Reaktif Pudra Beton-En Yüksek Dayanımlı Beton

Reaktif pudra betonu; tipik su-bağlayıcı oranı ile priz sonrası ısıyla kürleme, yüksek basınç ayarlama işlemi ve makro kusurların dahil olmamasıyla; pudra karışım bileşiklerini geliştirmenin ve mikro yapının homojenliğini artırmanın (0,6 mm agreganın maksimum çapını en aza indirerek) uygulandığı, ileri bir beton üretme teknolojisidir.

Ultra Yüksek Dayanımlı Betonlar

Basınç dayanımına göre beton sınıflandırması	Tasnif Basınç Dayanımı (MPa)
Düşük dayanımlı beton	< 20
Orta dayanımlı beton	20–50
Yüksek dayanımlı beton	50–150
Ultra yüksek dayanımlı beton	> 150

Ultra yüksek dayanımlı beton, 200 MPa basınç dayanımı sağlayabilir. İki normal tip ultra yüksek dayanımlı beton üretilmiştir:

• Makro hatası olmayan çimento,
• Reaktif pudra beton.

Makro hatası olmayan çimento, suda çözünür polimerler ile çimentoyu karıştırarak üretilir. Polimer ve çimento arasındaki yüksek kesme karışımının neden olduğu mekanik-kimyasal reaksiyon, 200 MPa’ya kadar gerilim dayanımı oluşturur, ancak bu betonun ana kusuru, su ile temas ettikten sonra mekanik özelliklerinin
azalmasıdır.

Reaktif Pudra Betonu

Reaktif pudra betonu, ultra yüksek performansın en yaygın kullanımı olan yüksek dayanımlı bir betondur ve bu beton, sadece kalın agregaları olmamasından değil, aynı zamanda reaktif pudra betonunun düşük gözenekliliğinin, dizilim işlemi parçacıklarını artırıp beton karışımının suyunu azaltarak üretmesinden kaynaklanır; bu karışımın hiçbir kalın agregası yoktur ve silis dumanı, kum, ezilmiş kuvars gibi ince tozlar 0,02-300 μm arası parçacık boyutu ile uygulanmaktadır. Tane boyutu dağılımını optimize etmek, kalıp yoğunluğunu geliştirip su-bağlayıcı oranı 0,4- 0,5 olan sıradan betona kıyasla, su-bağlayıcı oranını 0,2’ye kadar düşürmektedir.

Pudra kelimesi, reaktif pudra betonu oluşturan malzemelerin pudra tane boyutunda olmasından, reaktiflik kelimesi, puzolanik aktivitenin sıcak kür işlemi ile yeniden tekrarlamasından ve beton kelimesi ise diğer betonlar gibi çimento matrisli olmasından dolayı gelmektedir

Reaktif pudra beton ismi, malzemedeki yüksek miktardaki hidrolik reaktif bileşenleri ve içinde kullanılan parçacıkların boyutunu ifade etmektedir. Reaktif pudra betonu terimi; çimento, silis dumanı, süperakışkanlaştırıcı bileşiğinden oluşan, lif takviyeli ve çok düşük su çimento oranlı, ayrıca sıradan agrega yerine çok ince agrega sunumu içeren malzemeyi tanımlamak için kullanılmıştır.

Reaktif Pudra Betonun Temel Özellikleri

Birim Ağırlık

Reaktif pudra betonun yoğunluğu (1760–2410) kg/m3 arasında değişmektedir. Yüksek kalite, yüksek yoğunluklu agrega ve düşük su içeriği ile karakterize olduğundan, reaktif pudra betonu yüksek bir yoğunluğa sahip olabilir.

