Giriş
Beton, dünyada en çok kullanılan insan yapımı malzemedir (tonaj ile ölçülür). Bu malzemelerin en önemli özelliklerinden biri işlenebilirlik olarak adlandırılır. İşlenebilirlik, taze bir (plastik) beton karışımının belirli bir forma/kalıba istenen işle (titreşim) tam olarak doldurabilmesi ve beton kalitesini düşürmeden yapabilmesidir.
İşlenebilirlik, su içeriği, agrega (şekil ve büyüklük dağılımı), çimento içeriği ve yaş (hidrasyon seviyesi) üzerine bağlıdır ve süper akışkanlaştırıcı kimyasal katkılar ekleyerek veya su içeriğini artırmak gibi yollarla değiştirilebilir.
Bununla birlikte aşırı su, kötüleşmeye (yüzeyde su birikmesi) ve/veya çatlama agregalarına (çimento ve agregalar ayrılmaya başladığında) neden olur ve betonun kalitesini düşürür [1].
İşlenebilirlik, ASTM C 143 [2] veya EN12350-2 [3] test standartlarına göre taze bir beton serisinin esnekliğinin basit bir ölçüsü olan “beton çökme testi” ile ölçülebilir. Çökme normal olarak yeni bir beton serisinden bir numune ile “Abrams konisi” doldurularak ölçülür.
Koni, geniş uç aşağı gelecek şekilde düz, emici olmayan bir yüzeye yerleştirilir. Ardından, eşit hacimde üç kat halinde doldurulur; her tabaka, tabakayı birleştirmek için bir çelik çubuk ile sıkıştırılır. Koni dikkatli bir şekilde kaldırıldığında, kapalı materyal, yerçekimi nedeniyle belirli bir miktarda çöker.
Bununla birlikte geçmişte akma geriliminin reolojik olarak belirlenmesinin, çökme ile ilişkilendirilmesi için hızlı ve kolay bir yöntem olduğu gösterilmiştir [4].
Yumuşak gıdalar da beton gibi, olası duvara kayma ve dar boşluklara yükleme esnasında aşırı örnek parçalanması nedeniyle klasik plaka / plaka veya konsantrik silindir geometrilerini döner reometreler üzerinde kullanmak genellikle zordur. Bu sebeple, bu uygulamalarda kanat geometrileri önerilir.
Bir kanat rotoru numuneye tamamen batırıldığında, akma gerilmesi Boger [5]‘e göre hesaplanabilir:
M, maksimum Tork ve K, aşağıdakilere göre kürek yüksekliğine (H) ve çapa (D) bağlı olan kanat parametresidir:
Resim 1. Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ Deneysel Sonuçlar ve Tartışma
Daha önce anlatıldığı gibi, betonun kanat rotorlarlareolojik olarak test edilmesi önerilir. Resim 1’de, yeni Thermo Scientific™ HAAKETM ViscotesterTM iQ, kanat konfigürasyonunu göstermektedir.
Testler için, standart bir Portland çimentosu tipik konsantrasyonlarda su ile karıştırıldı ve daha sonra, ağırlıkça üç farklı konsantrasyonda ince çakıl ilave edildi. Örnek kompozisyonlara genel bir bakış için Tablo 1.
Resim 2. 25°C’de 5 dakika sonra üç farklı beton formülasyonu için zamana karşı Kayma
Gerilmesi Karıştırıldıktan sonra bekleme süresi
Numuneler iyice karıştırılarak formüle edilip 5 dakika bekledikten sonra test edilmiştir. Test aşağıdaki şekilde yürütülmüştür. Kanat rotoru numuneye tamamen batırıldıktan sonra, sabit devir hızı Ω = 0.05 dev / dak. verildi. Daha sonra kayma gerilmesi ölçme zamanının bir fonksiyonu olarak izlenir.
Numunede başlangıçtaki tamamen elastik tepki sonrası yapı çöker ve kayma gerilmesi tekrar düşer. Kayma gerilmesindeki maksimum değer, bundan sonra akma gerilmesine karşılık gelir. Şekil 2, 25°C’de karıştırıldıktan 5 dakika sonra üç formülasyon için sonuçları göstermektedir.
Şekil 2’de görülebileceği gibi, saf çimento macunu için akma gerilmesi 375 Pa kıyasla, 75 g ince çakıllı 890 Pa’ya ve 125 gr ince çakıllı 1630 Pa’ya 375 Pa’dır. Kolayca belirlenen bu akma gerilmesi değerleri şimdi ASTM Abrams konisi ile Hu ve ark. Tarafından yarı ampirik ilişkiye göre belirlenen çökme değerlerine (mm) aktarılabilir.[6]:
S, mm cinsinden çökme, τ sıvının akma gerilmesi ve ρ akışkanın yoğunluğudur.
Sonuç
Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ’daki kanat metodu, çimento macunu ve betonun akma gerilmesi ölçmek için hızlı, basit ve doğru bir yaklaşımdır. Bu değerler yarı ampirik ilişkilerle çökme değerlerine kolaylıkla aktarılabilir.
Yazar: Jan Philip Plog
Reoloji Uygulamaları Grup Lideri
Thermo Fisher Scientific
Material Characterization
Çeviren: Bahadır Aktaş
Kimyager
Satış Temsilcisi
Anamed Analitik ve Medikal Sistemler A.Ş.
Kaynaklar
[1] See Wikipedia, Concrete, http://en.wikipedia/wiki/ Concrete (as of Jan. 13, 2014, 16:50 CET).
[2] ASTM C 143 - Standard Test Method for Slump of Hydraulic-Cement Concrete.
[3] EN 12350-2 - Testeing fresh concrete. Slump test
[4] N. Roussel, Correlation between Yield Stress and Slump: Comparison between Numerical Simulations and Concrete
Rheometers Results, Materials and Structures, May 2006, Volume39, Issue 4, pp 501- 509.
[5] Dzuy NQ, Boger DV. 1985. Direct yield stress measure- ment with the vane method. J Rheol 29:335-47
[6] Chong Hu, François De Larrard, Odd E. Gjørv, Rheological testing and modelling of fresh high performance concrete,
Materials and Structures, January/ February 1995, Volume 28, Issue 1, pp 1-7.
