Elyaf Nedir? Elyaf Katkılı Beton ve Avantajları

1. Elyaf Nedir?

Elyaf, bir boyutunun diğer iki boyutuna oranının çok büyük olduğu, insan eliyle üretilebilen veya doğal yollarla bulunabilen, aynı materyalin daha büyük boyutlarına kıyasla elastisite modülleri ve mukavemet değerlerinin daha iyi malzemelerdir.

Elyaf kullanımı insanoğlu için geçmişi olan bir malzemedir. Eskiden alçı ve kerpiç gibi yapı malzemelerine elyaf formatında at, keçi gibi hayvan kılları; keten, kenevir gibi doğal elyaflar ilave edilmiştir. yüzyılın sonlarında doğada hazır halde bulunmayan insan yapımı elyaflar üretilmiştir. Çok kısa bir geçmişe sahip olan sentetik elyaflar sıkça kullanılmaya başlamıştır.

2. Elyaf Katkılı Beton

Agreganın ve çimento hamurunun aderansı sonucunda meydana gelen beton, homojen olmayan bir malzemedir. Bu duruma bağlı olarak beton kırılma süreksizlikleri göstermektedir. Agrega ve çimento yüzeyindeki süreksizlikler betonun kırılmasına sebep olmaktadır. Beton içindeki çimento ve agregalar, karşılamaları gereken gerilme değerlerini gevrek kırılmanın sebep olduğu ani göçme nedeniyle karşılayamayabilirler. Ancak Beton karışımına ilave edilecek olan elyaflar mekanik özellikleri iyileştirdiğinden oluşan mikro çatlakların büyümesi engellenerek betonun daha sünek davranış göstermesi sağlanabilmektedir.

Beton karışımlarında kullanılan elyaflar, çekme mukavemetlerinin yüksek olmasına bağlı olarak, betonda çatlakların başlamasını, yayılmasını ve birleşerek büyümesini önlemeye yardımcı olurlar. Doğru miktarlarda ve uygun amaçla kullanılan elyaflar betonda çatlak oluşturabilecek gerilmeleri betonda henüz çatlamanın olmadığı kısımlara iletirler ve gerilmelerin daha geniş bir alana yayılmasını sağlarlar. Çatlak oluşmuş kısımlarda betonu bir arada tutan ve dağılmasını önleyen elyaflar sayesinde gerilmeler iletilmektedir. Betondaki gerilmenin birbirlerine kıyasla daha az gerilme altında olan diğer alanlara bu şekilde elyaflar üzerinde iletilmesi ile daha büyük bir dayanım, dolayısıyla kırılma olmadan taşınabilecek daha büyük bir değer elde edilmesini sağlamış olur.

Elyaf ilavesi ile mekanik özellikleri iyileştirilen beton elyafsız betonun taşıyabileceğinden daha büyük gerilmeleri karşılayabilecek şekilde geliştirilmiş bir kompozit hale getirilmiş olur.

Betonun basınç dayanımının arttırılması, tokluk değerinin artacağı anlamına gelmemektedir. Tokluğun istenen seviyede olmamasına bağlı olarak beton karışımlarının mekanik özelliklerine bakıldığında söylenebilecek ilk kusur gevrek davranış sergilemeleri olmaktadır. Gevreklik sadece normal betonların değil yüksek dayanıklılığa ve yüksek dayanıma sahip betonlar için de önemli bir sorundur. Gevrek davranış, gerilme şekil değiştirme grafiğinin tepe noktası geçildiği anda yapı elemanının ani göçme durumuna sebebiyet vermektedir. Yüksek performanslı betonlarda gevrekliğin yanı sıra yangın durumunda iyi performans sergileyememesi de diğer bir olumsuz özelliğidir.
Beton yapılan çalışmalar sonucunda basınç dayanım değerlerinin iyileştirilmesi ile daha sık kullanım olanağı sağlamakta olan bir kompozittir. Fakat basınç dayanım özelliklerinin iyileştirilmesi gevrek davranış sergilemesini engellememektedir. Enerji yutma kapasitesinin düşük olmasından dolayı gerilme kapasitesine ulaşan yapı elemanlarının ani göçmesi ile sonlanmaktadır.