Basınç Dayanımı

Ultra yüksek basınç dayanımı, reaktif pudra betonunun niteliklerinden biri olarak kabul edilmektedir. Reaktif pudra betonu, 150 ila 800 MPa arasında değişen basınç dayanımı değerine sahiptir. Basınç dayanımlı (50-100) MPa, yüksek performanslı beton ile karşılaştırıldığında çok yüksek basınca karşı çok dayanıklıdır. Bunun nedeni:

• Kalın agregaları ayırıp homojenliği artırma uygulamasıyla üretilen reaktif pudra betonu kalıbı ve sıkıştırılmış yoğunluğun iyileştirilmesi,
• Priz zamanından önce ve priz sırasında basınç uygulanması ve sıkıştırılmış yoğunluğun iyileşmesi için granül karışımın optimize edilmesi,
• Karışım mikro yapısının artırılması için gereken priz sonrası ısı ile kürleme uygulaması,
• Su-bağlayıcı oranının azaltılmasıyla silis dumanı gibi puzolanik reaksiyonları olan malzemeler dâhil edilerek kalıp özelliklerinin geliştirilmesidir.

Eğilme Dayanımı

Eğilme dayanımı, Kırılma modülü olarak da adlandırılır. reaktif pudra betonunda eğilme dayanımı 30 MPa ve 60 MPa arasında değişmektedir.

Elastisite modülü

Yüksek dayanımlı beton gerekliliği sadece kendisi için değil, aynı zamanda yüksek bir elastisite modülü sahip olması ve yapısal elemanların deformasyonu açısından da önemlidir; böylece tasarımcı, beton sınıfını ve ilgili elastisite modülünün arttırarak elemanlara daha az sapma ile ulaşabilir. Reaktif pudra betonunun Young modülünün 50 GPa’dan fazla olduğu ve en yüksek yoğunluğa sahip reaktif pudra betonu için 75 GPa olabileceği yapılan çalışmalarla bildirilmiştir.

Reaktif Pudra Betonun İçeriği

Reaktif pudra betonda kullanılan malzemeler genellikle, çimento, silis dumanı, yüksek dayanıma sahip kuvars kumu ve tozu (pudrası), çelik lif, su ve süperakışkanlaştırıcılardır.

Çimento

Çok düşük su-çimento oranları ile ultra yüksek dayanım elde etmek için, reaktif pudra betonunda çimento kullanımı genel olarak 800-1000 kg/m3’e kadar ulaşmaktadır. Ancak yüksek miktarda çimento dozu, reaktif pudra betonunun yüksek performansını ters yönde etkileyebilir. Artmış rötre özellikleri ve yüksek duyarlı mikro çatlamalar, betonun erken dönem ve sertleşme performanslarını azaltabilir.

Silis Dumanı

Silis dumanının parçacık boyutu (0,1–1) μm arasındadır ve bu, silis dumanının çimento parçacık boyutundan 50-100 daha ince parçacık boyutuna sahip olduğu anlamına gelir; bu özellik, çimento taneleri arasındaki boşlukları doldurmasına izin vermektedir. (Silis Dumanı ve Betonda Kullanımı)

Uçucu Kül

Uçucu kül (UK), santraldeki bitümlü kömürler ve elektrik üretim istasyonlarındaki toz haline getirilmiş kömür yakılırken ortaya çıkan bir yan üründür. (Uçucu Kül Nedir? Uçucu Külün Betonda Kullanılması)

Kuvars kumu

Agrega içeriği açısından kuvars tercih edilmesinin asıl sebebi sert malzeme olması, çimento ve agrega temas yüzeyinin fazla olması, kolaylıkla temin edilebilmesi, ucuz fiyatı ve aktif silis içermemesidir.

Silis kumu

Kuvars, doğada saf silisin ana şeklidir. Mohs ölçeğinde 7 sertliğe ve 2,65 g/cm3 yoğunluğa sahiptir; yani çok sert bir malzemedir ve reaktif pudra betonunu yüksek sertlikte bir malzeme yapan odur.

