İÇİNDEKİLER
Sayfa
1. BETON __________________________________________________ I
1.1. Betondan Beklenilen Özellikler __________________________ 3 1.2. Beton Özelliklerini Etkileyen Faktörler _____________________ 5 1.3. Diğer Yapı Malzemelerine Göre Betonun Avantajları ve
Dezavantajları _____________________________________________ 6 1.3.1. Betonun avantajları __________________________________ 6 1.3.2. Betonun Dezavantajları _______________________________ 8 2. BETON TÜRLERİ _________________________________________ 10 2.1. Yoğunluklarına Göre Betonlar ___________________________ 10 2.1.1. Hafif Betonlar _____________________________________ 10 2.1.2. Normal Betonlar ___________________________________ 13 2.1.3. Ağır Betonlar ______________________________________ 13 2.2. Basınç Dayanımlarına Göre Betonlar _____________________ 14 2.3. Üretildikleri Yerlere Göre Betonlar _______________________ 16 2.3.1. Şantiye Betonu ____________________________________ 16 2.3.2. Hazır Beton _______________________________________ 17 2.4. Özel Betonlar ________________________________________ 18 2.4.1. Püskürtme Beton ___________________________________ 18 2.4.2. Lifli Beton ________________________________________ 20 2.4.3. Ferrocement Beton (Ferro Beton) _____________________ 23 2.4.4. Vakumlu Beton ____________________________________ 26 2.4.5. Silindirle Sıkıştırılmış Beton (SSB) _____________________ 31 2.4.6. Reaktif pudra betonu _______________________________ 35 2.4.7. Kendiliğinden Yerleşen Beton ________________________ 44
3. TAZE BETONUN ÖZELİKLERİ ______________________________ 47
3.1. GİRİŞ _______________________________________________ 47 3.2. İşlenebilme ve Kıvam __________________________________ 48 3.2.1. İşlenebilme _______________________________________ 48 3.2.2. Kıvam ___________________________________________ 49 3.2.3. İşlenebilmeyi ve Kıvamı Ölçme Yöntemleri ________________ 50 3.2.4. Kıvam ve işlenebilirlik Deney Yöntemlerinin Karşılaştırılması _ 63 3.2.5. İşlenebilmeyi Etkileyen Faktörler _______________________ 65
1. BETON
Beton; çimento, beton agregası, su ve gerektiğinde katkı maddelerinin belirli oranlarda homojen olarak karıştırılması ile elde edilen, başlangıçta plastik kıvamda olup zamanla çimentonun hidratasyonu sebebiyle katılaşıp, istenilen şekli alarak sertleşen kompozit bir yapı malzemesidir.
Betonun ilk bulunuş tarihi kesin olarak bilinmemekle beraber beton teknolojisinin tarihi yaklaşık 1845 yılına kadar gitmektedir. İlk betonarme yapının 1852 yılında yapıldığı bilinmektedir. Çimentonun patenti ise, 1824 yılında Joseph Aspdin adında bir duvarcı ustası tarafından alınmıştır. İlk beton şartnamesi ABD'de 1904 ve Almanya'da 1906 yılında hazırlanmıştır. Türkiye' de ilk betonarme yapı 1920 yılında inşa edilmiştir. Beton malzeme üzerine en ayrıntılı araştırmalar ve karışım hesapları için esasların geliştirilmesi, 1950-1960 yılları arasına rastlamaktadır. Son yıllarda kimyasal katkı maddesi, lif ve taze betona vakum uygulayarak betonun mekanik ve fiziksel özellikleri oldukça geliştirilmiştir. Bazı katkı maddeleri kullanılarak basınç dayanımı 200 MPa olan beton üretilmektedir.
Beton agregaları, minerallerden oluşmuş taneli malzemelerdir. Kum, çakıl ve kırmataş, normal ağırlıklı beton yapımında en çok kullanılan agrega cinsleridir. Türk Standardlarının tanımlamasına göre, elendiğinde 4.0 mm göz açıklıklı kare delikli elekten geçebilen boyutlardaki agregaya "ince agrega", ve bu elek üzerinde kalan agregaya, "iri agrega" denilmektedir.
Çimento, bağlayıcı özeliğe sahip bir malzemedir. Çimentonun sağlayabileceği bağlayıcılık özeliği, bu malzemenin su ile birlikte karılması sonucunda elde edilmektedir. Çimento ve suyun oluşturduğu malzeme,
"çimento hamuru" olarak adlandırılmaktadır.
Betonun oluşturulmasında çimento hamurunun işlevi, agrega tanelerinin yüzeylerini kaplamak, agrega taneleri arasındaki boşlukları doldurmak, ve agrega tanelerini bir arada tutacak tarzda bağlayıcılık sağlamaktır. O bakımdan, beton, "çimento hamurundan ve agregalardan oluşan kompozit bir malzeme"
olarak da tanımlanabilmektedir.
Çimento, su, ve ince agreganın karışımından oluşan malzemeye "harç"
denilmektedir. Harç, içerisinde iri agrega bulunmayan bir betondur. Çimento ve suyun birleştirilmesiyle elde edilen çimento hamuru, başlangıçta, plastik (yumuşak, şekil verilebilir) bir malzeme durumundadır. Ancak, çimento ve su arasında hemen başlayan ve devam etmekte olan kimyasal reaksiyonların (hidratasyonun) etkisiyle, çimento hamurunun başlangıçtaki plastik özeliği zaman ilerledikçe azalmaktadır. Böylece, bir veya birkaç saat içerisinde, çimento hamuru katılaşmakta, ve daha sonraları da tamamen sertleşmiş bir duruma gelmektedir.
Çimento hamurunun ilk zamanlarda plastik özelik göstermesi nedeniyle, beton da, ilk karıldığı anı takip eden bir veya birkaç saatlik süre içerisinde plastik yapısını korumaktadır. O nedenle, elde edilen plastik durumdaki taze betonun, istenilen şekildeki bir kalıba yerleştirilebilmesi, sıkıştırılabilmesi ve yüzeyinin düzeltilebilmesi mümkün olmaktadır. Çimento hamurunun zaman ilerledikçe daha katı ve sert bir özelik kazanması nedeniyle, betonda da sertleşme ve dayanım artışı meydana gelmekte, istenilen boyutlarda ve şekilde taş gibi sert bir malzeme elde edilmektedir.
Beton, çağımızda irili ufaklı birçok yapıda kullanılmakta olan en önemli ve popüler yapı malzemesidir. İnsanların yaşadıkları evlerin, çalıştıkları işyerlerinin, eğitim gördükleri okulların, spor yaptıkları tesislerin, arabalarını park ettikleri park yerlerinin ve garajların büyük bir bölümünün yapımında beton kullanılmaktadır;
üzerinde yürünülen kaldırımlar, seyahat edilen veya insanların ihtiyacı olan malların getirilip gönderildiği karayollarının, demiryollarının, havaalanlarının ve limanların yapımında da beton kullanılmaktadır; içme suyunun veya atık suların depolandığı tanklar ve bu suların taşındığı borular betondan yapılmaktadır;
enerji üretimi için kurulan barajların ve atom reaktörlerinin bir bölümünde ve enerji nakli için kullanılan direklerin yapımında, yine, beton kullanılmaktadır. Bu örnekleri daha da artırmak mümkündür.
Betonun plastikliğini koruduğu süredeki durumuna (yani, malzemelerin karılmasıyla elde edilen plastik durumun, çimento ve su arasındaki kimyasal reaksiyonlar nedeniyle giderek azalıp, katılaşmanın başladığı zamana kadarki
Betonun katılaşma olayından sonraki safhadaki durumu, "sertleşmiş beton"
olarak anılmaktadır.
1.1. Betondan Beklenilen Özellikler
Betonda aranılan en önemli özellik, basınç mukavemeti olarak görülmektedir. Özellikle betonarme yapılarda, çelik donatıdan farklı olarak, betonun sadece basınca maruz kalacak şekilde kullanıldığını bilmekteyiz.
Betonun çekmeye karşı mukavemeti çok az olduğundan betonarme yapılarda çekme gerilmeleri çelik donatı tarafından karşılanmaktadır. Ancak baraj, hava meydanı ve yol yapımında kullanılan betonların basınç gerilmelerinin yanı sıra çekme, eğilme ve aşınma gibi tesirlere de maruz kaldığı bilinmektedir.
Saydığımız bu gerilmelerin mevcut olduğu yapılarda kullanılacak betonun bu gerilmeleri karşılayabilecek özelliklere sahip olması gerekmektedir. Yapılan araştırmalar, betonun basınç mukavemetinin yüksek olduğu oranda diğer (çekme, eğilme ve aşınma gibi) mekanik mukavemetlerinin de yüksek olduğunu göstermektedir. Bu durumda, basınç mukavemeti yüksek olan beton elde etmekle bir ölçüde diğer mekanik mukavemetleri de yüksek olan beton elde edildiğini düşünebiliriz. Basınç mukavemetlerine göre beton sınıfları, 28 günlük standart silindir veya küp basınç mukavemetleri (N/mm2 cinsinden) esas alınarak oluşturulmaktadır.
