Genleştirilmiş Polistrenli Hafif Beton Uygulaması
Mustafa Erdoğan Serdar Karabölen Bursa Beton Sanayi ve Ticaret A.Ş. Ulu
Cadde No: 20 Osmangazi / Bursa Tel: (224) 251 21 90
E-Posta: m.erdogan@bursabeton.com.tr
Bursa Beton Sanayi ve Ticaret A.Ş. Ulu Cadde No: 20 Osmangazi / Bursa
Tel: (224) 251 21 90
E-Posta: s.karabolen@bursabeton.com.tr
SerpilUlu
Bursa Beton Sanayi ve Ticaret A.Ş. Kalite Kontrol ve Ar-Ge Laboratuvarı Bursa – İzmir yolu 20. km. Görükle / Bursa
Tel: (224) 483 31 50 E-Posta: s.ulu@bursabeton.com.tr
Öz
Bursa Merinos Fabrikasının “Atatürk Kültür Merkezi ve Merinos Kültürparkı” olarak düzenlenmesi kapsamında, yapının taşıyıcı çerçeve sistemi korunmak kaydıyla, yapılmış olan statik hesaplar neticesinde mevcut döşeme kaplaması kaldırılarak, yerine, taşıma gücü olmayan ancak sisteme en az yük getireceği planlanan ve aynı zamanda ısı yalıtım vazifesi göstereceği öngörülen hafif beton tercih edilmiştir. Yapılan laboratuar denemeleri sonucunda istenen özelliklere uygun tasarım belirlenmiş ve endüstriyel üretime geçilmiştir. Bu çalışmada, firmamız tarafından temin edilen granüle stiroporlu hafif beton uygulaması detaylı bir şekilde irdelenmektedir.
Anahtar sözcükler: Genleştirilmiş polistren, Hafif beton, Birim ağırlık, Isı yalıtımı
Giriş
Günümüzde, tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de “kentsel dönüşüm projeleri” önem kazanmaktadır. Bazen ekonomik ömrünü tamamlamış yapıların işlevleri değiştirilerek nitelikli ve kaliteli yeni bir değer oluşturulabilirken, bazı durumlarda da var olanı kaldırıp gereğinde yeniden inşa etmek ve kente yeni eklemeler yapmak çağdaş bir planlama yöntemi olarak kabul görmektedir.
Cumhuriyet Türkiye'si sanayi devriminin simgelerinden biri olan Bursa Sümerbank Merinos Yünlü Sanayi Dokuma Fabrikası Kasım 1935 tarihinde temeli atılmış, 2 Şubat 1938 tarihinde Mustafa Kemal Atatürk tarafından hizmete açılmıştır. 1970'lere kadar gelişerek ve büyüyerek son derece verimli bir şekilde çalışan fabrika bu dönemden sonra eski verimini devam ettiremeyip, zarar eden bir işletme durumuna gelmiştir.
Sümer Holding A.Ş. mülkiyetinde bulunan fabrika, Özelleştirme Yüksek Kurulu'nun 25.10.2004 tarihli kararı ile eğitim, halka açık kültür, sanat ve rekreasyon amaçlarında kullanılmak üzere Bursa Büyükşehir Belediyesi'ne devredilmiştir.
Toplam 261 806 m2 yüzölçümlü Merinos fabrika alanının “Atatürk Kültür Merkezi ve Merinos Kültürparkı” olarak düzenlenmesi; Bursa ve yakın çevresini doğrudan ilgilendirdiği gibi tüm ülkenin de ilgi odağı olacak çok önemli bir kamu yatırımı ve ulusal ölçekte diğer kentlere de örnek oluşturabilecek bir dönüşüm projesidir (Bkz Resim 1 – 2 – 3 ) [3].
Resim1 Projenin Vaziyet Planı
Resim 2 Maket Görünüş. Resim 3 Maket Görünüş.