Betona takviye edilen elyaf ile betonun darbe dayanımları, tokluk, aşınma dirençleri, eğilme ve çekme dayanımları, süneklik, yük taşıma ve deformasyon kapasiteleri gibi mekanik özelliklerinin arttığı bilinmektedir.

Yukarıda elyaf içeriğine göre gerilme – şekil değiştirme grafiği gösterilmektedir. Bunların yanında elyaf ilaveli betonların, artan mekanik özeliklerinden dolayı inşaat sektöründe bu mekanik özelliklere ihtiyaç duyulan birçok farklı alan bulunmaktadır.

Bu nedenle son yıllarda, hem endüstriyel hem de akademik dünya, dikkatlerini doğal elyaflarla takviye edilmiş sürdürülebilir kompozitlerin geliştirilmesine vermiştir. Özellikle, arasında bazalt olanları, takviye olarak kullanılabilecek doğal elyaflar (yani, hayvansal, bitkisel veya mineral) özellikleri için daha ilginç olanı temsil eder. Bazalt elyaflar cam elyaflara kıyasla daha iyi özellikler sunmaktadır. ASTM’ye göre bir malzemeye elyaf adının verilebilmesi aşağıdaki koşulları sağlaması ile mümkündür;

• Uzunluğunun enine oranı en az 10/1
• En büyük kesit ≤ 0,05 mm²
• En büyük genişlik ≤ 0,25 mm olmalıdır.

Elyafların milimetrik boyutlarda üretilmeleri ile büyük formlarına oranla daha az yapısal hata içermeleri sağlanmaktadır. Bu nedenle aynı malzemenin elyaf formu mekanik olarak daha üstün özellikler göstermektedir. Elyafların elastisite modülleri ve dayanım değerleri büyük formlarına göre daha yüksek değerlere sahiptir bu durumda elyafları malzemenin en gelişmiş hali kılar. Ancak beton teknolojisinde son zamanlarda kullanımı artan elyaf ilavesi, taze betonda topaklanmanın artmasına bağlı olarak slump değerini düşürmektedir. Bu durum betonun mekanik özelliklerini (dayanım, dayanıklılık, durabilite gibi) olumsuz etkilenmektedir ve kusur oluşturmaktadır.

2.1. Elyaf Katkısının Betonda Sağladığı İyileşmeler

Elyaf katkısı;

• Taze beton karışımında rötre oluşumunun önüne geçer,
• Eğilme ve çekme mukavemetlerini olumlu yönde iyileştirir,
• Enerji yutma kapasitesini ve çarpma dayanımını arttırır,
• Gevrek davranış sergilemesini engeller,
• Durabilite özelliklerini iyileştirir.

Literatür çalışmasına dayanarak, bazalt elyafları ve bazalt elyaf takviyeli polimerleri, yüksek bir çekme mukavemetine, alkali ve deniz ortamlarına karşı iyi bir dirence sahiptir. Bu nedenle, bazalt elyaf takviyeli polimerlerden üretilen makro bazalt elyafları, açık deniz ve denizcilik uygulamalarına yönelik elyaf beton için kullanılmaya uygundur. Bazalt elyaflarının korozyon direnci özellikleri, deniz ortamının sertlik koşullarında kullanım için uygun bir seçimdir.

3. Elyaf Çeşitleri

Çeşitli kullanım alanlarına uygun ve istenen mekanik özelliklerine göre elyafların çok farklı türleri mevcuttur. Elyaflar doğal ve yapay olarak aşağıdaki gibi sınıflandırılabilirler;

• Doğal Elyaflar
  • Bitkisel
  • Hayvansal
  • Mineral
• Sentetik Elyaflar
  • Metalik
  • Polimer
  • Seramik