Betonun basınç mukavemetini etkileyen faktörlerden en önemlileri; agrega tane dayanımı ve granülometrisi, çimento standart mukavemeti ve dozaj, su/çimento oranı ve betonun kompasitesidir. Bunların dışında; betonun döküm şartları ve kürü de beton mukavemeti üzerinde önemli sayılabilecek etkilere sahiptir.
Betonun kompasitesinin büyük olması, onun mekanik mukavemetlerinin de yüksek olabileceğini göstermektedir. Beton kompasitesinin büyük olması için kaba agrega miktarının standart dağılım ölçüleri içerisinde mümkün olduğu kadar fazla olması gerekmektedir. Diğer taraftan ince agrega miktarının da kaba agrega boşluklarını doldurabilecek miktar ve dağılımda olması gerekmektedir.
Diğer bir deyişle gerek kaba agrega gerekse ince agrega tane dağılımının (granülometrisinin), maksimum kompasiteyi verecek şekilde olması
gerekmektedir. Betonda teorik olarak bu şartlar sağlanmış olsa bile, betonun nakli ve yerleştirilmesi sürecinde bu dengenin bozulması beton boşluk miktarını çoğaltır. Kalıplara yerleştirilmiş olan betonun amaçlanan kompasiteyi sağlayabilmesi için işlenebilirliğinin de iyi olması gerekmektedir.
Betonun işlenebilme özelliği; taze betonun homojenliğini yitirmeden nakledilebilme, yerleştirilebilme ve sıkıştırılabilmesi olarak açıklanmaktadır.
Beton işlenebilirliğinin, sadece beton içerisindeki su miktarına göre değil, betonu meydana getiren malzemelerin özelliklerine, karışım oranlarına, beton yerleştirme ve sıkıştırma ekipmanlarının türüne, kalıp ve donatının durumuna ve ortam şartlarına bağlı olarak değerlendirilmesi gerekmektedir. Diğer taraftan, çimento miktarının, ince agrega miktarının ve su miktarının artması, kaba agrega miktarının azalması betonun işlenebilme özelliğini artırır. Ortam şartlarını dikkate alarak sıcak havalarda beton kıvamını ayarlamak için beton suyunu artırmak, dolayısı ile su/çimento oranını değiştirmek doğru bir uygulama olarak görülmemektedir. Bu şekilde katılacak fazla su beton mukavemetinin düşmesine neden olabileceği gibi, betonda ayrışmanın oluşumunu da kolaylaştırır. Bu gibi durumlarda, suyu soğutmak, çalışma alanını gölge altına almak, beton döküm işlemlerini hızlandırmak, katkı maddeleri kullanmak gibi beton karışımını ortam şartlarına uygun hale getirecek tedbirleri almak daha doğru olur. Ayrıca, malzemelerin karılmasından hemen sonra plastik duruma sahip bir betonda, plastikliğin kaybolmasına kadar geçen sürenin uzunluğu (priz süresi), gerekenden daha uzun veya daha kısa olmamalıdır.
Sertleşmiş betondan beklenilen başlıca özelikler şu şekilde belirtilebilir:
Sertleşmiş beton,
7 günlük, 28 günlük, 90 günlük gibi herhangi bir yaş için hedeflenmiş olan minimum beton dayanımından daha az bir dayanım göstermemelidir.
Çevredeki suyun ve diğer sıvıların betonun içerisine kolayca girerek olumsuz etki yaratmaması için, yeterince geçirimsiz olmalıdır.
Yapıda hizmet gördüğü süre içerisinde çevrede oluşan yıpratıcı etkenler karşısında yeterince dayanıklı olmalıdır. Bir başka deyişle, donma- çözülmeye, ıslanma-kurumaya, ısınma-soğumaya, aşınmaya, asitlere,
dayanıklılık gösterebilecek kalitede olmalıdır. (Betonun zaman içerisinde çevreden maruz kalabileceği etkenler karşısındaki dayanıklılığı, “durabilite”
olarak da adlandırılmaktadır.)
Yeterli hacim sabitliğine sahip olmalıdır; yani, çatlamalara yol açacak ölçüde büzülme (rötre) veya genleşme göstermemelidir.
Basınç dayanımı, eğilme dayanımı, çekme dayanımı, tekrarlı yükler altında yorulma dayanımı, gerilme-birim deformasyon ilişkisi, elastiklik modülü, Poisson oranı, ısısal genleşme katsayısı, rötre (büzülme), sabit yükler altında sünme ve yoğunluk, betonda aranan önemli özeliklerdir. Çizelge 1.1 de, bilgi için, yapı betonlarının değişik özeliklerine ait tipik değerler gösterilmektedir.
Çizelge 1.1. Yapı Betonlarının Bazı Özeliklerine Ait Tipik Değerler
Özellikler Tipik değerler
Basınç Dayanımı 35 MPa
Eğilme Dayanımı 6 MPa
Çekme Dayanımı 3 MPa
Elastiklik Modülü 28000 MPa
Poisson oranı 0,20
Kırılmadaki çekme birim deformasyonu 0,001 Isısal genleşme katsayısı 10x10-6/oC Rötre (büzülme) birim deformasyonu %0,05-0,1 Yoğunluk
Normal ağırlıklı beton 2350 kg/m3
Hafif beton 1800 kg/m3
Not: 1MPa10 kgf/cm2
1.2. Beton Özelliklerini Etkileyen Faktörler
Gerek taze betonun ve gerekse sertleşmiş betonun tüm özelikleri, beton karışımının oluşturulmasında kullanılan çimentonun, agreganın, suyun ve katkı maddelerinin özellikleri ve karışım içerisinde yer almış oldukları oranlar tarafından etkilenmektedir. Sertleşmiş beton, taze betonun katılaşmasından sonraki safhadaki durumu olarak tanımlandığı için, sertleşmiş betondan beklenilen performans, önemli ölçüde taze betonun özeliklerine bağlı olmaktadır.
Sertleşmiş betonun özeliklerini büyük ölçüde etkileyen başka faktörler de bulunmaktadır. Bunlar, taze betonun uygun tarzda taşınması, yerine yerleştirilmesi, sıkıştırılması, yüzeyinin düzgünleştirilmesi ve hidratasyonun sağlıklı şekilde olabilmesi için kür edilmesi (bakım) işlemleridir. Sertleşmiş betondan beklenilen özeliklerin elde edilebilmesi için bu işlemlerin uygun tarzda yerine getirilmiş olmaları gerekmektedir.
1.3. Diğer Yapı Malzemelerine Göre Betonun Avantajları ve Dezavantajları 1.3.1. Betonun avantajları
Betonun çok değişik yapılarda çok değişik amaçlarla kullanılan önemli ve popüler bir yapı malzemesi olmasının nedenleri, bu malzemenin sahip olduğu üstün özeliklerden ileri gelmektedir. Betonu diğer yapı malzemelerinden daha elverişli kılan özelikleri, "betonun avantajları" olarak adlandırabilmek mümkündür.
Betonun avantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir:
Taze betonun plastik özeliği nedeniyle, istenilen şekil ve boyutlardaki beton elemanlar kolayca üretilebilmektedir.
Taze betonun plastik bir yapıya sahip olması ve bu özeliğini birkaç saat süreyle koruyabilmesi nedeniyle, taze betonu istenilen şekil ve boyutlardaki kalıpların içerisine kolayca yerleştirebilmek mümkündür.
Betonun yeterince sertleşmesinden sonra kalıpların sökülmesiyle de, istenilen şekil ve boyutlarda sertleşmiş beton elemanlar elde edilebilmektedir.
Sertleşmiş beton elemanlar yapıdaki yerinde üretilebildiği gibi, bir fabrikada da önceden üretilebilmekte ve yapıya sertleşmiş beton elemanları olarak getirilip kullanılabilmektedir.
Projesine uygun şekil ve boyutlardaki beton elemanların üretilmesi işlemi, genellikle, yapıdaki yerinde yapılmaktadır. Bunun için yapıdaki yerinde hazırlanan kalıpların içerisine taze beton yerleştirilmekte, ve beton yeterince sertleştikten sonra, kalıplar sökülmektedir. Öte yandan, beton bloklar, borular, direkler, kirişler, duvarlar gibi bazı elemanlar bir fabrikada
önceden üretilebilmekte, ve sertleşmiş durumdaki bu elemanlar yapıdaki yerlerine taşınarak kullanılabilmektedir.
Beton yerleştirme yöntemlerinde çeşitlilik ve kolaylık bulunmaktadır.
Taze betonun plastik özeliğe sahip olması nedeniyle, yapının bulunduğu yerdeki erişilmesi güç noktalara bu malzemenin pompalanarak taşınabilmesi, veya değişik eğimli yüzeylere püskürtülerek yerleştirilebilmesi mümkün olabilmektedir.
Sertleşmiş beton oldukça yüksek basınç dayanımına sahiptir.
Uygun malzemelerle ve uygun yöntemlerle üretilen betonların basınç dayanımları bazı doğal taşların basınç dayanımlarına yakın değerler gösterebilmektedir.