Proje kapsamında, Koruma Kurulu kararına göre tescil edilen 11 adet ve korunması tavsiye edilen 2 adet olmak üzere toplam 13 adet yapının restorasyonu gerçekleştirilecek ayrıca tüm açık alan kamusal ‘’kentsel park oluşturma’’ amacına yönelik olarak “Kültürpark” biçiminde düzenlenecektir. Ana Bina Kongre Kültür Merkezi olarak değerlendirilecek, diğer binalar ise kültür ve rekreasyon amaçlı düzenlenecektir. İlave yapılacak yapıların projeleri hazırlanıp bununla birlikte alanda bulunan mevcut yapıların röleveleri çıkartılarak restorasyon amaçlı ön projeleri hazırlanıp koruma kurulu onayı alınmıştır. 20.03.2006 tarihinde uygulama ihalesi yapılmış olup ihaleyi kazanan müteahhit firmalar tarafından çalışmalara başlanmıştır.
Müteahhit firmanın kongre binasına dönüştüreceği ana bina olan fabrika binasının toplam alanı 109 424 m²’dir. Bu yapının taşıyıcı çerçeve sistemi korunmak kaydıyla, yapılmış olan statik hesaplar neticesinde mevcut döşeme kaplamasının kaldırılarak, yerine, taşıma gücü olmayan ve sisteme en az yük getireceği planlanan ve aynı zamanda ısı yalıtım görevi göstereceği öngörülen hafif beton tercih edilmiştir.
Müteahhit firma, bu bağlamda, firmamızdan birim ağırlığı 850 – 950 kg/m³ , 28 günlük basınç dayanımı en az 3 MPa ve ısıl iletkenlik katsayısı en fazla 200 mW/mK olan hafif beton talep etmiştir.
Hafif beton kullanılmasını gerekçe kılan sebebe bakacak olursak;
Eski Durum
Yeni Durum
Yeni projeye göre döşeme kotunun yükseltilmesi neticesinde beraberinde ağırlık problemi de getireceği için; yukarıdaki kesitlerden de görüleceği üzere; hafif beton yerine normal beton kullanılması durumunda;
900 x 0,15 = 135 kg/m² yerine 2400 x 0,15 = 360 kg/m² ilave yük oluşacaktır. Bu artış, toplam ağırlığın 685 + (360 – 135) = 910 kg/m²’ye çıkmasına ve yapının statik açıdan riskli duruma gelmesine sebebiyet vermektedir. Hafif beton kullanılması durumunda ise; sadece 37 kg/m² fazladan ağırlık ile bu sorun aşılırken, yapı 360 – 135 = 225 kg/m² fazla yükten kurtulmuş olacaktır.
Yapılan kot taraması sonucu ortalama 15 cm. kalınlıkta uygulanması öngörülen hafif beton miktarı yaklaşık olarak 10 000 m³ olup, tebliğin hazırlandığı sıralarda 7.075 m³’ü dökülmüş durumdadır.
Toplam ağırlık = 648 kg/m²
Toplam ağırlık = 685 kg/m²
Uygulama Deneysel Çalışma
Önceki yıllarda da ( 2003 yılında ) benzeri projelerde fiili uygulaması gerçekleştirilen hafif betonun bu projedeki endüstriyel üretimine başlamadan önce, müteahhit firma tarafından talep edilen beton özelliklerini karşılamak amacıyla; birim ağırlık, hava içeriği, 30 dakikalık kıvam kaybı, ısıl iletkenlik katsayısı, 3 – 7 – 28 günlük basınç dayanımları ve granüle ekspande polistrenin yoğunluğundaki değişkenlikleri kapsayan bir seri deneysel çalışma yapılmıştır. Yukarıda bahsi geçen deneyler 15.12.2006 – 19.01.2007 tarihleri arasında firmamızın Görükle’de kurulu Kalite Kontrol ve Ar-Ge laboratuarında gerçekleştirilmiştir.
Denemelerde, 20 ± 2 cm. kıvam hedef alınmış olup, yapılan karışımlara ait veriler Tablo 1’ de görülmektedir.
