer hafif beton üretim teknolojilerine göre çeşitli avantajlar sunar. Sonuç olarak, bu beton karışımının cephe mimarisi, bordür panelleri, tavanlar ve dış cephe giydirme elemanları gibi güncel yapı teknolojilerinde kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır.
Zorluklar
3 boyutlu baskı geleneksel beton karışımındaki temel zorluk, en iyi koşullarda bile düşük akma gerilmesidir, bu da zayıf şekil koruması ve üretilebilirliktir. Zorluklar yaratır. Tipik köpük betonda, karıştırma işlemi sırasında kabarcık ayrışmasını ve doku bozulmasını en aza indirmek için bu nebze düşük akma gerilimi gereklidir.
Karıştırma sırasındaki yüksek kesme gerilmesi nedeniyle, baz karışımın (köpükle karıştırmadan önceki karışım) yüksek akma gerilmesi kabarcıkların ciddi şekilde ayrışmasına neden olabilir. Sonuç olarak, özellikle düşük yoğunlukta beton karışımının reolojik niteliklerinin 3DCP uygulamaları için önemli bir sorun oluşturmaktadır.
Düşük yoğunluk ve akma gerilmesinin birbiriyle çelişen davranışına bir çözüm, 3 boyutlu baskılı karışımlardaki kumu çimentolu malzemelerle değiştirmektir. Aynı yoğunluğu elde etmek için kompakt agregalar, köpük konsantrasyonu miktarını önemli ölçüde azaltacaktır.
Araştırma bulguları
Bileşen olarak granüler kum içeren iki köpük beton karışımı (M1 ve M2) ve ince kum yerine genleştirilmiş perlit kullanan üç karışım (M3, M4 ve M5) geliştirildi. Kum bazlı grupta, M1’in başlangıç yoğunluğu ekstraksiyon sırasında 1244kg/m3ten 1253 kg/m3e yükseldi ve 20 dakika sonra 1267 kg/m3e yaklaştı. Bu da 20 dakikada yüzde 1,8’lik genel bir artışı temsil eder.
M1’in yayılma çapı 213,5 mm iken, arttırılmış köpük konsantrasyonuna sahip M2 karışımının yayılma çapı 226,6 mm’dir. Genleştirilmiş perlit gruplarının M3, M4 ve M5 karışımlarının yayılma çapları sırasıyla 167,5 mm, 193,5 mm ve 201,5 mm olmuştur. Karışımlardaki köpük içeriği, sırasıyla yüzde 2,5, yüzde 5 ve yüzde 7,5’i değerlerini almıştır.
Genleştirilmiş perlit grubu 3 boyutlu baskılı betonun mekanik özellikleri, kum grubu örnekleriyle karşılaştırıldığında test edilen üç yöntemde de üstündü.
Kısaca, 3 boyutlu baskı köpük betonunda ince agregaların (örn. kum) yerine genleştirilmiş perlitin kullanılması, aynı yoğunluğu elde etmek için gereken köpük yüzdesini önemli ölçüde düşürürken, dayanım ve dayanıklılık özelliklerini de iyileştirdiği görülmüştür.
Kaynak: https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59582
