Yapı Malzemesi

Beton

Beton: Çakıl, kum gibi “agrega” denilen maddelerin bir bağlayıcı madde ve su ile birleştirilmesinden meydana gelen inşaat yapıtaşı. Bağlayıcı madde de genellikle çimentodur. Portland çimentolu betonda bağlayıcı, portland çimentosu ve su karışımıdır. Çimento, agrega (kum, çakıl), su ve gerektiğinde katkı maddeleri karıştırılarak elde edilen, başlangıçta plastik kıvamda ve daha sonra piriz olayı sonucu sertleşen ve tekrar yumuşamayan yapı malzemesine beton denir.

Beton çok yaygın olarak kullanılan bir yapı malzemesidir. Baraj, kanal gibi su yapıları yanında yol, bina, köprü ve diğer yapıların inşaatında kullanılır. Hem bir taşıyıcı eleman ve hem de dekoratif malzeme olarak ortaya çıkar. Yangına dayanıklılığı, su geçirmezliği ve ses yalıtımı bakımından da tercih edilir. Modern yapılarda nükleer radyasyona karşı da kullanılır. Dünya ortalaması olarak kişi başına senelik beton üretimi bir ton civarındadır.

Taze beton: Betonun, karıştırma işlemi tamamlandıktan sonra, seçilen metotla sıkıştırılabilir haldeki durumu.

Sertleşmiş beton: Katılaşmış durumdaki, belirli seviyede dayanım kazanmış beton.

Tarihçe

• Betonun ilk bulunuşu 18. yüzyılın sonlarına kadar uzanmaktadır.
• Çimentoya ilk patent 1824 yılında alınmıştır. İlk betonarme bina 1852 yılında yapılmıştır.
• Betonla ilgili ilk şartnameler ise, 1905 ve 1906 yıllarında ABD ve Almanya’da çıkarılmıştır.
• Türkiye’de ise ilk betonarme yapı 1920 yılında inşa edilmiştir.
• Fakat Betonun asıl gelişimi II. dünya savaşından sonraki yıllara rastlamaktadır.
• Halen günümüzde de hızla devam eden betonun geliştirilmesiyle ilgili çalışmalarda betonun dayanımı, kalitesi, uzun süredeki davranışı, döküm tekniği, bakım tekniği, ekonomi, estetik, olumsuz şartlarda beton dökümü, katkılarla özelliklerini geliştirme vb. konularda çalışmalar yapılmaktadır.
• Beton yaklaşık olarak değişik şekillerde ve genel anlamda 5000 yıldan beri kullanılmaktadır. Eski Mısırlılar kil harcını piramitlerin yapımında kullanmışlardır. Harç kireç taşının (CaCO₃) ısıtılması ve karbondioksit gazının (CO₂) çıkarılması ile elde edilmekteydi. Elde edilen kireç, agrega ile karıştırılarak harç olarak kullanılmaktaydı. Daha sonra CO₂ olarak sertleşen orijinal CaCO₃ veya kireç taşına çevrilmekteydi. Su ile sertleşen hidrolik çimentonun bulunuşu, Romalılara kadar uzanır. Romalılar kireç hamurunu, pozolanik volkanik küle karıştırmaktaydılar. Bu amorf silisten oluşan pozolan, suyun mevcudiyetinde alkali ile kimyasal olarak reaksiyona girerek silis jeli olarak sertleşir.
• Pozolan kelimesi, maddenin bulunduğu Pozzuoli isimli İtalyan kasabasından gelmekteydi. Bu konuda ilk patent İngiliz James Parker’e 1796’da verilmiştir. 1824’te de İngiliz duvarcısı Joseph Aspdin kireç taşını kille yakarak bir bağlayıcı madde, çimento elde etti. Portland Adasındaki kireç taşına benzediği için Portland çimentosu ismini verdi. bundan sonra yapılan evler barajlar yollar çimento karıştırılan agregalarla yapılmaya başladı

Betonun bileşimi

Betonu teşkil eden en önemli madde, bağlayıcı olan çimentodur. Çimento, su ile kimyasal reaksiyona girerek (Hidratasyon) agrega tanelerini bağlar. Agrega, betonun ağırlıkça yaklaşık % 75’ini meydana getirir. Tane boyutuna bağlı olarak iri ve ince diye isimlendirilir. İri veya kaba agrega çoğu zaman taş ocaklarından kırma suretiyle elde edilebildiği gibi tabii olarak da bulunabilir. Dikkat edilecek husus, zararlı maddelerden temiz olmasıdır. Bu zararlı maddeler yumuşak taneler, kil, çözülebilir tuzlar ve organik maddeler olabilir. Kum veya ince agrega, silika veya kalker ihtiva eden tabii olarak parçalanmış malzemenin elenmesi ile elde edilebildiği gibi, kayalardan kırma ve öğütme suretiyle de elde edilebilir. Betonu teşkil eden diğer önemli bir madde de sudur. Suyun zararlı madde ihtiva etmemesi gerekir. Genellikle içilebilen su yeterlidir.