Süperakışkanlaştırıcı

Süperakışkanlaştırıcı terimi, çimento parçacıklarını betondaki eskiler ile dağıtan organik katkı maddelerini tanımlamak için kullanılır ve akışkanlığın artmasına neden olan şeydir. Süperakışkanlaştırıcılar özellikle reaktif pudra beton gibi yüksek dayanımlı beton üretiminde kullanılmaktadır. Süperakışkanlaştırıcı sayesinde çok düşük su/çimento oranında betonun işlenebilirliği sağlanmaktadır. Reaktif pudra beton üretiminde süperakışkanlaştırıcı olarak Polycar-300 ve benzeri katkılar kullanılabilmektedir. (Beton Katkı Maddeleri)

Çelik Lif

Yüksek dayanımlı betonlar her ne kadar yüksek performansa sahip olsa da aşırı gevrek davranış gösterir. Reaktif Pudra Beton üretiminde betonun çekme mukavemetini artırarak sünekliğini sağlamak amacıyla beton içerisine çelik lifler katılmaktadır.

Su

Reaktif pudra betonda su/bağlayıcı oranı oldukça düşüktür ve ortalama 0,15’yakındır. Reaktif pudra beton üretiminde ideal olan beton suyunun içilebilir özellikte olmasıdır.

Su – Bağlayıcı Oranı

Reaktif pudra betonda, akışkanlaştırma elde etmek için karışımda kullanılacak minimum su içeriğinin elde edilmesi gereklidir. En yoğun karışımlardan elde edilen en düşük su-bağlayıcı oranı 0,08 olmuştur. Su-bağlayıcı oranlarının (0,2)’den düşük olması, yüksek kaliteli reaktif pudra beton elde etmek için ana işlemlerden biridir. Ayrıca genel su içeriği muhtemelen, hamurun ve betonun rötresini etkileyen tek ana faktördür; bu nedenle, su bağlayıcı oranları reaktif pudra betonun rötre davranışı üzerinde önemli bir etkiye sahip olacaktır.

Reaktif Pudra Beton Karışım Tasarımı

• Su/toplam bağlayıcı oranı: 0.15–0.24 (ağırlıkça);
• Çimento içeriği: 800–1100 kg/m3;
• Silis dumanı içeriği: 150–300 kg/m3;
• Silis dumanı-çimento oranı: 0.15– 0.35 (ağırlıkça);
• Çimento ve mikro silis (yani, bağlayıcı veya çimentolu malzemeler) içeriği: 950–1400 kg/m3;
• Kum ve kuvars içeriği: 1000–1400 kg/m3;
• Çelik lif içeriği: 190–250 kg/m3;
• Çelik lif-toplam bağlayıcı oranı: 0.15–0.30 (ağırlıkça)

Reaktif Pudra Betonun Avantajları

Üstün performansı nedeniyle reaktif pudra betonu, sıradan inşaatlarda kullanımına ek olarak yerel nükleer enerji, marina, petrol ve askeri üs tesisleri gibi özel inşaat projelerinde de kullanılmıştır.