Sertleşmiş beton, hizmet gördüğü süre boyunca, çevrede oluşan yıpratıcı etkenlere karşı diğer yapı malzemelerinin çoğundan daha dayanıklıdır.
Bakım işlemleri ve masraf gerektirmemektedir.
Beton, ahşap gibi kolayca yanmamakta, çelik gibi kolayca korozyona uğramamaktadır. Dışarıyla temasta bulunan ahşap malzemeyi bir süre sonra verniklemek veya boyamak, ya da çelik malzemeyi korozyondan koruyabilmek amacıyla boyamak gerekirken, sertleşmiş beton için bu tür bakım önlemleri gerekmemektedir.
Beton, çelik donatılarla çok iyi aderans (kenetlenme) gösterebilecek kapasitede bir özeliğe sahiptir.
Betonun çekme ve eğilme dayanımları düşük olduğundan, yapıda, beton elemanların çekme ve eğilmeye maruz kalacak bölgelerine çelik çubuklar yerleştirilerek, bu tür yükler çelik tarafından taşıtılmaktadır. Beton ve çelik çubuklar arasında çok iyi bir aderans olması, bu iki malzemenin tek bir malzemeymiş gibi davranmasını sağlamaktadır. Ayrıca, beton ve çeliğin ısısal genleşme katsayılarının çok farklı olmaması, sıcaklık değişiklikleri nedeniyle bu iki malzemenin çok farklı davranmasını önlemektedir.
Beton, diğer yapı malzemelerine göre, daha ekonomiktir.
Betonu oluşturan malzemeler arasında enerji harcanarak fabrikada önceden üretilmiş olanı, sadece çimentodur. Beton hacminin yaklaşık dörtte üçünü oluşturan agregalar, çimentoya göre çok daha ucuzdur.
Ayrıca, agregalar, su ve gerektiğinde beton yapımında kullanılan ince taneli mineral katkılar, yapının bulunduğu bölgeden temin edilebilmektedir.
Bölgesel malzemelerin kullanılması, betonun ekonomik olmasına yol açabilmektedir.
Beton üretiminde ve kullanımında yeterli bilgiye ve deneyime sahip mühendis veya teknik adamlara ihtiyaç olmakla birlikte, iş hacminin büyük bir bölümü kalfalar veya düz işçiler tarafından yürütülmektedir. Bu durum da, ekonomiklik sağlayabilmektedir.
Beton, estetik amaçlarla kullanılmaya uygun özelikte bir malzemedir.
Beton elemanlara istenilen şekil ve yüzey dokusu verilebilmekte, renklendirici katkı maddelerinin yardımıyla istenilen renkte beton üretilebilmektedir.
1.3.2. Betonun Dezavantajları
Mükemmel bir yapı malzemesi olarak nitelendirilebilecek olan betonun, diğer yapı malzemelerine göre bazı eksik yanları da mevcuttur. Bu eksiklikler,
"betonun dezavantajı" olarak adlandırılabilmektedir. Aslında, betonun dezavantajı olarak belirtilebilecek özeliklerin hiçbiri, betonun kullanımını engelleyecek nitelikte değildir. Ancak, betonun dezavantajlı tarafının bilinmesi, ve bu eksiklikleri giderebilecek önlemlerin alınması gerekmektedir.
Betonun dezavantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir:
Sertleşmiş beton, çekme dayanımı düşük olan bir malzemedir.
Beton, çekme veya eğilme yükleri altında kolayca çatlayabilmektedir. Bu bakımdan, beton elemanların çekmeye veya eğilmeye maruz kalabilecek bölgelerine çelik donatıların yerleştirilmesi, ve bu elemanların betonarme veya öngerilmeli beton elemanlar olarak kullanılması gerekmektedir.
Sertleşmiş beton gevrek özeliğe sahiptir.
Betonun gevrek bir malzeme olması, darbe yükleri karşısında yeterince dayanıklı olmamasına yol açmaktadır. Metallerle karşılaştırıldığında, betonun darbe dayanımı ve tokluk kapasitesi oldukça düşüktür.
Beton, çevreden maruz kalabileceği ıslanma-kuruma veya sıcaklık
Taze beton, kuruma nedeniyle büzülmektedir; sertleşmiş beton, ıslandığı takdirde, az da olsa, genleşmektedir. Çevre sıcaklığının artması ve içerisindeki suyun bir bölümünü kaybetmesi (kuruması) ile de, zamanla betonda büzülme yer alabilmektedir. O nedenle, yol, park yeri, havaalanı, ve benzeri yapılarda, beton bloklar arasında derz denilen kısa bir aralık bırakmak ve böylece çatlamaları kontrol altında tutmak gerekmektedir.
Beton, birçok yapı malzemesi gibi, sabit yükler altında zamanla kalıcı deformasyon gösterebilmektedir.
Normal servis koşullarında, beton, taşımakta olduğu sabit yüklerin etkisiyle zamanla bir miktar kalıcı deformasyon (sünme) gösterebilmektedir.
Öngerilmeli beton elemanlardaki betonun sünme göstermesi, önceden gerilmiş durumda olan çelik donatılar üzerindeki gerilme etkisini azaltabilmektedir. O nedenle, proje hesaplarının, betonun büzülme veya sünme özelikleri göz önünde tutularak yapılması gerekmektedir.
Beton, mükemmel bir geçirimsizliğe sahip değildir; içerisine bir miktar su veya zararlı maddeler içeren sular sızabilmekte ve betonun dayanıklılığını azaltabilecek olaylara neden olabilmektedir.
Betonun içerisine su sızması ve bu suyun donması, betonun çatlamasına yol açabilmektedir. Ayrıca, betonun içerisine sülfatlı veya asitli suların sızması durumunda, genleşme meydana gelmekte ve sertleşmiş betonun çatlamasına neden olabilmektedir. Betonun su geçirimsizliğini artırmak için beton karışımının hazırlanmasında su/çimento oranının düşük tutulmasına dikkat edilmektedir. Sık sık ıslanma ve donma koşullarına maruz kalacak betonlar hava sürüklenmiş beton olarak yapılmaktadır.
Betonlardaki "dayanım/ağırlık" oranı, metallerde olduğu kadar yüksek değildir.
Yüksek değerdeki yüklerin taşınabilmesi için, metallere göre, daha büyük boyutlarda beton elemanların kullanılması gerekmektedir.
2. BETON TÜRLERİ
Betonlar, genellikle yoğunluklarına, basınç dayanımlarına ve üretim yerle- rine göre gruplara ayrılırlar. Beton çeşitleri ayrı başlıklar altında geniş olarak aşağıda anlatılmıştır.
2.1. Yoğunluklarına Göre Betonlar
Sertleşmiş betonun yoğunluğu, betonun etüv kuru kütlesi havada tartılarak bulunmuş ağırlığının görünür hacmine oranıdır. Genellikle betonların yoğun- lukları kg/dm3 veya kg/m3 olarak belirtilir. Betonlar, yoğunlularına göre;
Hafif beton,
Normal beton,
Ağır beton,
olmak üzere üç gruba ayrılır. Taze betonda yoğunluk ise, belirli bir hacim içerisine sıkıştırılarak yerleştirilmiş taze betonun birim hacme karşılık gelen kütlesinin kg/dm3 olarak ifadesidir.
2.1.1. Hafif Betonlar
Hafif beton, etüv kurusu yoğunluğu 0,8-2,0 kg/dm3 arasında olan beton- dur. Hafif betonlar, geçmişten bugüne kadar çok çeşitli metotlarla üretilmektedir.
Hafif betonlar; hafif agregalarla, kimyasal köpüklerle, kum kullanılmadan yalnız iri agrega ile ve kimyasal metotlarla gaz oluşturmak suretiyle üretilirler. Bunların içinde en yaygın ve ekonomik olanı, hafif agregalarla yapılan beton üretimidir.
Üretildikleri hafif agrega cinsine göre isim alırlar; bims betonu, uçucu kül betonu, genleştirilmiş kil betonu ve odun talaşı betonu gibi. Bims veya talaş betonlarında, bims ve talaş agregaları yanında, gerektiğinde belirli oranlarda doğal kum ilave edilerek de hafif beton üretilmektedir. Beton içine genleştirici kimyasal maddeler katılarak gaz hücreli vb. hafif beton üretilmektedir.
Gaz beton, ince ve silisli bir agrega ve inorganik bir bağlayıcı madde (kireç veya çimento) ile hazırlanan karışımın, gözenek oluşturucu bir madde katılarak hatlt1etilmesi yolu ile elde edilen hafif betondur. Hafif betonlar, atık maddeleri değerlendirmek veya yapı elemanında ses, ısı ve hafiflik gibi
özelliklerin arandığı durumlarda yapılan betonlardır. Hafif beton kullanılması, yapı elemanında ses, ısı yalıtımı ve ölü yükün azalması gibi konularda önemli ölçüde yararlar sağlamaktadır. Yapı elemanı, öz ağırlığının azalması, kesitlerde küçülme ve daha az donatı gereksinimi sağlar. Yapı elamanının öz ağırlığının azalmasından dolayı depremlerden daha az etkilenerek can ve mal kaybının en aza indirilmesini sağlar. İzolasyon için ikinci bir malzeme kullanılmayacağından dolayı ekonomi sağlar. Yangına ve donma-çözülmeye karşı dayanımı daha fazladır. Çünkü, beton içindeki birbirinden bağımsız boşluklar, su ile tamamen dolmadığından donma- çözülmeden dolayı meydana gelecek içsel gerilmeden çok az etkilenir.
