Kentsel Dönüşüm Özelinde Kendiliğinden Yerleşen Betonun Akışkanlık-Geçirgenlik Dengesi Üzerine Maksimum Agrega Boyutunun Etkisi

Abstract

Kentsel dönüşüm projelerinde, özellikle yoğun donatı içeren taşıyıcı sistemlerde yüksek akışkanlığa sahip, vibrasyon gerektirmeyen ve homojen yerleşme kabiliyeti sunan betonlara ihtiyaç duyulmaktadır. Kendiliğinden yerleşen beton (KYB), bu gereksinimleri karşılayan yenilikçi bir beton türü olarak öne çıkmaktadır. Ancak KYB tasarımında maksimum agrega çapının (Dmax) taze ve sertleşmiş beton performansı üzerindeki etkisi, kentsel dönüşüm yapılarının özel gereksinimleri bağlamında yeterince bütüncül olarak incelenmemiştir. Bu çalışmada yalnızca maksimum agrega çapı değiştirilen iki farklı KYB serisi (Dmax=22 mm ve Dmax=8 mm) üretilmiş, diğer tüm karışım parametreleri sabit tutulmuştur. Taze beton performansı; yayılma çapı, T500 süresi, V-hunisi, L-kutusu ve U-kutusu deneyleri ile değerlendirilmiştir. Sertleşmiş beton özelliklerini belirlemek amacıyla 7 ve 28 günlük basınç dayanımı deneyleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar; maksimum agrega çapındaki artışın betonun akıcılığını ve basınç dayanımını artırdığını, buna karşılık geçiş yeteneğini olumsuz etkilediğini göstermiştir. Küçük agrega boyutlarının dar donatı aralıklarından geçiş açısından daha avantajlı olduğu belirlenmiştir. Bu durum, kendiliğinden yerleşen beton performansının akıcılık ve geçiş yeteneği arasında bir dengeye bağlı olduğunu ortaya koymaktadır. Sonuç olarak maksimum agrega çapının seçiminin tek bir performans kriterine göre değil, uygulama koşulları dikkate alınarak çok parametreli bir yaklaşımla yapılması gerektiği saptanmıştır. Çalışma, özellikle kentsel dönüşüm projelerinde kullanılacak KYB karışımlarının performansa dayalı olarak optimize edilmesine yönelik önemli mühendislik çıktıları sunmaktadır.

Keywords

• Kendiliğinden yerleşen beton (KYB)
• Akıcılık
• Geçiş yeteneği
• Kentsel dönüşüm

The Effect of Maximum Aggregate Size on the Fluidity-Permeability Equilibrium of Self-Compacting Concrete in the Context of Urban Regeneration

Abstract

In urban regeneration projects, especially in structural systems with dense reinforcement, there is a need for concrete with high flowability, self-compacting capability without vibration, and the ability to ensure homogeneous placement. Self-compacting concrete (SCC) stands out as an innovative concrete type that meets these requirements. However, the effect of maximum aggregate size (Dmax) on the fresh and hardened properties of SCC has not been comprehensively investigated within the specific context of urban regeneration structures. In this study, two different SCC series (Dmax=22 mm and Dmax=8 mm), in which only the maximum aggregate size was varied while all other mix parameters were kept constant, were produced. Fresh concrete performance was evaluated through slump-flow diameter, T500 time, V-funnel, L-box, and U-box tests. In order to determine hardened concrete properties, compressive strength tests were conducted at 7 and 28 days. The results indicated that an increase in maximum aggregate size improves the flowability and compressive strength of the concrete, while negatively affecting its passing ability. It was determined that smaller aggregate sizes provide better performance in passing through narrow reinforcement spacing. These findings reveal that the performance of self-compacting concrete depends on a balance between flowability and passing ability. As a result, it was concluded that the selection of maximum aggregate size should not be based on a single performance criterion, but rather on a multi-parameter approach considering the application conditions. The study provides important engineering insights for the performance-based optimization of SCC mixtures to be used in urban regeneration projects.

Keywords

• Self-compacting concrete (SCC)
• Flowability
• Passing ability
• Urban regeneration