Tablo 1 - Beton deneme karışımları tablosu.
Deney tarihi 15.12.2006
Karışım No K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 Çimento (CEM I) (kg/m³) 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 Uçucu kül (kg/m³) 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 Kırma kum (kg/m³) 420 405 385 370 365 345 345 325 310 310 Kimyasal katkı
(süper akş.) (%) 1,0
Kimyasal katkı (hava
sür.) (%) 1,2
Granüle EPS (kg/m³) 10,45 10,50 10,60 10,60 10,50 10,50 10,45 10,40 10,50 10,35 Su/çimento 0,41 0,40 0,39 0,39 0,38 0,38 0,37 0,37 0,36 0,36 Beton sıc. (ºC) 19 19 20 18 18 19 19 19 18 18 Hava sıc. (ºC) 14 15 16 14 13 12 11 11 10 9 Çökme (cm.) (başl.) 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 Çökme (cm.) (30 dk.) 16 17 16 16 16 17 16 16 15 16 Birim ağırlık (kg/m³) 906 912 913 878 893 932 902 885 897 921
Hava (%) 20 19 19 22 21 18 20 22 21 18
3 gün 0,9 1,0 0,8 1,2 1,6 1,4 1,5 1,4 1,6 1,5 7 gün 1,3 1,6 1,6 2,1 2,9 3,2 3,0 3,0 3,4 3,5 Basınç
dayanımı
(MPa) 28 gün 2,2 2,5 2,8 2,9 3,8 4,3 4,0 4,4 4,2 4,7
Yapılan laboratuvar çalışmaları içinden seçilen 5 adet farklı karışıma ait deney numuneleri ısıl iletkenlik deneyi (TS 825, TS 388, TS ISO 8301, TS EN 12667) gerçekleştirilmek üzere İzocam A.Ş. Ar-Ge laboratuarına gönderilmiş olup buradan elde edilen değerler Tablo 2’de verilmektedir (Yıldız ve Kaya, 2004).
Malzemeler Çimento
Denemelerde Bursa Çimento Fabrikası A.Ş. tarafından üretilen CEM I tipi çimento kullanılmış olup özellikleri Tablo 3’ de görülmektedir.
Tablo 3 - Kullanılan çimentonun özellikleri.
Basınç dayanımı (N/mm²) Özgül
ağırlık
Blaine özgül yüzeyi (cm²/gr)
μm 45 üstü
Kızdırma kaybı (%) SO3
(%) Cl¯
(%) 1 gün 2 gün 7 gün 28 gün 3,15 3485 %
12 3,45 2,47 0,011 12,8 22,7 41,4 53,4
Mineral Katkı
Orhaneli Termik Santrali’nden temin edilen uçucu kül kullanılmıştır. Kullanılan uçucu külün fiziksel ve kimyasal özellikleri Tablo 4’ de görülmektedir.
Tablo 4 - Kullanılan mineral katkının özellikleri.
Özgül ağırlık 2,05 İncelik (45 μm elek üstü, %) 31,2
28 gün 80,8 Puzolanik aktivite
indisi (%) 90 gün 97,3 Kızdırma kaybı (%) 0,46 Klorür (%) 0,009
SO3 (%) 2,87
Serbest CaO (%) 2,13 Genleşme (mm) 3
Agrega
Gürsu / Bursa bölgesinden temin edilen kırma kum kullanılmıştır. Kullanılan agreganın özellikleri Tablo 5’de görülmektedir.
Tablo 5 - Kullanılan agreganın fiziksel özellikleri.
Fiziksel Özellikler
5,6 mm. 100 4 mm. 92 2 mm. 64 1 mm. 43 0,5 mm. 30 0,25 mm. 21 0,125 mm. 14 Elekten geçen (%)
0,063 mm. 9 İncelik modülü (F.M.) 3,36
Özgül ağırlık (DKY) 2,64 Su emme (ağırlıkça, %) 1,33
Metilen mavisi değeri 0,5
Genleştirilmiş Polistren
Üretici firmadan temin edilen granül haldeki genleştirilmiş polistrenin birim ağırlığı 20 kg/m3 dür.
