çimentoların basınç dayanımlarının tayininde prizmatik numuneler ...

Osmangazi Üniversitesi Müh.Mim.Fak.Dergisi C.XV, S.1, 2002Eng.&Arch.Fac.Osmangazi University, Vol.XV, No: 1, 2002ÇİMENTOLARIN BASINÇDAYANIMLARININ TAYİNİNDEPRİZMATİK NUMUNELER YERİNEKÜP NUMUNELERİNKULLANILABİLİRLİLİĞİNİNARAŞTIRILMASIArzu OKUCU, 1 Nurhayat DEĞİRMENCİ 2ÖZET : Çimentoların basınç dayanımları standartlarauygun üretilen harç numuneler üzerinde tayinedilmektedir. Türkiye'de TS 24'de ayrıntılı olarakbelirtilen Rilem Cembureau yöntemine göre hazırlananharç karışımları prizmatik kalıplara yerleştirilmekte, önceeğilme daha sonra da basınç dayanımı deneyine tabitutulmaktadır. Türk standartlarının son baskısındaeğilmede çekme değerleri birçok çimento türündearanmamakta ancak basınç dayanımının belirlenmesindegereken numuneleri elde edebilmek için prizmatiknumuneler üzerinde eğilme deneyi uygulanmaktadır.Amerikan standartlarında ise 5 cm’lik küp numunelerüzerinde doğrudan basınç dayanımı deneyiuygulanmaktadır. Bu çalışmada her iki standarda; TS 24ve ASTM C109 ‘a göre hem küp hem de prizmatiknumuneler hazırlanmış ve bu numunelerin basınçdayanımları tayin edilerek iki yöntem arasındakarşılaştırma yapılmıştır.ANAHTAR KELİMELER : Portland çimentosu, çimentoharcı, basınç dayanımı

33THE USING POSSIBILITIES OF CUBESPECIMENS IN STEAD OFPRISMATIC SPECIMENS FOR THEDETERMINING OF COMPRESSIVESTRENGTH OF CEMENT MORTARABSTRACT : The strength tests of cement are employedon cement-sand mortar prescribed proportions and madewith specified materials under controlled conditions. InTurkey, Rilem Chemberau Method which are given thedetails in Turkish Standard for Physical and MechanicalTesting Method of Cement (TS 24), the mortar mixture arecast prismatic molds and at first, the flexural strength testand then compressive strength test are employed on testspecimens. However in the last revision of TurkishStandards tensile strength values are not required forsome cement types, to obtain the test samples forcompressive strength, the flexural strength are employedon prismatic specimens. In American Standard of TestingMaterial (ASTM C 109) the compressive strength test areemployed directly using 5 cm cube specimens. In thisresearch cube and prismatic specimens were preparedaccording to TS 24 and also ASTM C109 and acomparative study of this two methods is presented fordetermining of compressive strength of portland cement.KEYWORDS: Portland cement ,cement mortar,compressive strength1Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik-MimarlıkFakültesi,İnşaat Bölümü,Çağış Kampüsü, 10600 Balıkesir2Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik-MimarlıkFakültesi,Mimarlık Bölümü,Çağış Kampüsü, 10600 Balıkesir

35deneyinde kırılarak elde edilen her iki prizma parçası küpetkisi görerek 40×40×40 mm’lik metal kırma başlığıvasıtasıyla basınç deneyine tabi tutulur. TS 24 standardıyerine mart 2002 tarihinde kabul edilen TS EN 196-1standardında da[3] harcın bileşimi ve hazırlanışı ile ilgiliaynı değerler benimsenmiştir.Amerikan standartlarında ise çimentoların basınçdayanımı tayininde kullanılan numunelerin şekli, boyutlarıve harcın bileşenleri Türk Standartlarından farklıdır.Portland çimentosunun harcının basınç dayanımı ASTM C150’de belirtildiği gibi 2 inç veya 50 mm’lik standart küpnumuneler üzerinde yapılan deneyler sonucu eldeedilir[4]. Bu küp numuneler ASTM C 109’da tarif edildiğigibi hazırlanır ve küre tabi tutulur [5]. Standart harcınbileşenleri 1 kısım çimento ve 2.75 kısım standart kumdanoluşur. Su/çimento oranı Portland çimentoları için 0.485olarak verilmiştir. Su miktarı diğer çimentolar için sarsmatablasında 25 düşüş sonucunda 110±5 yayılma eldeedilecek şekilde tayin edilir ve çimento ağırlığının yüzdesicinsinden ifade edilir. ASTM C 349 Portlandçimentolarının basınç dayanımı tayini için bir başka deneyyöntemi önermekte ancak bu uygulanabilir bir deneyolarak kabul edilmemektedir [6]. Bu deney ASTM C348’e göre eğilme deneyinde kırılan prizmatik numuneler