• Reaktif pudra betonun ana avantajı, bireysel mekanik dirençtir (basınç dayanımı 150 MPa’dan yüksektir). Reaktif pudra betonun ultra yüksek basınç dayanımı, ölü yüklerde önemli tasarruf sağlamaktadır, reaktif pudra beton bileşenleri, geleneksel sıradan beton tarafından uygulanan aynı bileşenlerin üçte biri veya yarısı ağırlığında olabilir. Ağırlık azaltma, daha ince ulaşım yapıları sağlamak açısından avantajlıdır. Genel olarak bu ağırlık azalması, maliyeti azaltmakta ve çok katlı binalarda zemin alanlarını ve açıklıkları artırmaktadır. Ayrıca ağırlık azalması, daha ince ulaşım yapıları üretmede, genel maliyetleri azaltmada ve yüksek katlı binalarda kullanılabilir zemin alanını arttırmakta iyidir.
• Sıradan beton ile karşılaştırıldığında reaktif pudra betonu, yüksek seviye sünekliğe sahiptir (HPC ve bazı metallerle karşılaştırıldığında, 300 kat daha büyük tipik değerler) ve süneklik göstergesi olan kırılma enerjisi emilimi, normal betonda  yaklaşık (100-150) J/m2 olduğunda, RPB200 için 40.000 J/m2’ye ulaşabilir ve bu
  durum, yapıları aşırı yüklerde ve depremlerde daha güvenilir hale getirmektedir. Süneklik özelliği, betonda kullanılan liflerin hacmine bağlıdır. Reaktif pudra beton un yüksek enerji emme avantajları, sütunların post-elastik davranışını, kiriş-sütun kesişme noktalarını ve kesme duvarlarını geliştirebilir.
• Bileşenlerdeki takviye çelik miktarının ortadan kaldırılması, elemanların şekillerini seçme özgürlüğü ve ayrıca beton elemanlarının kalınlığında azalma sağlamaktadır, bunların hepsi işçilik maliyetlerinde malzeme ve masraf tasarrufu sağlamaktadır.
• Reaktif pudra betonun yüksek durabilitesi, uzun bir servis ömrü sağlar ve bu da bakım maliyetlerinde azalma yaratır. Reaktif pudra betonu neredeyse geçirimsiz bir malzemedir ve aşınmaya karşı direnci, köprü zeminleri ve endüstriyel tabanlar için uzun servis ömrü sağlamaktadır. Ayrıca reaktif pudra betonun yüksek korozyon direnci, buz çözülmesinin kimyasallar etkilerinde ve ıslak ortamlara sürekli maruz
  kalma durumunda koruma sunmaktadır.
• Reaktif pudra betonu, önemli miktarda hidrate olmamış Portland çimentosu nedeniyle, çatlama etkileri altında kendi kendini iyileştirme potansiyeli sunmaktadır.
• RPB, inceliği nedeniyle mükemmel kalitede yüzey düzlemesi sağlamaktadır.
• Ultra yüksek dayanımı, malzeme kullanımını optimize ederek toplam çimento ve agrega miktarlarında önemli
• bir azalmaya neden olmaktadır.

Reaktif Pudra Beton Dezavantajları

Reaktif pudra betonda ultra yüksek dayanım elde etmek için, içindeki çimento dozajı, genellikle çok düşük su-çimento oranı sayesinde yüksektir (800-1000) kg/m3 ve bu çimento miktarı, hidratasyon ısısı üzerinde olumsuz etkilere sahiptir; rötre sorunlarına yol açar ve ancak mineral katkı maddelerinin kullanımı bu problemleri çözüp durumun üstesinden gelebilir. Reaktif pudra betonunn maliyeti yüksektir ve geleneksel beton karışımlarının ekonomik olarak kullanılabildiği ve performans gerekliliklerini karşılayabildiği uygulamalarda, geleneksel beton karışımlarının yerini alamayacaktır

Reaktif Pudra Beton Uygulamaları

Kanada’daki Sherbrooke Yaya Köprüsü

Kore’deki Seonyudo Yaya Köprüsü

Japonya’daki Sakata-Mirai Yaya Köprüsü

 

Kaynaklar: Bashar Qasem Taha AL-HITY-FARKLI KÜR KOŞULLARININ REAKTİF PUDRA BETONLARININ ÖZELLİKLERİNE ETKİLERİ
Abdulrezzak BAKIŞ-RİJİT YOL ÜSTYAPI İNŞASINDA REAKTİF PUDRA BETONUN (RPB) KULLANILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI

GÜZİDE ELİF GEREKEN-Yerel mineral katkılarla reaktif pudra betonu geliştirilmesi ve alkali-silis reaktivitesinin incelenmesi

RIDVAN İYİLİKSEVER-Atık mermer bulamacının reaktif pudra betonunun mekanik özelliklerine etkisi