Kimyasal Katkı
Deneme karışımlarında iki farklı kimyasal katkı kullanılmıştır. Bunlardan ilki karışım suyunu azaltmak amacıyla kullanılan süper akışkanlaştırıcı katkı (ligno+naftalin sülfonat esaslı); ikincisi ise betonu hafifletmek amacıyla kullanılan sodyum tuzları karışımından oluşan hava sürükleyici katkıdır. Kullanılan kimyasal katkılara ait fiziksel ve kimyasal veriler Tablo 6’da görülmektedir.
Tablo 6 - Kullanılan kimyasal katkıların özellikleri.
Katkının cinsi Süper akışkanlaştırıcı Hava sürükleyici Görünüm, renk Koyu kahverengi sıvı Koyu kahverengi sıvı Yoğunluk (gr/cm³) 1,190 1,008
Kuru madde (%) 39,1 3,6
pH 8,4 8,6
Suda çözünür klorür (%) < 0,1 < 0,1 Alkali miktarı (%, Na2O) < 5,0 < 5,0
Endüstriyel Üretim
Endüstriyel üretimin gerçekleştirilmesi amacıyla hafif betonun kullanılacağı şantiyeye (Atatürk Kültür Merkezi ve Merinos Kültür Parkı) mesafesi en yakın (8km) ve üretim kapasitesi 60 m3/saat olan tesis seçilmiştir. Endüstriyel olarak üretilen betonlara birim ağırlık, hava miktarı, kıvam, kıvam kaybı ve basınç dayanımı deneyleri uygulanmıştır.
Üretim prosesinde, her transmikser doluma girmeden önce gerekli EPS miktarı yüklenmiş, diğer bileşenler konvansiyonel betondaki gibi santralde yüklenmiştir. Bu şekilde bir transmikserin dolumu toplam 30 dakikayı bulmuştur. Ancak, betonun hafifliğinden dolayı kolay ve az zamanda gerçekleşen döküm süresi göz önüne alındığında toplam sürenin konvansiyonel beton döküm süresinden farklı olmadığı ortaya çıkmaktadır. Ancak, üretim esnasında yapılan zemin kodu okumaları neticesinde zaman zaman kalıp hacmi ile sevk edilen beton hacmi arasında farklılıklar gözlemlenmiştir. Bunun nedeni olarak, granüle haldeki EPS üreticisinden temin edilen hammaddedeki (fabrikadaki üretiminden kaynaklanan) yoğunluk değişkenliği ve
Tablo 7 – 8 – 9’ da endüstriyel üretime ait bilgiler yer almaktadır.
Endüstriyel üretim süresince alınan 76 takım taze beton numunesine ait verilerin ortalama değerlerini ve istatistiksel bilgileri içeren tablo aşağıda görülmektedir.
Tablo 7 – Taze ve sertleşmiş GPHB deney sonuçları
Birim
Ağırlık Hava
İçeriği Çökme
Çökme Kaybı
(30
dk.) Beton
Sıcaklığı Hava Sıcaklığı
Basınç Dayanımları
(MPa) Standart Sapma Hafif Beton (kg/m³) (%) (cm) (cm) (ºC) (ºC)
3 gün
7 gün
28 gün Minimum 811 17 12 1 19 5 0,9 1,8 2,8 Maksimum 923 32 25 4 32 23 1,4 2,4 3,9
σ28
Ortalama 865 28 16 2 27 12 1,1 1,9 3,5 0,11
Tablo 8 – Isıl iletkenlik ve yoğunluk deneylerine ait istatistiksel değerler
Isıl İletkenlik Katsayısı
Genişletilmiş Polistren Yoğunluk Hafif Beton (mW/mK) (kg/m³)
Standart Sapma
Minimum 167,1 17
Maksimum 190,3 22
σ28
Ortalama 176,8 19 0,8
Tablo 9 – GPHB karışım tablosu.