36kullanılarak çimento harçlarının basınç dayanımlarınıntayinini kapsamaktadır [7].Türk standartlarında daha önce aranan eğilmede-çekmedeğerleri standartların son baskılarında aranmamaktadır.Bu standartlara göre sadece basınç dayanımı değerlerinintayini yeterli olmaktadır. Bu nedenle eğilmede–çekmedeğerlerini hesaplamak zorunluluğu kalkmıştır.AncakTürk standartlarının son baskısında eğilme dayanımıdeğerleri zorunlu olmasa da basınç dayanımı için gerekennumuneleri elde edebilmek için prizmatik numunelerüzerinde eğilme deneyi uygulanmaktadır. Amerikanstandartlarında ise basınç dayanımı deneyi 50 mm’lik küpnumuneler üzerinde doğrudan uygulanır [8-9-10-11].Bu araştırmada her iki standarda; TS 24 ve ASTM C109 ‘agöre hem küp hem de prizmatik numuneler hazırlanmış vebu numunelerin basınç dayanımları tayin edilerek ikiyöntem arasında karşılaştırma yapılmıştır.II. AMAÇTürk standartlarında çimento harçlarının basınçdayanımlarının tayininde kullanılan prizmatik numuneleryerine küp numunelerin kullanabilirliliği araştırılmış ve bubakımdan Türk standartları ile Amerikan standartlarınınbir karşılaştırılması yapılmıştır.

37III. DENEYSEL ÇALIŞMALARIII.I. KULLANILAN MALZEMELERHarç karışımlarının hazırlanmasında TS 819’da özellikleribelirtilen Rilem Cembureau Standart Kumu kullanılmıştır.Standart kum Trakya Set Çimento Fabrikası tarafındanüretilmiştir. Standart kumun granülometrisi Çizelge 1’deverilmiştir. Çalışmada kullanılan Portland çimentosu (PÇ42,5) ve kompoze portland çimentosu (PÇK/A 32,5 R),Portland Çimentoları (TS 19) ve Çimento Portland-Kompoze (TS 12143) Türk Standartlarına göre BalıkesirSet Çimento Fabrikası tarafından üretilmiştir [12-13].Portland çimentolarının fiziksel ve kimyasal özellikleriBalıkesir Set Çimento Fabrikası laboratuarlarında tayinedilmiştir. Kompoze Portland çimentosu ve Portlandçimentosunun fiziksel ve kimyasal özellikleri Çizelge 2 ve3’de verilmiştir.Çizelge 1. Rilem cembureau standart kumunungranülometrisiElek Boyutu (mm) 2.00 1.60 1.00 0.50 0.16 0.08Elekten Geçen (%) 0 9 ± 2 33 ± 2 67 ± 2 87 ± 2 98 ± 2

38Çizelge 2: PÇK/A 32,5R Portland çimentosununkimyasal ve fiziksel özelliklerKimyasal Kompozisyon Sonuç TS 12143 İstenen DeğerlerKızdırma Kaybı (%) - -Çözünmeyen Kalıntı (%) - -Magnezyum Oksit-MgO (%) - -Klorür-Cl (%) 0.0071 Max.% 0.1Kükürt Trioksit-SO 3 (%) 2.93 32,5,32,5R,42,5 Max.%3.542,5R,52,5 ,52,5R, Max. %4Toplam Katkı Miktarı (%) 19.84 %6 - %20C 3 A (%) - -C 4 AF+2C 3 A (%) - -Fiziksel Özellikler Sonuç TS 12143 İstenen Değerler2 Günlük Basınç Day. (N/mm 2 ) 18.9 Min.107 Günlük Basınç Day. (N/mm 2 ) 32.7 -28GünlükBasınç Day. (N/mm 2 ) 42.2 Min. 32.5-Max.52,5 (N/mm 2 )Priz Başlangıcı (saat-dak) 1:50 Min. 1 saatPriz Sonu (saat-dak) 3:10 -Hacim Genleşmesi(mm) 1 Max. 10 mm