References

1. AFAD, “2020 Yılı İdare Faaliyet Raporu,” T.C. İçişleri Bakanlığı Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Feb. 2021.
2. E. Ateş, “Mikrotremor, deprem ve yüzey dalgalarının çok kanallı analiz yöntemi kayıtları kullanılarak zemin özelliklerinin belirlenmesi: Afad kampüsünden örnek bir uygulama” Doğ. Afet Çev. Derg., 7(2), pp. 240–251, Jul. 2021.
3. UN-Habitat, “World Cities Report 2020: The Value of Sustainable Urbanization,” United Nations Human Settlements Programme, 2020.
4. A. Sağlam, and M. Özkul, “Kendiliğinden yerleşen betonların reolojik özelliklerine bileşim parametrelerinin etkisi”, ITU Muh. Derg., 5, 1, pp. 239-250, Feb. 2006.
5. İ. Topçu, T. Bilir, and H. Baylavlı, “Kendiliğinden yerleşen betonun özellikleri”, Eskişehir Osmangazi Univ. Muh. Mim. Fak. Derg., pp. 68-73, Jun. 2008.
6. B. Felekoğlu, and B. Baradan “Kendiliğinden Yerleşen Betonların Mekanik Özellikleri”, in Beton 2004 Kongresi Bildirileri, pp. 234-235, 2004.
7. G. De Schutter, J. Peter, M. Bartons, P. Domane, and J. Gibbs, Self-Compacting Concrete, Usa: Crc Press, Taylor And Francis Group usa ısbn 978-1-4200-6833-7, 296s, 2008.
8. K. Ozawa, and M. Ouchi, “Self-compacting concrete: Development, applications and future”, J. Adv. Concr. Technol., 17(9), pp. 435–456, 2019.

9. M. Şahmaran, Christianto, and İ. Yaman, “Durability properties of self-compacting concrete”, Cem. Concr. Compos., 76, pp. 1–13, Feb. 2017.
10. Z. Wu, K. H. Khayat, and C. Shi, “Rheological behavior of SCC with varying aggregate sizes”, Cem. Concr. Compos, 118, 103963, 2021.
11. K. Yılmaz, and P. Canpolat, “Etkin vibrasyonun beton kalitesindeki önemi”, Eskişehir Osmangazi Univ. Muh. Mim. Fak. Derg., 16, 2, Dec. 2002.
12. K. Hayat, “Effect of aggregate characteristics on flow and stability of SCC”, Mater. Struct., 52, pp. 1–14, 2019.
13. H. Liu, Q. Zhang, and D. Wang, “Effect of maximum aggregate size on workability and mechanical properties of SCC”, Constr. Build. Mater, 344, 128182, Aug. 2022.
14. V. Kobya, “Farklı Lif Oranlarına Sahip Kendiliğinden Yerleşen Betonda Çarpma Etkisinin İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Mcbü Fen Bilimleri Enstitüsü, Manisa, 142s. 2016.
15. R. Koçkar, ”Kendiliğinden yerleşen betonda atık beton tozu etkisinin incelenmesi”, Bayburt Univ. Fen Bilim Der. Cilt 3 Sayı 1, Jun. 2020.
16. M. Omrane, S. Kenai, H. Kadri, and A. Mokhtar, “Performance and durability of self compacting concrete using recycled concrete aggregates and natural pozzolan”, J. Clean. Prod., 165, 415-430, Nov. 2017.
17. K. Panda, and P. Bal, “Properties of SCC using recycled aggregates”, Procedia Eng., 51, pp. 159–164, 2013.
18. R. Siddique, “Properties of self-compacting concrete containing Class F fly ash”, Mater. Des., 32(3), 1501–1507, Mar. 2011.
19. EFNARC, “The European Guidelines for Self-Compacting Concrete: Specification, Production and Use,” Brussels, Belgium: EFNARC, 2005.
20. T. Yılmaz, "Agrega elek analizi ve granülometri eğrisi," Maden İşletme Laboratuvarı Deney Föyü, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, 2017.
21. E. Çubuk, “Kendiliğinden Yerleşen Betonlarda Agrega Çapı Etkisi”, Yüksek Lisans Tezi, Mcbü Fen Bilimleri Enstitüsü, Manisa, 69s. 2010.
22. A. U. Öztürk, and H. Yaprak, “Kendiliğinden yerleşen beton özellikleri üzerinde agrega maksimum tane boyutunun etkisi,” USMTD, 1(2), 45-53, 2017.
23. A. M. Neville, Properties of Concrete, 5th ed. London, U.K.: Pearson, 2011.
24. P. K. Mehta and P. J. M. Monteiro, Concrete: Microstructure, Properties, and Materials, 4th ed. New York, NY, USA: McGraw-Hill Education, 2014.
25. S. Mindess, J. F. Young, and D. Darwin, Concrete, 2nd ed. Upper Saddle River, NJ, USA: Prentice Hall, 2003.
26. F. L. Roberts, P. S. Kandhal, E. R. Brown, D. Y. Lee, and T. W. Kennedy, Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design, and Constraction, 2nd ed. Lanham, MD, USA: NAPA Research and Education Foundation, 1996.
27. J. Wang, X. Liu, and T. Chu, "Effect of aggregate size and specific surface area on the internal friction of granular mixtures," Constr. Build. Mater., vol. 221, pp. 412–423, Oct. 2019.
28. Türk Standardları Enstitüsü, TS EN 12350: Taze beton deneyleri, Ankara, Türkiye: TSE, 2020.
29. Türk Standardları Enstitüsü, Sertleşmiş beton deneyleri — Bölüm 3: Deney numunelerinin basınç dayanımının tayini, TS EN 12390-3, Ankara, Türkiye: TSE, 2019.