BETON BİLEŞENLERİ ( kg / m³ )
Çimento Su W/C Kimyasal Katkı-1 Kimyasal Katkı-2 EPS Mineral Taş
Kumu Toplam Miktarı
(kg) Tipi (kg) (kg) (%) CİNSİ (kg) (%) CİNSİ (kg) Katkı ( kg ) 0/5
(kg) (kg/m³) 350 CEM I 140 0,38 4,00 1,00 DARACEM 4,80 1,20 AE 3 10,5 50 335
42,5 R 556 E
894
Sonuçlar ve Değerlendirme
Gelişen toplumlarda, sosyo-ekonomik seviye yükseldikçe değişen tüketici talepleri, üreticileri tüketicilerin beklentilerini karşılayacak yeni ürünler üretmeye zorlamaktadır.
Tüketicinin ihtiyaçlarına cevap veremeyen firmalar ise rekabet ortamında ciddi sıkıntılar yaşamaktadırlar. Özellikle son 20 yılda, dünyada ve Türkiye'deki genel nüfus artışı, büyüme ve uluslararası haberleşme ve ticaretin artmasına paralel olarak, tüketiciler daha kaliteli ve ihtiyaca yönelik ürünleri talep etmişlerdir.
Bu bağlamda “Atatürk Kültür Merkezi ve Merinos Kültürparkı “ projesinde kullanılmak üzere talep edilen hafif betonun önceki yıllarda da üretiminin gerçekleştirilmiş olması ve beraberinde edinilen tecrübelerin bahsi geçen projedeki hafif beton uygulamasında ciddi katkısı olmuştur. Buna rağmen üretilen hafif betonun birim hacmindeki sık değişimler, üretici olarak bizi bunun sebeplerini araştırmaya itmiştir. İncelemelerin sonucunda ekspande polistren üretiminden kaynaklanan hammaddedeki yoğunluk değişkenliği ile hava sürükleyici katkının betonun transferi esnasında geçen süreye bağlı olarak gösterdiği performansdaki değişkenliğin hedeflenen beton hacminin elde edilmesindeki farklılıkların en önemli sebebi olarak görülmüştür.
Türkiye’de başlıca EPS’li hazır beton uygulamaları arasında en büyüklerinden biri olarak yer alan bu çalışmada talep sorunsuz bir şekilde karşılanmıştır. Böylelikle hazır beton sektöründe alternatif bir ürün pazara tanıtılmış ve kazandırılmıştır. Tablo 7’ye bakıldığında, talep edilen; birim ağırlığı 850 – 950 kg/m³ , 28 günlük basınç dayanımı en az 3 MPa ve ısıl iletkenlik katsayısı en fazla 200 mW/mK olan hafif beton üretilmiş ve yerine yerleştirilmiştir. Eğer birim ağırlığı 2300 kg/m3 olan donatısız bir beton bu projede tercih edilseydi, m2’ye ilave 345 kg yük geleceği gibi, ısıl iletkenlik katsayısı da 1740 mW/mK olacaktı. Bu anlamda özellikle deprem bölgelerinde binaları gereksiz yüklemelerden korumak için granüle EPS’li hafif beton uygulamasının optimum bir çözüm olduğu söylenebilir.
Teşekkür Yapılan bu deneysel çalışmalarda gerek yardımlarını, gerek teknik desteklerini esirgemeyen Gintaş A.Ş.’ye teşekkür ederiz.
Kaynaklar
TS 388 (1977), Plaka Metodu ile Isı İletkenliğinin Tayini, Türk Standartları Enstitüsü.
TS 825 (1998), Binalarda Isı Yalıtım Kuralları, Türk Standartları Enstitüsü.
TS EN 12667 (2003), Yapı Malzemeleri ve Mamullerinin Isıl Performansı-Mahfazalı