39Çizelge 3: PÇ 42.5 Portland çimentosunun kimyasal vefiziksel özellikleriKimyasal Kompozisyon Sonuç TS 19 İstenen DeğerlerKızdırma Kaybı (%) 3.17 Max. %4Çözünmeyen Kalıntı (%) 1.43 Max. %1.5Magnezyum Oksit-MgO (%) 1.40 Max. %5Klorür-Cl (%) 0.0071 Max. % 0.1Kükürt Trioksit-SO 3 (%) 2.91 Max. %3.5Toplam Katkı Miktarı (%) - -C 3 A (%) - -C 4 AF+2C 3 A (%) - -Fiziksel Özellikler Sonuç TS 19 İstenen Değerlerİncelik-Blaine (cm 2 /g) 3050 Min. 2800 cm 2 /g2 Günlük Basınç day (N/mm 2 ) 22.2 Min. 20 N/mm 27 Günlük Basınç day (N/mm 2 ) 35.5 Min. 31.5 N/mm 228GünlükBasınç day (N/mm 2 ) 50.0 Min. 42.5 N/mm 2Priz Başlangıcı (saat-dak) 2:40 Min. 1 saatPriz Sonu (saat-dak) 3:35 Max. 10 saatHacim Genleşmesi (mm) 0 Max. 10 mm

40III.II. DENEY NUMUNELERİNİN HAZIRLANMASIHarç karışımları her iki standarda; TS 24 ve ASTM C109‘a göre hazırlanmıştır. TS 24‘e göre hazırlanan harcınkarışımı ağırlıkça 1 kısım çimento, 3 kısım kum ve 1/2kısım sudan oluşmaktadır. Hazırlanan harç karışımları TS24‘de tarif edildiği gibi 40×40×160 mm’lik prizmatikkalıplara doldurulmuştur. ASTM C109’a göre hazırlananharcın bileşimi 1 kısım çimento 2.75 kısım kum danoluşmaktadır ve su/çimento oranı 0.485 tir. Hazırlanan buharç ASTM C 109‘da belirtildiği gibi 50 mm’lik küpkalıplara doldurulmuştur.Harcın hazırlanmasında mekanik bir karıştırıcı kullanılmışve karışımlar kalıplara iki tabaka halinde şişlenerekdoldurulduktan sonra masa tipi vibratör yardımıylayerleştirilmiştir. Kalıplamadan hemen sonra numunelerrutubet dolabına yerleştirilmiştir. Numuneler 24 saat sonrakalıplardan alınarak deney zamanına kadar 20±2 o C‘likkirece doygun su içinde saklanmıştır.Basınç dayanımı değerleri prizma ve küp numunelerüzerinde TS 24 ve ASTM C 109’a göre tayin edilmiştir.Basınç dayanımı deneyi 2, 7 ve 28 günlük numunelerüzerinde uygulanmış ve basınç dayanımı değerleri üç

41numunenin ortalaması alınarak hesaplanmıştır. Deneyde0.9 KN/s yükleme hızı ile 3000 KN ‘luk basınç deneycihazı kullanılmıştır. Deney sırasında oluşabilecek etkileriönlemek için deneyden önce numunelerin alt ve üstyüzlerine metal plakalar yerleştirilmiştir. Deney sonuçlarıÇizelge 4, Şekil 1 ve 2 ‘de verilmiştir.Çizelge 4. Harçların 2, 7 ve 28 günlük basınçdayanımı değerleriNumune Basınç Dayanımı (Mpa)2 Gün 7Gün 28 GünPÇ 42,5 Küp 21.00 26.21 38.16PÇ 42,5 Prizma 22.20 35.60 58.20PÇK/A 32,5R Küp 17.13 26.79 33.64PÇK/A 32,5R Prizma 21.70 33.30 42.60

42Basınç Dayanımı (MPa)60504030201002 7 28Zaman (gün)küp prizma küp ref. prizma ref.Şekil 1. Portland çimentosu (PÇ 42.5) ileüretilen çimento harçlarının basınç dayanımıdeğerleri.Basınç Dayanımı (MPa)504030201002 7 28Zaman (gün)küp prizma küp ref. prizma ref.Şekil 2. Portland kompoze (PKÇ/A 32.5) ileüretilen çimento harçlarının basınç dayanımıdeğerleri.

