Farklı genleşme ajanlarının alkali aktive hızlı onarım harçları üzerindeki etkilerinin karşılaştırılması: işlerlik, mekanik özellikler, kuruma çekmesi

Çatlamış yolların onarımı neden gelişiyor

Otoyollardan köprülere kadar birçok beton yapı, onarılabileceğimizden daha hızlı bir şekilde yaşlanıyor ve çatlıyor. Geleneksel onarım karışımları sertleşmesi yavaş olabilir ve özellikle kurudukça yeni çatlaklara yatkındır. Bu çalışma, endüstriyel yan ürünlerden yapılan daha yeni bir “çevreci” onarım harcı sınıfını inceliyor ve pratik bir soru soruyor: hangi katkı, onarımların çekmesini ve çatlamasını en iyi şekilde önlerken yolları hızlıca tekrar açacak kadar çabuk sertleşmeyi sağlar?

Endüstriyel artıklarla daha yeşil onarım karışımları

Bu çalışmadaki onarım harçları, çelik üretimi, kömür enerjisi ve kil işlemeden kalan toz hâlindeki cüruf, uçucu kül ve metakaolinden oluşturulmuştur. Bu tozlar alkali bir sıvı ile aktive edildiğinde, geleneksel çimento kullanımını sınırlayarak sert, taş benzeri bir bağlayıcı oluştururlar. Bu da iklim üzerindeki etkiyi azaltır ve gece içi veya aynı gün onarımlar için ideal olan çok hızlı mukavemet kazanımı sağlayabilir. Ancak bu alkali aktive karışımlar, kurumaya bağlı olarak oldukça fazla çekme eğilimi gösterir; bu da ince çatlakların açılmasına ve mevcut betona bağın zayıflamasına yol açabilir.

Çekmeyi durdurmanın üç yolu

Bu çekmeyi kontrol etmek için araştırmacılar harca karıştırılan üç genleşme ajanını karşılaştırdı: ağırlıklı olarak magnezyum oksit bazlı bir ajan (MEA), kalsiyum oksit bazlı bir ajan (CSEA) ve kalsiyum sulfoalüminat türevi bir ajan (SEA). Her biri birkaç dozajda eklendi ve taze harcın akışkanlığının ne kadar kolay olduğu, ne kadar hızlı priz aldığı, basınç dayanımı ve eski betona bağlanma gücü ile iki ay boyunca ne kadar çektiği test edildi. Ayrıca içeride hangi kristal ve jellerin oluştuğunu ve mikroyapının nasıl evrildiğini görmek için X-ışını yöntemleri, termal analiz ve elektron mikroskopları kullanıldı.

İyi çalışanlar ve çalışmayanlar

Üç katkı maddesinin tümü harcın priz almasını hızlandırdı; bu hızlı onarımlar için faydalı olmakla birlikte işlerlik sınırları içinde kalması gerekiyor. MEA genel olarak en hafif etkiyi gösterdi: burada kullanılan çok alkali karışımda magnezyum güçlü bir biçimde reaksiyona girmedi, çekmeyi dengeleyecek şişme ürünlerini az üretti ve dayanım ile çekme üzerinde neredeyse değişiklik bırakmadı. CSEA çok farklı davrandı. Daha yüksek dozajlarda priz süresini keskin şekilde kısalttı, çok erken dayanımı artırdı ve en önemlisi uzun vadeli kuruma çekmesini yaklaşık yarıya indirdi. Ayrıca yeni harcın eski betona daha sıkı tutunmasını, daha yoğun bağlanma bölgeleri oluşturarak iyileştirdi. Dezavantajı ise hızlı ısı açığa çıkışı ve kristal büyümesinin zaman içinde ince iç çatlaklar yaratmasıydı; bu nedenle 28 günlük basınç dayanımı katkısız karışımlara göre bir miktar düştü.

Zamanla azalan erken fayda

SEA katkısı ilk etapta ümit vericiydi: boşlukları dolduran, erken çekmeye karşı itme yapan iğne benzeri genleşen kristaller oluşturdu ve hem erken dayanımı hem de eski betona erken bağı yükseltti. Ancak bu harçların güçlü alkali koşulları altında bu iğneler zamanla daha yassı kristallere ve farklı jellere dönüştü. İç yapı yeniden düzenlenip su salındıkça, malzeme ileri yaşlarda kontrol karışımından daha fazla çekti. Bu ek çekme mikroçatlaklara ve uzun vadeli dayanım ile bağ performansında belirgin bir kayba yol açtı; dolayısıyla SEA bu tip bir sistemde dayanıklı onarımlar için daha az uygun bulundu.

Gelecekteki beton onarımları için anlamı

Hızlı, dayanıklı ve daha düşük karbonlu beton onarımlarını amaçlayan mühendisler için çalışma, alkali aktive harçlarla kullanıldığında tüm genleşme ajanlarının eşit olmadığını gösteriyor. Magnezyum bazlı katkılar bu çok alkali karışımlarda çok az etki gösterdi ve sulfoalüminat bazlı olanlar yalnızca kısa süreli yardım sağladıktan sonra ek çekme ve çatlamaya neden oldu. Kalsiyum bazlı CSEA en iyi dengeyi sundu: çok hızlı mukavemet kazanımı sağladı, eski betona daha güçlü bağlanma getirdi ve nihai dayanım bir miktar düşse bile uzun vadeli çekmeyi önemli ölçüde azalttı. Basitçe söylemek gerekirse, dikkatle ayarlanmış kalsiyum bazlı genleşme, çatlamaya dirençli, hızlı priz alan ve daha sürdürülebilir beton onarım malzemelerine en umut verici yol gibi görünüyor.

Atıf: Luo, X., Xi, M., Huang, L. et al. Comparison of the effects of different expansion agents on alkali-activated rapid repair mortars: workability, mechanical properties, drying shrinkage. Sci Rep 16, 13791 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43508-6

Anahtar kelimeler: beton onarımı, alkali aktive harç, çekme kontrolü, genleşme ajanları, altyapı dayanıklılığı