Hafif betonun mekanik özellikleri normal betona göre düşüktür. Bu beto- nun, üretiminde kalifiye insan gücü gerektirir. Kalıp sökme süresi, normal betona göre daha uzun zaman ister. Beton üretiminde kullanılan agregalar bölgeseldir.
Aşağıda hafif beton üretim şekilleri verilmiştir.
a) Doğal ve Yapay Hafif Agrega ile Üretilen Betonlar
Bu betonlar, ısı ve ses yalıtım amaçlı olmakla beraber yarı taşıyıcı hafif be- ton üretiminde kullanılır. Perlitli ısı yalıtım betonu, taşıyıcı yapı elemanlarının yapımına imkan sağlayacak mertebede taşıyıcılık niteliği olmayan, çimento, alçı veya suni reçine bağlayıcılı, agrega olarak yalnız genleştirilmiş perlit ile tabii agrega karışımı ihtiva eden, ısı yalıtıcı tabakaların yapımında kullanılan beton- dur. Perlit betonu, tüf-uçucu kül ve sünger taşı (pomza veya bims taşı) betonu, yüksek fırın cürufu ile üretilen betonlar genellikle ısı ve ses yalıtım amaçlıdır.
Vermikulit, genleştirilmiş kil ve şist betonu, taşıyıcı beton olarak kullanıldığı gibi yaygın olarak da ısı ve ses yalıtım amaçlı yerlerde kullanılmaktadır.
Odun talaşı ve ahşap yonga ile üretilen betonlar, genellikle ısı ve ses yalıtım amaçlıdır. Bu agregalar organik kökenli olmalarından dolayı, doğrudan doğruya beton içinde agrega olarak kullanılmaktadır. Odun kıymığının talaşa katılması ve böylece betonda kullanılması daha yaygındır. Organik kökenli agregalar selüloz, çözülebilir şeker, asit, yağ, reçine ve pek çok organik bileşim içerdiklerinden, çimentonun sertleşmesi ve döküm işlemi üzerinde kalıcı ve olumsuz etkilere sahiptirler. Bundan dolayı organik kökenli malzemeler, aşağıda
verilen işlemlerden geçirildikten sonra kullanılmaktadır:
Odun parçacıklarının kısmen oksitlenmesi sağlanır.
Oksitlenme sırasında oluşan kimyasal çözeltinin zararlı etkileri, ek kimya- sal işlemlerle önlenir.
Taneleşme, sülfat eriyiği ve alkali maddelerle hızlandırılır ve nötrleştirilir
Arta kalan zararlı etkiler, çimento şerbeti ile karıştırılarak giderilmeye çalı- şılır. Eğer yumuşak talaşlar kullanılıyorsa, %0,1 oranı geçmemek üzere kalsiyum klorür (CaCl) eriyiği ile karıştırılır.
b) Kimyasal Katkı Maddesiyle Üretilen Betonlar
Taze beton içine hava sürükleyici kimyasal katkı maddesi katılarak beto- nun birim hacim ağırlığının 2,0 kg/dm3'ün altında bir yapıya sahip olması- dır. Bu yönteme köpürtme yöntemi de denilir.
Taze beton içinde çimento ile birlikte alüminyum tozu ilavesiyle beton bünyesinde boşluklar oluşturularak elde edilmektedir.
Taze beton içinde hidrojen peroksil ve beyazlatma tozu ilavesiyle yine beton içinde boşluklar oluşturarak elde edilir.
Her üç yöntemde de elde edilen betonların birim ağırlıkları düşük, su em- meleri yüksek ve mekanik özellikleri azdır. Ses ve ısı izolasyon özellikleri iyidir.
Hafif betonlar, normal betonların sakıncalı yönlerini ortadan kaldırmak amacıyla bugün sanayi ülkelerinin çoğunda kullanılmaktadır.
Hafif betonları yoğunluk ve mukavemetlerine göre üç grup altında topla- mak mümkündür.
Yalıtım betonları; etüv kurusu yoğunluğu 0,8-1,4 kg/dm" basınç dayanımları 10 MPa dan küçüktür. Yalıtım betonu, ısı geçirgenlik katsayısı düşük olan betondur.
Yarı taşıyıcı hafif betonlar; etüv kurusu yoğunluğu 1,4-1,6 kg/dm3, basınç dayanımları 15 MPa civarındadır.
Taşıyıcı hafif betonlar; Taşıyıcı hafif beton, etüv kurusu yoğunluğu 1,9 kg/dm3'den az olan ve en az C 16 mukavemet sınıfındaki betondur.
2.1.2. Normal Betonlar
Normal beton; genellikle yoğun beton agregası ile üretilen, etüv kurusu yoğunluğu 2,0- 2,6 kg/dm3 arasında değişen betondur. Betonun yoğunlukları, genellikle betonda kullanılan agreganın çeşidine, orijinine, granülometrik yapı- sına bağlı olarak değişebilmektedir. Bu betonlar önemli bir ayrıcalık özelliği istenmeyen bina inşaatlarında kullanılmaktadır. Maliyetinin ucuzluğu, yüksek dayanımı, kolay işlenebilme özelliklerinden dolayı diğer yapı malzemelerine göre daha fazla kullanılmaktadır. Ancak bu betonla inşa edilen yapı elemanlarının birim ağırlıklarının fazla olması istenmeyen bir durumdur. Normal betonla üretilen elemanlar, kendi öz ağırlıklarını taşıyabilmeleri için oldukça fazla enerjiye ihtiyaç duymaktadırlar.
2.1.3. Ağır Betonlar
Ağır beton; barit, magnetit, limonit ve demir gibi yoğunlukları 3,2 kg/dm3’ ün üstündeki agrega kullanımıyla elde edilen betondur. Ağır betonlar, özellikle zararlı (α, β ve γ) ışınlara karşı bir perde oluşturmak amacıyla kullanılan, etüv kurusu yoğunluğu 2,6 kg/dm3 büyük olan betonlar olarak bilinmektedir.
Genellikle kullanım yerleri arasında nükleer reaktörler yani atom santralleri, hastanelerin ışın tedavisi yapılan bölümleri, askeri mühimmat depoları gibi yerler gösterilebilir. Nükleer çalışma gereği betonların içine bor tuzları katılır. Bunlar geciktirici etki yapar.
Ağır beton üretiminde:
Betonun homojen olmasına dikkat edilmelidir.
Çatlak meydana gelmemesi için dozaj 350 kg/dm3 den büyük ve s/ç oranı 0,50'den küçük olmalıdır.
Beton tabaka kalınlığı en fazla 25 cm olmalı ve sıkıştırmada yüksek fre- kanslı vibratörler kullanılmalıdır.
Sıkıştırmada vibratör uygulamasına önemle dikkat edilmelidir.
2.2. Basınç Dayanımlarına Göre Betonlar
Sertleşmiş betonların en önemli özelliklerinden birisi basınç dayanımıdır.
Betonun basınç dayanımında esas olan betonun yaşı, betonun karışımına su konulması zamanı başlangıç kabul edilerek gün olarak geçen süredir. Beton değişik yaşlarda basınç dayanım testine tutulabilir fakat bütün devletlerin standardında hesaplamalara ve değerlendirmelere 28 gün basınç dayanımı esas alınmaktadır. Basınç dayanımı 28 günün dışındaki bir günde test edilmiş olsalar dahi değişik cevrim katsayıları ile 28 günlüğe dönüştürülürler.
Basınç dayanımı ise betonun birim yüzey alanının taşıyabileceği en büyük gerilme olduğu bilinmektedir. Betonun basınç dayanımları hedef ve karakteristik olmak üzere iki şekildedir.
a) Hedef dayanımı (mukavemeti), projede ön görülen beton basınç dayanı- mının şantiyede elde edilmesi için beton karışım hesaplarında esas alınacak ve laboratuar şartlarında elde edilmesi gereken beton dayanımıdır.
b) Karakteristik dayanım (hesap mukavemeti), zemin, iklim ve proje verile- rine dayanılarak hesapla belirlenen ve bu değerden daha düşük değerler elde edilmesi belirli bir ihtimalle (% 5 veya %10) mümkün olan değere karakteristik (projede öngörülen basınç mukavemeti) dayanım denir.
Beton sınıflandırılmasında esas alınacak 28 günlük karakteristik basınç mukavemetlerinin tayininde, 150 mm x 300 mm'lik silindir veya 150 mm x 150 mm x 150 mm'lik küp deney numuneleri kullanılır. Beton basınç dayanımı özelliği, çoğunlukla basınç mukavemetini karakterize eden deyimdir. Çizelge - 2.1'de betonun silindir ve küp dayanımları verilmiştir.