43IV. DENEY SONUÇLARININDEĞERLENDİRİLMESİTS 24’e göre hazırlanan prizmatik numunelerin basınçdayanımları Türk standartlarında [12-13] belirtilendeğerler ile , ASTM C109’a göre hazırlanan küpnumunelerin basınç dayanımları ise ASTM standartlarında[4-14] önerilen basınç dayanımı değerleri ilekarşılaştırılmıştır. TS 24’e göre her iki tür çimento ilehazırlanan prizmatik numuneler için Çizelge 2 ve Çizelge3’deki 2, 7 ve 28 günlük minimum basınç dayanımıdeğerleri esas alınarak referans eğrileri çizilmiştir. AyrıcaASTM standartlarına göre hazırlanan küp numuneler içinde bu standartlardaki öngörülen basınç dayanımı değerleriesas alınarak referans eğrileri çizilmiştir. Portlandçimentosu (PÇ 42.5) ile hazırlanan harç numunelerininbasınç dayanımı değerleri şekil 1’de , Kompoze PortlandÇimentosu (PKÇ/A 32.5 R) ile hazırlanan harçnumunelerinin basınç dayanımı değerleri ise şekil 2’deverilmiştir. PÇ 42.5 çimentosu ve PÇK/A 32,5 Rçimentosu ile hazırlanan çimento harçlarının basınçdayanımı değerleri prizmatik numuneler için Türkstandartlarında [12-13] öngörülen değerleri sağlamaktadır.Ancak şekil 2’de 7 günlük basınç dayanımı değerlerireferans eğrisi değerinden biraz daha az gibi

44görünmektedir. PÇK/A 32,5 R için referans eğrisiniçizerken yeni Türk standartlarında 7 günlük minimumbasınç dayanımı değeri aranmadığı halde referanseğrisinin çizilebilmesi için eski standarttaki değeralınmıştır.ASTM standartlarına göre hazırlanan küp numunelerinbasınç dayanımları da bu standartlardaki [4-14] verilendeğerler ile karşılaştırılmıştır. Amerikan standartlarındakiçimento türleri ile Türk Standartlarındaki çimento türleribirbirinden farklıdır. Deneysel çalışmalarda kullandığımızPÇ 42.5 çimentosunun ASTM C150’deki [4] karşılığıolarak Tip I çimentosunu, PÇK/A 32.5 R çimentosu içinise ASTM C595’deki [14] karşılığı olarak Tip I Pçimentosunu kabul edebiliriz. ASTM C150’de Tip I için 3günlük basınç dayanımı değeri 12.4 MPa ,7 günlük basınçdayanımı değeri 19.30 MPa ve 28 günlük basınç dayanımıdeğeri 27.60 MPa olarak verilmiştir. Tip I P için iseASTM C595’de 3 günlük basınç dayanımı değeri 12.4MPa, 7günlük basınç dayanımı değeri 19.3, MPa ve 28günlük basınç dayanımı değeri 24.1 MPa olarakverilmiştir. Her iki çimento türü için küp numunelerASTM’de belirtilen değerleri sağlamaktadır.Türk standartlarında basınç dayanımı kriterleri sadeceprizmatik numuneler için belirlenmiş olup küp numuneler

45için böyle bir kriter belirlenmemiştir. ASTM standardınagöre hazırlanan küp numunelerin basınç dayanımıdeğerleri Türk standartlarında [12-13] prizmatiknumuneler için istenilen değerler ile karşılaştırıldığındadüşük kalmaktadır. Boyut farklılığından dolayı prizmatiknumuneler için istenen minimum basınç dayanımıdeğerlerinin küp numunelere uygulanamayacağı açıktır.ASTM standartlarına göre hazırlanan küp numuneler ileTürk standartlarına göre hazırlanan prizmatik numunelerin28 günlük basınç dayanımları arasında PÇ 42.5 içinyaklaşık %65, PÇK/A 32,5R için %75 gibi bir oran sözkonusudur Daha ileride yapılacak çalışmalarda böyle biroran hesaplanarak küp numuneler için minimum basınçdayanımı kriterleri belirlenebilir.Çimento harçlarının basınç dayanımlarının tayinindeprizmatik kalıplar yerine küp kalıplar tercih edildiğindeeğilme deneyine gerek kalmamaktadır. Böyleceçimentoların basınç dayanımı küp numuneler üzerindedoğrudan tayin edilebilmektedir. Ayrıca küp numuneleriçin prizmatik numuneler için gerekenden daha azmalzeme gerekmekte ve küp kalıpların ağırlığı prizmatiknumunelerden daha az olmaktadır. Üçlü prizmatik kalıplariçin yaklaşık 2025 gram, üçlü küp kalıplar için 1050 grammalzeme gerekmektedir. Üçlü prizmatik kalıpların ağırlığı