Çimento, agrega ve sudan başka betona bazı katkı maddeleri de karıştırılabilir. Bunlar, su ilavesinden önce veya sonra konulabilirler. Katkı maddeleriyle, betonun işlenebilme özelliği, dayanıklılığı, mukavemeti arttırabildiği gibi, sertleşmeyi geciktirebilir veya çabuklaştırabilir. Bunun yanında ısı genleşme ve geçirgenliği de beton katkı maddeleriyle kontrol edilebilir. Betonun içinde milyonlarca mikroskopik hava kabarcığı meydana getiren katkı maddeleri de mevcuttur. Karışımın su ihtiyacını azaltan katkı maddeleri, portland çimentosu taneciklerini elektrikle yükleyerek birbirlerinden ayırır ve daha homojen bir karışım meydana getirerek su ihtiyacını azaltırlar.

Beton üretimi

Beton için gerekli olan çimento ve agrega, ayrı sanayi dallarında hazırlanır. Son adım, karışımın hazırlanıp betonun kullanılması safhasıdır. Uygun karışım oranlarının seçilmesi; ekonomi, işlenebilme, mukavemet, dayanıklılık ve görünüş gibi özelliklerin dengeli elde edilmesini sağlar. Bunlar kullanıldığı yere göre değişir. Agreganın durumuna, çimento cinsine göre pekçok karışım oranı hesap metodu teklif edilmiştir. Karışım suyunun çimento miktarına oranı, betonun mukavemetine tesir eden en önemli bir etkendir. Diğer önemli bir etken de beton içindeki hava miktarıdır. Bu miktar normal betonda yaklaşık % 0,3-3 civarındadır. Bu iki tesir beton kalitesinin kontrolünde en önemli iki faktörü teşkil etmektedir. Ayrıca beton karışımın homojen olarak elde edilmesinde de önemlidir.

Karıştırma işi, inşaat yerinde betoniyerlerle gerçekleştirilir. Bazı özel durumlarda karışım, küreklerle de yapılabilir. Genel olarak karışımı meydana getiren çimento torba, agrega ağırlık (veya bazı hallerde görünen hacim) ve su da hacim olarak ölçülür. Karışımı hazırlayan (veya hazır beton satan) merkezi kuruluşlar da mevcuttur. Buraya yapılacak istek karşılığında, kullanıma hazır, istenen kalitede karışım, inşaat yerine getirilir. Karışım, sabit karıştırıcılarda yapılabildiği gibi, hareketli karıştırıcılarda da gerçekleştirilebilir. Bu çeşit merkezi beton santrallerinin faydası, karışımın kontrollü olarak yapılmasıdır. Uygun kum ve çakıl bulunduğunda kolayca iyi kalitede beton elde edilebilir.

Karışımın homojen bir şekilde elde edilmesinden sonraki yapılan iş, bunun yerleştirilmesidir. Eğer hazırlanan karışım döküm yerine yakın değilse bunun bu yere iletilmesi gerekir. Bu işlem araba ve kova veya pompa kullanılarak da gerçekleştirilebilir. Kalıba yerleştirilen karışımda bulunan hava kabarcıkları titreştirici kullanılarak çıkarılabilir ve betonun iyi yerleşmesi sağlanabilir. Küçük işlerde, şişleme de tatbik edilebilir. Titreştirme, dış merkezli bir kütlenin bir eksen etrafında döndürülmesi suretiyle elde edilir. Bu vibrasyon denilen titreştirme, beton içinde yapılabildiği gibi, kalıbın titreşimiyle de elde edilebilir.

Betonun elde edilmesinde en son adım, dökülmüş betonun bakımı ve sertleşmesidir. Sertleşme portland çimentosunun hidratasyonu, su ile kimyasal reaksiyona girmesi sonucu meydana gelir. İlk günlerde nemli şartların belirli süre devam ettirilmesi önemlidir. Bunun için betonun dış yüzü, su ile ıslatılabileceği gibi, nemli örtüler de kullanılabilir. Tam hidratasyonun elde edilmesi için çimento türü ve sıcaklığa bağlı olarak uzun bakım süresine ihtiyaç duyulabilir. Çoğu hallerde yedi gün kafidir. Genellikle betonun suyunun buharlaşması sonucu sertleştiği zannedilir. Gerçekte bu doğru değildir. Su olmaksızın ne hidratasyon ne de sertleşme olabilir. Su, çimentonun hidratasyonu sonucu kaybolur ve ancak fazla suyun buharlaşmasına müsaade edilebilir. Betonun geçirdiği devrelerdeki kimyasal reaksiyonlar oldukça karmaşıktır.