C 2'den C l2'e kadar basınç dayanımı olan betonlar, düşük dayanımlı ola- rak adlandırılırlar. Bu betonların yapımında yoğun karışık agrega, hafif, organik, polipilen kökenli agregalar kullanılabilir. Bu sınıf betonlarda, basınç dayanımı özelliği ilk tercih sebebi değildir. Genellikle bu sınıfları oluşturan betonlar, ısı yalıtım, hacimleri bölme, alanları kapatma, canlıları olumsuz etkilerden koruma amaçlı kullanılır. Karışık agrega ile üretilmesine izin verilebilir.
C l2'den C 30'e kadar basınç dayanımı olan betonlar, normal dayanımlı olarak adlandırılırlar. Bu betonların yapımında karışık agrega kullanılabileceği gibi TS 802'de öngörülen agrega grupları da kullanılabilir. Yüksek dayanımlı betonlar, C 35 ve üstü olarak sınıt1andırılmaktadır. C 35 ve daha büyük beton sınıflarındaki betonların yapımında kullanılacak agregalar, mutlaka gruplandırılmış agrega ile üretilmelidir.
Yüksek dayanımlı beton üretimi yapabilmek için; agrega granülometrisinin iyi ayarlanmış, agrega kaliteli (su emmesi ve aşınması az, kusurlu ve şekli bozuk agrega miktarı %5'den az) olmalı, agreganın içinde kil ve silt bulunmamalıdır. Agrega yüzeyi çimento hamuru ile iyi bir aderans yapmaya uygun olmalı ve bunun yanında çimento da kaliteli ve taze olmalıdır. Beton içinde hiç boşluk olmamalı veya en az miktarda olmalıdır. Beton içindeki boşlukları en aza indirmek ve aynı zamanda puzolanik özelliğinden yararlanmak amacıyla betona, çimento ağırlığının %10'u kadar silis dumanı (Silika füme veya mikro silis) ilave edilmesi durumunda beton basınç dayanımında kayda değer bir artış gözlenir.
Yüksek dayanımlı beton araştırmalarında; kırma taş agregasının akarsu agregalarına göre aderansının daha iyi olmasından dolayı basınç dayanımının daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Bu artışın, yaklaşık olarak % 10 ile %30 ara- sında değiştiği belirtilmektedir. Kırma taş agregasının betonda kullanılması ile işlenebilirlik için ihtiyaç duyulan suyun yerine süper akışkanlık kazandırıcı katkı maddesi kullanılması zorunludur. Bu katkı maddeleriyle işlenebilmesi, yerleştirilmesi ve ilk günlerdeki dayanım artışının fazla olmasından dolayı kalıp alma süresi kısalmaktadır.
Çizelge 2.1. Betonun Karakteristik Basınç Dayanımı
Beton sınıfı
Normal Beton Dayanımı
(N/mm2) Hafif Beton sınıfı
Hafif Beton Dayanımı (NImm2)
Silindir Küp Silindir Küp
C 8/10 8 10 LC 8/9 8 9
C 12/15 12 15 LC 12/13 12 13
C 16/20 16 20 LC 16/18 16 18
C 20/25 20 25 LC 20/22 20 22
C 25/30 25 30 LC 25/28 25 28
C 30/37 30 37 LC 30/33 30 33
C 35/45 35 45 LC 35/38 35 38
C 40/50 40 50 LC 40/44 40 44
C 45/55 45 55 LC 45/50 45 50
C 50/60 50 60 LC 50/55 50 55
C 55/67 55 67 LC 55/60 55 60
C 60/75 60 75 LC 60/66 60 66
C 70/85 70 85 LC 70/77 70 77
C 80/95 80 95 LC 80/88 80 88
C 90/105 90 105 - - -
C 100/115 100 115 - - -
2.3. Üretildikleri Yerlere Göre Betonlar
Betonlar üretildikleri yere göre, şantiye ve beton santralı olmak üzere iki temel grup altında incelenmiştir.
2.3.1. Şantiye Betonu
Beton bileşenlerinin şantiyede karıştırılması sonucu elde edilen betondur.
Genellikle bu betonlar, şantiyede iki şekilde karıştırılarak üretilmektedir.
Bunlardan birincisi, küçük tadilat, tamirat amaçlı betondur ve elle yapıla- rak üretilir. El ile karıştırma, sadece küçük hacimli karışımlarda uygulanır.
Karıştırılacak beton, sağlam, su sızdırmaz ve zemine iyice oturtulmuş bir dö- şeme üzerinde veya su çekmeyen düz sağlam bir zemin üzerinde karılmalıdır.
Önce kum ve çakıl çimento ile karıştırılarak ve uygun bir harman oluncaya kadar en az 3 defa aktarılmalı, daha sonra uygun bir kova ile su verilmeli ve tamamen homojen bir beton kitlesi elde edilinceye kadar karıştırmaya devam edilmelidir.
Zorunlu kalmadıkça elle beton üretilmemelidir. Elle beton üretmek, beton tekniği ve kalite yönünden uygun değildir.
İkincisi ise betonyerle üretimdir. Betonyerle karıştırma, beton bileşenleri hesaplanan oranlarda betoniyere (karıştırıcıya) şantiyede konur ve istenilen beton kıvamı elde edilinceye kadar karıştırılır. Karıştırma işleminde betonyerin hızı ve karıştırma süresi etkili rol alır.
2.3.2. Hazır Beton
Merkezi bir karıştırıcıda (beton santralı) tamamen karıştırıldıktan sonra yerleştirileceği yere götürülen betona, santral betonu veya hazır beton denir.
Avantajları şöyle sıralanabilir;
Sertleşmiş beton özelliklerinin değişkenliği azalır. Beton santralinin ve agrega depolarının kurulmasına elverişli olmayan kalabalık yerleşim bölgesi ve şehirlerarası yollardaki şantiyelerde kullanımda kolaylık sağlar. Betonun kıvamı korunabilir. Küçük hacimli beton üretimi ve sürekli olmayan beton yerleştirilmesi için pratiktir.
Maliyeti biraz fazla olabilir, fakat bu maliyet artışı daha az sayıda personel görevlendirilmesi ve basınç dayanımında standart sapmanın daha düşük olması ve çimento miktarındaki tasarrufla telafi edilebilir.
Hazır betonun transmikserle karıştırılması, uzun taşıma mesafesi için ideal olup, gecikmelerden daha az etkilenir. Bununla birlikte transmikserlerin kapasitesi önceden karıştırılmış beton taşıyan kamyonun kapasitesinden daha azdır. Transit (hareket halinde) karıştırmada su, karıştırmanın başlamasından hemen önce miksere ilave edilmelidir. Transmikserde karıştırma iki yöntemle yapılır.
a) Kuru Karıştırma, çıkış karışımı kuru olarak gönderilir. Karışımda kulla- nılan malzemeler; çimento, agrega ve gereğinde çok ince malzeme ile katkı maddesidir. Karışım suyu şantiyede veya transmikser deposundan karşılanarak ilave edilir.
b) Yaş Karıştırma, çıkış karışımı yaş olarak gönderilir. Su/çimento oranı kıs- men daha düşüktür. Bu karışımda betonun iki saat içinde kalıba dökülmesi gerekir. Betonda homojenlik ve yüksek basınç mukavemeti sağlanır. Yüzeye çarpan malzemeden dökülme azdır, bu da ekonomik fayda sağlar. Çalışma esnasında daha az toz oluşur.
2.4. Özel Betonlar 2.4.1. Püskürtme Beton
Püskürtme beton, basınçlı hava yoluyla işlenmeye uygun olarak hazırlanmış yüzeyler üzerine püskürtülen ve püskürtme basıncıyla istenilen yüzeyler üzerine yapışan beton veya harçtır. 1920' de dinozor iskeletlerini korumak için kullanılan püskürtme beton daha sonra tünel kazılarında ve şev yüzeylerinde kaplama olarak uygulanmaya başlanmıştır. Püskürtme beton karışımların çimento miktarı normal betona göre daha fazladır. Beton püskürtülerek yerleştirilirken aynı zamanda püskürtme etkisiyle sıkıştırılmış olur.
Karışımlar genellikle daha yüksek ilk ve son mukavemet için dizayn edilmiştir.
Ayrıca sürtünme direnci faktörü emniyetli olduğu için karışımların düzgün oranlanması özel özen gerektirir. Püskürtme betonda kum içeriği toplam agreganın ağırlıkça %55- %65 arasındadır.
Beton yüzeye yüksek bir hızla püskürtüldüğü için yapışma ve sıkışma tam olur. Püskürtme betonu yüzeye ileten hortum çapı 30-65 mm arasında değişir. Genel olarak ifade edilirse, hortum çapı, kullanılan agreganın tane çapının 3 katı olmalıdır. Hortum boyu ise 10 ile 100 m arasında olabilir, ancak 10-30 m ortalama boy tercih edilmelidir.