46yaklaşık 11-12 kilogram, üçlü küp kalıpların ağırlığı 5-6kilogramdır. Prizmatik kalıplar yaklaşık iki misli ağırolduğu gibi aynı zamanda iki misli fazla malzemegerektirmektedir. Bu nedenlerle çimentoların basınçdayanımlarının tayininde küp kalıpların kullanılmasıkanımızca daha pratik olmaktadır.V. ÖNERİLER• Türk standartlarında daha önce istenen eğilmedeçekmedeğerleri standartların son baskılarındaaranmamaktadır. Bu standartlara göre sadecebasınç dayanımı değerlerinin tayin edilmesi yeterliolmaktadır. Bu nedenle mart 2002 tarihindeyürürlüğe giren TS EN 196-1 Standardına göre küpharç numuneleri hazırlanmalı ve bu numunelerüzerinde doğrudan basınç dayanımı deneyiuygulanmalıdır. Ancak Türk standartlarında basınçdayanımı kriterleri sadece prizmatik numuneleriçin belirlenmiş olup küp numuneler için böyle birkriter belirlenmemiştir. Boyut farklılığı nedeniyleTürk standartlarında prizmatik numuneler içinistenen minimum basınç dayanımı değerlerinin küpnumunelere uygulanamayacağı açıktır. Bu nedenleküp numuneler için minimum basınç dayanımıdeğerleri belirlenmelidir.

47• İleride araştırılacak bir çalışmada TS EN 196-1standardı esas alınarak ve laboratuarda 40×40×160mm’lik kalıplar ile çalışmaya yatkınlıktan dolayı40×40×40 mm’lik küp numuneler hazırlanarakbasınç dayanımı değerleri direkt olarakaraştırılabilir.• Ayrıca bir diğer konu da hem eski TS 24 hem deyeni TS EN 196-1 standardında bütün çimentotürleri için aynı su/çimento oranının (0.5) verilmişolmasıdır. Oysa katkılı çimentolar ile hazırlananharçlarda daha fazla karışım suyuna ihtiyaç olduğubilinmektedir. Bu çimentolar için karışım suyumiktarı ASTM’de de belirtildiği gibi sarsmatablasında sabit bir (110±5) yayılma elde edilecekşekilde tayin edilmelidir.TEŞEKKÜRÇimento temininde gösterdikleri yardım için BalıkesirSET Çimento Fabrikası Yetkililerine teşekkür ederiz.KAYNAKLAR[1] TS 24, Çimentoların fiziki ve mekanik deneymetotları,TSE,1985.[2] TS 819, Rilem chembureau-standardkumu,TSE,Ankara.

48[3] TS EN 196-1, Çimento deney metotları-Bölüm1:Dayanım tayini, Mart 2002, TSE, Ankara.[4] ASTM C 150 Standard specification for PortlandCement,. Annual book of ASTM ,vols.04.01and 04.02,TheAmerican society for testing andmaterials,Philadelphia,USA.[5] ASTM C 109 Standart test method for compressivestrength of hydraulic cement mortars (Using 2 in. or [50-mm ]Cube Specimens), Annual book of ASTM ,vol.04.01The American society for testing andmaterials,Philadelphia,USA,1998.[6] ASTM C 349-97 Standart test method for compressivestrength of hydraulic cement mortars (Using portions ofprisms broken in flexure), Annual book of ASTM,vol.04.01,The American society for testing andmaterials,Philadelphia,USA1998.[7] ASTM C 348-97 Standart test method for flexuralstrength of hydraulic–cement mortars, Annual book ofASTM ,The American society for testing andmaterials,Philadelphia,USA,1998.[8] M.S.Akman, “Yapı malzemeleri”, İTÜ Yayınları,no.1396, 162 s, İstanbul, 1987.[9] B.Baradan, “Yapı Malzemesi II”, D.E.Ü. Yayınları,No:207, 217 s, İzmir, 1996.

49[10] T.Y.Erdoğan, “Betonu Oluşturan Malzemeler,Çimentolar”, Türkiye Hazır Beton Birliği,Ankara,1995.[11] A.Yeğinobalı, “Betonda Dayanımı EtkileyenFaktörler”, T.Ç.M.B., Ar-Ge Enstitüsü, Seminer Notları(11), Ankara, 2000.[12] TS 19, Portland Çimentoları, TSE, 1994.[13] TS 12143, Çimento Portland-Kompoze, TSE, 1997.[14] ASTM C595 Standard specification for blendedhydraulic cements, Annual book of ASTM , The Americansociety for testing and materials,Philadelphia,USA.