Artık üretilen betonlarda oluşan sorunlar nedeni ile üretilen katkı malzemeleri kullanılmaktadır. Bu katkılar hem betonun mukavvemetini yükseltip suyun zararlarından korur hem de katkının kıvamına göre akışkan ya da donuk olmasının ayarlanmasını sağlar.

Beton türleri

Betonun standart basınç dayanımı 28 gün boyunca 20(+/-2)°C sıcaklıkta ve %100 nemli ortamda ve kireçli suda kür edilen, çapı 150 mm, boyu 300 mm olan silindir numunelerin eksenel basınç altındaki dayanımı olarak tanımlanır. Gerilme cinsinden ifade edilen dayanım, kırılma yükünün, silindir alanına bölünmesi ile elde edilir. Beton sınıfları concrete = beton kelimesinin baş harfi olan “C” ile ifade edlir. Örneğin C20/25, 28 günlük karakteristik silindir basınç dayanımı 20 MPa yani 200 kgf/cm² olan betondur.

 Tablo 1. Beton Sınıfları

Kaliteli Beton

1. Taze haldeyken kolay işlenebilirlik,
2. Sertleştiğinde yüksek dayanım ve dayanıklılıkta olması.

Yani; iyi işlenebilen, sıkışmaya imkan veren taşınma ve yerleştirme esnasında ayrışmayan, sertleştiğinde yüksek dayanım ve dayanıklılık gösteren beton kaliteli betondur.

Kötü Beton

• Karışımına giren malzemeler karıştırıldığında sulu,
• Petekli bir görünümü olan,
• Homojen olmayan,
• Oldukça boşluklu yapıya sahip olan,
• Testlerde düşük dayanım gösteren ve
• Zaman içinde dayanıklılığı az olan bir malzemedir.

Çok ilginç olan bir şey vardır ki iyi veya kötü beton üretmek için kullanılan malzemelerin aynı olmasıdır.

 Beton Mukavemetine Etkiyen Faktörler

Taze Betondan Beklenen Ana Nitelikler

• İşlenebilir olmalı
• Taze beton sıcaklığı kontrol edilmeli
• Agreganın en büyük boyutu donatı durumuna uygun olmalı
• Beton hacim sabitliğine sahip olmalı
• Rötre (Büzülme) ve şişme sınırlı olmalı

Sertleşmiş Betondan Beklenen Ana Nitelikler

• Projede öngörülen dayanımı güvenle sağlamalı
• Dış etkilere dayanıklı olmalı
• Temas edeceği sularda ve havada mevcut kimyasallara dayanabilmeli
• Donma-çözülme etkilerine dayanmalı
• Islanma-kuruma etkilerine dayanmalı
• Kendi içindeki (çimento ile agrega arasında) reaksiyonlardan zarar görmemeli

Betonun Üstünlükleri

• Hazırlanması kolaydır.
• Döküldüğü kalıbın şeklini alır.
• İstenilen boyutta tek parça yapılabilir.
• Yangın, su, darbe vb. dış etkilere diğer yapı malzemelerine göre daha dayanıklıdır.
• Sertleştikten sonra mukavemeti yüksektir.
• Betonda fare – böcek vb. haşereler yaşayamaz.
• Yapım süreleri kısadır.

Betonun Mahsurları

• Diğer yapı malzemelerine (Ahşap, çelik v.b.) göre birim ağırlığı fazladır.
• Yıkılmaları zordur. Ayrıca yıkımdan sonra malzemeler tekrar kullanılmaz. Oysa ahşap ve çelik yapılar yıkılsalar da malzemeleri tekrar kullanılabilir.
• Betona ek yapılması oldukça güçtür.
• Ses ısı ve rutubeti geçirir.

Betonun Ana Bileşenleri

• Su
• Agrega
• Çimento

• Katkı maddeleri (Gerektiğinde)

Beton Çeşitleri

Hazır beton

Kullanıcı olmayan şahıs veya kuruluş tarafından hazırlanarak taze halde iken teslim edilen beton.  Bu standarda aşağıda verilenler de hazır beton olarak kabul edilir. Kullanıcı tarafından şantiye dışında hazırlanan beton. Şantiyede, kullanıcı haricindeki kişi veya kuruluşlarca hazırlanan beton.

Şantiyede hazırlanan beton

Beton kullanıcısı tarafından, sadece kendi kullanımı için şantiyede hazırlanan beton.

Normal beton

Etüv kurusu durumdaki birim hacim kütlesi ( yoğunluğu ), 2000 kg/m3’ten büyük, 2600 kg/m3’ten küçük olan beton.

Hafif beton

Etüv kurusu durumdaki birim hacim kütlesi ( yoğunluğu ), 800 kg/m3’ten büyük, 2000 kg/m3’ten küçük olan beton. Hafif beton, betonda kullanılan agreganın bir kısmı veya tamamı hafif agrega olarak imal edilir.

Ağır beton

Etüv kurusu durumdaki birim hacim kütlesi ( yoğunluğu ), 2600 kg/m3’ten daha büyük olan beton.