Püskürtme beton, kuru ve ıslak (yaş) sistem olarak iki değişik şekilde uygulanır. Kuru ve yaş sistemlerinden birinin seçiminde şu üç ana unsur göz önünde bulundurulmalıdır:
İşe uygunluk ve pratik uygulanabilirlik
Yatırım, işletme, personel ve malzeme finansmanı
Bakım ve tamir koşulları a) Kuru Sistem
Kuru püskürtme beton, karışım suyu hortum başlığında ilave edilen püskürtme betondur. Karışım, kuru (susuz) olarak hazırlanır. Karışımda kullanılan malzemeler; çimento, agrega ve gereğinde çok ince malzeme ile katkı maddesidir. Çok ince malzeme ile kimyasal katkı maddesini aynı anda vermek çok seyrek uygulanan bir yöntemdir. Kuru karışım püskürtme makinesine doldurulur ve kontrollü olarak makine içindeki değirmenden geçtikten sonra 3-6
atmosfer basıncı (Atü) basınçla hortuma itilir. Hortum çıkışındaki püskürtme başlığında hız yaklaşık 50-70 m/s dir. Püskürtme başlığında kuru karışıma, su ve gereğinde beton kimyasal sıvı katkı maddesi ilave edilir. Püskürtme başlığı ile tatbik yüzeyi arasında ve yüzey üzerinde, kuru karışım malzemesi ile sıvı madde birbirine karışır.
b) Yaş Sistem
Yaş veya ıslak püskürtme betonu, karışım suyu ilave edildikten sonra uygulanan püskürtme betondur. Karışım yaş olarak hazırlanır. Çimento, agrega ve su ile karıştırıldıktan sonra basınçlı hava ile istenilen yüzeye püskürtülür.
Püskürtme beton yapımında kullanılan ekipman, belirlenen en büyük tane çaplı agregayı karıştırmaya ve püskürtmeye uygun olmalıdır. Bütün aletler; mikserler dahil, hortumlar, püskürtme ucu ve borusu hava ve su basınç göstergeleri ve contalar temiz olmalıdır. Püskürtme beton makinesi Resim 2.1’de görülmektedir.
Ayrıca Resim 2.2’de ulaşılamayan yerlerde makine yardımı ile ve elle püskürtme beton uygulamaları görülmektedir.
Yaş sistemin iki uygulama yöntemi vardır. Bunlardan birinde yoğun olmayan malzeme, diğerinde yoğun malzeme iletimi yapılır. Bu tekniklerin uygu- lanmasında farklı özellikteki makineler, değişik basınçlarda kullanılır. Püs- kürtmeden önce yüzeye hasır çelik konur. Son zamanlarda ise beton içine ince çelik teller konarak "lifli beton" tekniğinden yararlanılmaktadır. Sonuçta betonun çekme dayanımı yükseltilmiş olur.
Resim 2.1 Püskürtme beton makinesi ve çalışma şeması
Resim 2.2 Püskürtme beton uygulaması
2.4.2. Lifli Beton
Günümüzde gelişen teknolojiyle beraber betonun çeşitli alanlarda kullanılması önem kazanmıştır. Betonun öneminin artması, beton teknolojisinde gelişmelere neden olmuştur. Özellikle 1800'lü yılların ikinci yarısından itibaren çeliğin beton içerisinde kullanılması ile ortaya betonarme çıkmıştır. Yapı malzemesi olarak betonun kullanım alanlarını betonarmenin özelliğinden dolayı oldukça genişletmiştir.
Araştırmacılar, basınç dayanımı yanında, çekme ve eğilme dayanımı da yüksek olan aynı zamanda ekonomik bir yapı malzemesi aramaya başlamışlardır. Bu arayışlar, 1975'li yıllarda İngiltere ve İskandinavya ülkelerindeki yoğun çalışmalar sonucu lifli beton teknolojilerinin ortaya çıkmasını ve gelişmesini sağlamıştır.
Agrega, çimento ve su gibi temel bileşenler ile üretilmiş kompozit bir malzeme olan betonun özelliklerini değiştirerek iyileştirmek şartıyla taze beton içerisine çeşitli yöntemlerle değişik miktarlarda liflerin katılmasıyla elde edilen betona lifli beton adı verilir. Lifli beton, dağılmış gelişi güzel yönlenmiş lif ihtiva eden betondur. Betonda lif malzemesi olarak kullanılan cam, plastik polipropilen ve çelik gibi malzemelerin ilavesiyle yeni yapılan lif takviyeli bir betonda mukavemet artışı sağlanmaktadır.
Geleneksel beton, tipik olarak yorulma, kavitasyon, aşınma, çarpma dayanımı, çatlama sonrası yük taşıma dayanımı ve tokluk açısından zayıf bir
pertormans sergiler. Betonun bu özelliklerinin belirgin olarak gerektiği yerlerde, beton içine değişik malzemelerden üretilmiş ve teknik özellikleri yüksek liflerin katılması sonucu betonun yukarıda anılan zayıf özellikleri iyileştirilerek beton güçlendirilmiştir. Lifli betonun önemi;
Dinamik yükleme veya çarpma mukavemetini artırmak, malzemenin dökülme parçalanma ve dağılmasını önlemek için lif ilave edilir.
Yapıdaki çekme, eğilme kuvvetlerinin birlikte oluşturduğu gerilmelerden dolayı ve zor kesit tesirlerine karşı yapı elemanı, çelik donatı ve lif ile kuvvetlendirilerek dayanımı büyük ölçüde arttırılabilir.
Lif düktilitesi normal betona göre oldukça yüksektir. Bu yüzden çarpma etkisine, titreşimli yük etkisine ve dinamik yük etkisine karşı normal betona göre daha dayanıklıdır.
Normal donarı ile birlikte liflerin kullanılması halinde bazı yapısal davranış bozukluklarının önüne geçilebilir.
Belirli özelliklere sahip lif ile homojen olarak takviye edilmiş olan lifli beton, ilk görünüşte normal beton karışımlarına benzemesine rağmen değişik yükler altında gösterdiği davranış ve performans, çimento matrisi, harç fazı açısından normal (geleneksel) betondan oldukça farklı özellik gösterir. Lifin beton içerisinde gelişi güzel dağılımına rağmen lifli beton yük altında homojen bir malzeme olarak davranır.
Beton içerisinde bulunan değişik gerilmeler, malzeme içerisindeki çok küçük (mikro) çatlaklar sebebiyle düzensizdirler. Beton içerisine katılan lifler, çimento matrisini takviye ederek beton içerisinde üzerinden gerilmelerin geçtiği küçük köprüler olarak rol oynarlar. Beton içerisine dağılmış olan lifin çatlak sonlarına bitişik olmasından dolayı lif: matrisdeki çatlağın yayılmasına yol açan gerilmeleri kendi üzerine ve çatlamamış bölgelere nakleder. iletilen bu gerilmeler, çatlağın diğer yanına daha düşük kuvvetler olarak nakledilir. Böylece lifli beton;
Yorulma ve kesme kuvvetlerine karşı yüksek dayanım,
Çok yüksek enerji tutma kapasitesi ve darbe dayanımı,
Yüksek elastik mukavemet ve çatlamaya karşı yüksek dayanım sağlar.
Beton içerisindeki çelik lifi, betonun yapısını değiştiren ve ona plastik davranış özelliği kazandıran bir malzeme olarak nitelendirebiliriz. Çelik lifli betonun özelliği, onun arttırılmış plastik davranışı ve enerji tutma yeteneğidir.
Taze beton içerisine çeşitli metotlarla değişik miktarlarda katılan liflerin çeşitleri ve teknik özellikleri Çizelge 2.2'de görülmektedir.
Çizelge 2.2. Değişik Cins Liflere Ait Fiziksel Özellikler
Lif Cinsi
Çekme Dayanımı
(MPa)
Elastisite Modülü (103. MPa)
Maksimum Uzama
(%)
Özgül Kütle (g/cm3)
Akrilik 207-414 2,1 25-45 1,1
Asbestler 552-966 83-138 0,6 3,2
Pamuk 414-690 4,8 3-10 1,5
Cam 1035-3795 69 1,5-3,5 2,5
Naylon 759-828 4,1 16-20 1,1
Polyester 724-863 8,3 11-13 1.4
Polietilen 690 0,14-0,4 10 0,95
Polipropilen 552-759 3,5 25 0,90
Pamuk-Yün 414-621 6,9 10-25 1,5
Mineral Yünü 483-759 69-117 0,6 2,7
Çelik 276-2760 200 0,5-35 7,8
Söz konusu lif malzemelerinin elastisite modüllerinin betonun elastisite modülünden daha küçük olması, aderansın çok iyi olması halinde bile bu so- nucu oluşturmaktadır. Çünkü linerin beton deforme olmadan önce gelen yükükafşılamada çok az miktarda katkısı olmaktadır. Bu özelliklerinden dolayı da cam, polipropilen ve plastik linerin ilavesi betonun düktilitesini artırmaktadır.
Çeliğin elastisite modülü beton un kinden çok daha büyük olduğundan çelik lifli betona gelen yükün taşınmasında, çelik linerin payı diğer lif türlerine göre daha büyük olmaktadır. Çelik liner, düşük karbonlu C 1008'den üretilmişlerdir. En belirgin özellikleri; yüksek ve üniform çekme gerilmesine karşılık düşük uzama özellikleridir.
Yüksek ve üniform çekme gerilmelerine kafşılık düşük uzama özellikleri en önemli nitelikleridir. Çekme gerilmeleri ortalama olarak 1200 N/mm2 olup elastik limitleri %0,2'nin altındadır. Kullanılan çelik lifler farklı şekil ve en kesitleri görülmektedir (Şekil 2.1). Ayrıca bu çelik linerin farklı çapları söz konusudur.
Genel olarak çapları 0,13 ile 1,0 mm arasında olup uzunluk/çap oranları, 30 ile 150 arasında değişmektedir. Ayrıca Resim 2.3’ te polipropilen lifler görülmektedir.
Şekil 2.1 Beton içerisine katılan çelik lif
Resim 2.3 Beton içerisine katılan polipropilen lif
2.4.3. Ferrocement Beton (Ferro Beton)
Ferrocement, genellikle sık aralıklarla serilmiş, sürekli nispeten küçük çaplı tel örgülerle donatılmış çimento harcından oluşan ince cidarlı bir betonarme çeşididir. Bu beton çeşidinde yapılacak yapı elamanının şekli bire bir
ölçekte açılımı çizilir ve şekline göre taşıyıcı demirler şekillendirilir. Şekillendirilen demirler yerde montaj edilerek yapılmak istenen elamanın iskeleri oluşturulur.
Daha sonra kates veya benzeri göz açıklığı 9 mm'den küçük örgülüteller (hasırlar) (Resim 2.4 - 2.6) ana iskelet üzerine montaj edilerek su- çimento oranı 0,40 ile 0,50 olan ve enbüyük tane çapı 2 mm olan kumla üretilen beton harcının mala ile sürülmesiyle elde edilen özel bir betonarme türüdür. Bu betonla üretilen elemanların kalınlıkları 10 mm den 40 mm'ye kadar değişen ince paneller veya kesitler şeklinde ve pas payı 2-3 mm olacak şekilde hazırlanabilmektedir.
Ferrocement sürekli harç tazı içinde kompozit bir malzeme olarak kabul edilmektedir. Normal betonda olduğu gibi kimyasal ve puzolanik katkı maddeleri kullanılır.
Ferrocement betonun fiziksel ve mekanik özellikleri kompozit malzeme kuralları göz ön ünde tutularak belirlenmesi gerekir. İlk uygulamaları 1848 yılında Joseph Lours Lambat tarafından yapılmıştır. 1940 yıllarında Nervi tarafından tekrar ele alınmış ve geliştirilmiştir. Nervi'nin çalışmaları sonunda uzun yıllar sadece tekne yapımıyla sınırlı kalmıştır. Araştırma Merkezinin kurulmasıyla gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde halen bu konuda geniş araştırmalar yapılmaktadır. Bu betonla çatı örtülmesi, bot ve tekne, silo, güneş korumaları, gökdelen sandaviç duvarlar panelleri, havuz, menfez, küçük ev ve su tankı olarak bir çok yerlerde kullanılmaktadır. Taşıyıcı sistem elemanları üçgen veya kemer sistemi şeklinde oluşturulmaktadır.
Ferrocement tekne yapımı, ucuz tekne yapmaya uygun olması ve fazla işçilik gerektirmemesi, istenilen şekil kolayca verilebilmesi nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Bu beton ülkemizde de araştırılmış ve ODTÜ'de 1976 yılında bir ferrocement tekne inşa edilmiştir.
Küçük konutların yapımında en büyük problem çatı malzemesi tayininde çıkmaktadır. Konutun döşeme duvarları yerel malzemelerle inşa edilebilmektedir. Ancak yerel malzemeler ile dış etkilere ve depreme dayanıklı ekonomik çatılar yapmak pek mümkün olamamıştır.
Asbestli çimento levhaların sağlığa zararlı yanı gündeme gelince ferrocement, çatı elemanları daha çok tercih edilir hale gelmiştir. Bu nedenle
üretilebilmesi sayesinde, uzun açıklıklar geçilebilmekte ve yapı maliyeti düşmektedir.
Yapılan araştırmalarda, ferrocement katlanmış plak ve oluklu levhalar ile ferrocement kabuk çatıların asbestli çimento levhalara oranla daha düşük birim maliyete ve daha yüksek yük taşıma kapasitesine sahip oldukları görülmüştür.
Resim 2.4 Ferrocement Uygulamasında Kullanılan Altıgen ve Kaynaklanmış Ağ Çeliklere Örnekler
Resim 2.5 Ferrocement uygulanacak yapının ağ çelikleri ile örülmesi
Resim 2.6 Püskürtme Metoduyla Ferrocement Uygulaması
2.4.4. Vakumlu Beton
Vakumlu beton, geniş yüzeyalanlarında katılaşmadan önce içindeki su ve hava vakum uygulanması yoluyla alınmış betondur. Vakumlu beton, klasik betonlama ekipmanlarının çağdaş teknoloji olanaklarıyla donatılmış ve vakumlama olayı ile takviye edilmiş şeklidir. Gelişen teknolojinin inşaat sektörüne yansıması olarak adlandırabileceğimiz sistem, günümüzde gelişmiş ülkelerin çoğunda yaygın olarak uygulanan, uygulandığı alanlarda ekonomik sonuçları da beraberinde getiren ve betonlamanın ideal bir şekilde olmasını sağlayan bir sistemdir.
Betonun döküleceği alanın döküme hazır hale getirilmesinden sonra sistemin uygulanması, yüksek frekanslı vibratörlerle başlar, vibrasyonlu mastarlar, vakumlu örtü seti, kontrol mastarı ve perdah makinesiyle devam eder.
Beton kaba dökümünde kalınlık 10 cm'den fazlaysa kaliteli bir beton için yüksek frekanslı vibratör kullanılmalıdır.
a) Vakumlu Betonun Genel Özellikleri
Betonda yeterli yüksek işlenebilirlik ve minimum s/ç oranının birlikte temin
edilmesinin bir yolu da yerleştirme işleminden sonra taze betonun vakum işlerine tabi tutulmasıdır.
Vakumlu beton yönteminde vakum kalıplı yada kalıpsız dış yüzeylere doğrudan doğruya basit olarak uygulanır. Beton içindeki hava kabarcıkları çıkarılarak ve beton içindeki sudan dolayı beton davranışları kontrol altına alınır.
Derinlikten su çıkarmak ve su miktarını hangi oranlarda azaltılacağına karar verebilmek için beton karışım oranlarını iyi analiz etmek gerekir.
Vakum uygulamasında, vakum panosu betona yaklaştırıldıkça ilk önce kısa süre (bir iki saniye) panoyu titretir. Vakum uygulamasında amaç beton içindeki suyu azaltmak, sonuçta yüksek oranda dayanıklılık sağlamaktır. Vakum uygulama süresi betonun kalınlığı ile doğrudan ilgilidir Çizelge 2.3.'te görülmektedir. Vakum uygulaması ilk 3 gün içinde beton mukavemetinde 90- 210 kgf/cm2'lik dayanım artışı meydana getirir. Beton dayanımının erken olmasının bir çok yararı vardır. Bu sayede, kalıp alma süresi azalacak, beton, kullanıma erken girecek, inşaat süresi azalacak ve yapının, işletmeye daha çabuk girmesi ile ekonomi sağlanacaktır. Hava alanı, endüstriyel döşeme, akaryakıt istasyonlarında ve kara yolu gibi sahalara dökülen taze betona uygulanmasında büyük yararlar görülmektedir.
Çizelge 2.3 Döşeme Derinliğine Bağlı Olarak Vakum Uygulama Süresi
Döşeme Kalınlığı Vakum Uygulama Süresi
5 cm 'den az 0,75 dakika x derinlik
6-10 cm 2,5 dakika + 1 dakika x (derinlik-5 cm) 11-15 cm 8,5dakika + 1,5 dakika x (derinlik-10 cm) 16-20 cm 16 dakika + 2,0 dakika x (derinlik-10 cm) 21-25 cm 26 dakika+2,5 dakika x (derinlik-20 cm)
Orta işlenebilirlikteki beton, alışılmış usullerle kalıba yerleştirilir. Taze beton, su dolu ve sürekli kanal sistemine sahip olduğu için, beton yüzeyine tatbik edilen vakum, betonun belirli derinliğinden önemli miktarda su çekilmesine imkan verir. Başka bir deyişle, işlenebilirliliği sağlamak için kullanılan ve beton yerleştirildikten sonra görevini tamamlamış su alınmış olur. Beton dış ve iç
yüzeyinde oluşabilecek boşluk ve borucukların betondan beklenilen özellikleri olumsuz yönde etkilediği bilinmektedir. Hava kabarcıkları sürekli bir sistem teşkil etmedikleri için sadece yüzeydeki kabarcıklar vakum yoluyla alınabilir.
Basınç dayanımındaki artış, belirli bir kritik değere kadar çekilen su miktarı ile doğru orantılıdır. Vakum uygulanan betonun ilk günlerdeki dayanım artışı normal betondaki artışa göre oldukça yüksek olduğu Çizelge 2.4.'de görülmektedir.
Vakum işlemi esnasında, taze beton içerisinde atmosfer basıncından düşük basınç oluşması bir iç akımın oluşmasına neden olur. Bu da atmosfer basıncı etkisiyle bir sıkışmanın oluşması demektir. Sıkışmanın etkisi, S/Ç oranının düşürülmesi ve beton içindeki havanın alınması normal betona göre dayanım artışı sağladığı gibi beton kalınlığının alt ve üst kısmı arasında önemli derecede farklılık görülmektedir.
Vakumlu beton işçilikten, malzemeden, zamandan sağladığı tasarrufun yanında normal betona kıyasla sağladığı düzgünlük, çatlaksızlık, daha fazla aşınma direnci, su geçirmezlik, yağlara, kimyasallara, akaryakıta karşı dayanıklı oluşu kısaca hizmet ömrünün uzun oluşu nedeni ile tercih edilmektedir.
Prefabrik yapı (tablalı kiriş, duvar pano vb.) elemanı üretiminde vakumlu beton, hızlı sertleşme özelliğine sahiptir. Bu yapı elamanlarında vakumlama işlemi bittikten 30 dakika sonra kalıpların alınması mümkün olabilir. Özellikle ön yapımlı beton işleminde bu avantaj önemli ekonomi sağlar.
Çizelge 2.4. Basınç Dayanımı Artış Oranları
Karışım dozajı Beton yaşı (gün)
1 3 7 14 28
300 kg/m3 %142 %81 %57 %54 %39
250 kg/m3 %86 %58 %45 %42 %29
Açık sahada yapılan bir vakumlu beton uygulamasına ilişkin aşamalar Resim 2.7 – 2.11 de sırasıyla görülmektedir.
Resim 2.7 Betonun vibratörlü yüzen mastar ile düzeltilmesi
Resim 2.8 Sıkıştırılmış betonun üzerine vakum örtüsünün serilmesi
Resim 2.9 Taze betona vakum örtüsü serilmesi ve vakum pompasına örtüden hortum çekilmesi
Resim 2.10 Vakum pompasının çalıştırılması ve çıkan suyun toplanması
Resim 2.11 Beton yüzeyinin perdah makinesi ile (helikopter) perdahlanması
2.4.5. Silindirle Sıkıştırılmış Beton (SSB)
Silindirle Sıkıştırılmış Beton (SSB) kabaca, yol, baraj, liman mühendisliğinde kullanılan, damperli kamyonlarla taşınıp, buldozer veya greyder ile yayılabilen ve vibrasyonlu silindirler ile sıkıştırılabilen, çökmesi olmayan yani çökmesi sıfır (0), katı kıvamıı, 30-40 cm tabakalar halinde serilip vibratörlü silindir ile sıkıştırılan, çimento dozu düşük, yüksek dayanım, dökme verimliliği ve yapım süresi gibi birçok ekonomik avantajlar sağlayan bir beton türüdür.
İngilizce "ROLLER COMPACTED CONCRETE" yani Silindirle Sıkıştırılmış Beton isminde "Kuru Grobeton" esinlernesi ile türetilmiştir.
SSB, klasik betona göre daha az çimento içermektedir. Çimento miktarı, genellikle 100-200 kg/m3 civarında katılarak üretilmektedir. Bunun yanında SSB karışımında, klasik betondan daha büyük tane çapı içeren agrega kulla- nılmaktadır. Agreganın, sağlam ve kimyasallardan arı olması, granolumetrisinin yeterli olması ekonomik bir avantajdır. Kullanılan agreganın, en büyük tane çapı, 63-125 mm arasında değişmektedir. Klasik betonda genel olarak bulunan %3 ile
%6'lık arasında iken, bu miktar, SSB'da %1 ile %3 oranında olmaktadır. Bunun yanında, SSB karışımında, az miktarda çimento ve büyük oranda uçucu kül bulunmaktadır. Böylece atık madde olan uçucu kül değerlendirilmiş
olunmaktadır. Uçucu kül kullanımı gerekli dayanım sınırları içinde kalma koşulu ile karışımdaki çimento oranı azaltılarak yerine %50'ye varan oranlarda uçucu kül ve puzolan kullanılabilmektedir. Bu da maliyeti %20 oranında düşürmektedir.
SSB yönteminin geleneksel baraj yapım yöntemlerine göre tercih edilmesinin sebebi, teknik avantajları, ekonomik avantajları, süre (zaman) avantajlarıdır. Bir barajın temel kazısının azlığı, derivasyon-dipsavak tünellerinin kısalığı, memba batardosuna ihtiyaç duyulmaması ve de dolu savak yapısının gövde üzerinde masrafsız teşkili daha projelendirme sırasında bile diğer barajlardan %30-40 oranında ekonomikliğini ortaya koyması bu teknolojinin tartışılmaz unsurunu ispata yetmektedir.
SSB karışımında kullanılan çimento, klasik betondaki miktarın yarısına indirilerek beton maliyetini azaltmaktadır. Resim 2.12 ile 2.17 arasındaki resimlerde bir beton yol uygulamasının SSB ile hangi aşamalardan geçerek 7 gün gibi kısa bir sürede nasıl yapıldığı gösterilmiştir.
Resim 2.12 Yol yapılacak Alandaki Zeminin Kazılması. (1. Gün )
Resim 2.13 Saat 10.00. Yol Yüzeyinin Düzeltilmesi ( 1. Gün )
Resim 2.14 Saat 10.30. Beton Dökümü İşlemi ( 1. Gün )
Resim 2.15 Silindir ile Beton Sıkıştırılması. (1.Gün )
Resim 2.16 Sıkıştırma İşlemi Bittikten sonra Kür Uygulanması (1 Gün)
Resim 2.17 Yolun Trafiğe Açılması. ( 7. Gün )
SSB ‘nin baraj gövde betonlarının dökümünde kullanılmasına ilişkin uygulamalar işlem sırasına göre Resim 2.18’de görülmektedir.
Resim 2.18 SSB ‘nin baraj gövde betonlarının dökümünde kullanılması
1 2
3 4
2.4.6. Reaktif pudra betonu
Çimento ile üretilen kompozitlerin yüksek mekanik özelliklere erişebilmesi konusunda son yıllarda birçok araştırma gerçekleştirilmiştir. ilk olarak 1930'lu yıllarda Eugene Freyssinet taze betona priz sırasında uygulanacak basınç kuvvetinin, betonun basınç dayanımını artırmada olumlu etkisi olduğunu söylemiştir. 1960'lı yıllarda ise yüksek sıcaklık ile artan basınç kürü uygulanarak beton basınç dayanımı 650 MPa 'ya ulaşmıştır.
Bu malzemeler, ilk kez 1990'lı yılların başlarında Paris'te Bouygues'in laboratuarlarındaki araştırmacılar tarafından geliştirildi. RPB 'ler küp basınç dayanımları 200 ve 800 MPa arasında, çekme dayanımları 25 ve 150 MPa arasında ve kırılma enerjileri yaklaşık 30000 J/m2 ve birim ağırlıkları 2500–
3000 kg/m3 aralığında değişen yeni kuşak betonlardır.
RPB'nin içyapısı daha sıkı tane düzenine sahip olup, mikroyapısı YDB'ye göre en kuvvetli çimentolu hidrate ürünler ile güçlendirilmektedir.
RPB'nin yüksek performansı genel olarak mikroyapı mühendisliği yaklaşımı ile sağlanmaktadır.
Reaktif pudra betonu liflerle güçlendirilmiş, çok düşük su/çimento oranında çimento ve sil is dumanı karışımının süperakışkanlaştırıcı kullanılarak ince öğütülmüş kuvars tozuyla karıştırılması sonucu elde edilen yüksek dayanımlı kompozit bir malzeme olarak bir cümle ile tanımlanabilir.
Karışımda çok ince agrega kullanılması sayesinde yapıdaki mikro boşluklar azaltılarak eğilme ve basınç dayanımında artış sağlanabilmiştir. Normal betonlarda kullanılan rijit agrega tanelerinin birbirine teması sonucu matris boyunca oluşan arayüzdeki boşluklar tane çapının azaltılması ile ortadan kaldırılmaktadır. Karışımda gerçekleştirilen bu düzenleme ile betonun porozitesi azaltılmakta donma-çözülme gibi çevresel etkilerine karşı direnci ise artmaktadır. Normal çimento içerikli kompozitler ile karşılaştırıldığında RPB'nin en belirgin özelliği homojen yapısı, düşük boşluk oranı ve güçlendirilmiş çimento matrisidir. Karışımda ince taneli agreganın ultra ince bir malzeme olan silis dumanı ile birlikte kullanılması agrega taneleri ile çimento hamuru arasındaki temas yüzeyini artırarak mekanik özelliklerin
