Yapı Teknolojisi

Beton, Beton Teknolojisi ve Betonun Gelişimi

Beton, agrega, çimento, su ve gerektiğinde bazı mineral ve kimyasal katkı maddelerinin birlikte karılmasıyla elde edilen, başlangıçta akışkan olduğu için istenilen kalıbın şeklini kolayca alan, sertleştikten sonra ise yüksek bir dayanıklılık ile belirli bir taşıma gücü için gerekli dayanımı sağlayabilen yapay bir yapı malzemesidir . Beton henüz yeni karıldığında taze beton adını alırken, katılaşıp sertleşince sertleşmiş beton adını alır. Taze betonda işlenebilirlik, sertleşmiş betonda ise dayanım ve dayanıklılık özelikleri betonda aranan en önemli niteliklerdir. Ayrıca büyük miktarlarda kullanıldığı için betonun en ekonomik şekilde üretilmesi beton teknolojisi için çok önemlidir. Beton üretiminde nitelikli beton malzemeleri kadar beton teknolojisi konusunda deneyimli mühendis ve teknisyenlere de gerek vardır. İstenilen nitelikte iyi bir beton ancak kaliteli malzemeler ve deneyimli elemanlarla belirli kurallara ve standartlara uyularak yapılabilir.

Betonun en temel bileşeni çimentodur. Çimento bulunmadan önce bağlayıcı olarak alçı, kireç ve puzolanlar kullanılmaktaydı. Bu bağlayıcı malzemeler su içinde katılaşma yapamadıklarından hava bağlayıcıları olarak adlandırılmışlardır. Çimento hem havada hem de su içinde bağlayıcılık gösterebilen bir hidrolik bağlayıcı olarak  yapı teknolojisinde çok büyük ilerlemelerin gerçekleşmesine neden olmuştur. Günümüzde pahalı bir beton bileşeni olması nedeniyle çimento maliyetini düşürme amaçlı çok yoğun araştırmalar yapılmaktadır.  Bu amaçla da pahalı olmayan endüstriyel ve normal atıkların klinker ve çimento içine bazen de betona direkt olarak  eklenmesiyle beton maliyeti azaltılabilmektedir .

Beton agregaları minerallerden oluşmuş taneli malzemelerdir. Kum, çakıl ve kırmataş en çok kullanılan agregalardır. TS’ye göre elendiğinde 4.0 mm kare delikli elekten geçen agregaya ince ve bu elek üzerinde kalan agregaya iri agrega denir. Çimento bağlayıcı özeliktedir. Su ile karıştırılarak çimento hamuru elde edilir. Betonda çimento hamurunun işlevi agrega tanelerinin yüzeylerini kaplamak, taneler arası boşlukları doldurmak ve taneleri birbirine bağlamaktır. Bu nedenle beton kompozit bir malzemedir. Çimento, su ve ince agregadan oluşan malzemeye harç denir. Çimento hamurunun zamanla daha katı ve sert bir özellik kazanması nedeniyle beton sertleşir ve dayanımı artar, istenilen boyutlarda taş gibi sert bir malzeme elde edilir. Şekil 1.1’de sertleşen betonun yıllara göre artan dayanımın evrimi görülmektedir.

Şekil 1.1- Betonun Evrimi

Beton çağımızda irili ufaklı birçok yapıda kullanılmakta olan en önemli ve popüler yapı malzemesidir. İnsanların yaşadıkları evlerin, çalıştıkları işyerlerinin, eğitim gördükleri okulların ve benzeri birçok yapıda beton kullanılmaktadır. Betonun plastikliğini koruduğu süredeki durumuna taze beton, katılaşma olayından sonraki durumuna ise sertleşmiş beton denir. Yapıda istenilen şekil ve boyutlarda beton elde edebilmek için istenilen özellikte kalıp üretmek gerekir. Beton istenilen dayanıma ulaştıktan sonra kalıplar sökülebilir. Çelik donatılı veya donatısız elemanlar fabrikasyon olarak üretilebilir. Bunlar blok, direk, boru, panel, kiriş, döşeme olarak üretilen prefabrike elemanlardır. Taze beton kolayca karılabilir, taşınabilir, yerleştirilebilir, sıkıştırılabilir ve yüzeyi düzeltilebilir olmalıdır, bu işlemler sırasında ayrışma olmamalıdır. Terleme olabildiğince az olmalı, homojen yapı bozulmamalıdır. Sertleşmiş beton ise istenilen dayanımı sağlamalı, geçirimsiz olmalı, dayanıklı olmalı, hacim sabitliğine sahip olmalıdır, çatlamalara yol açacak rötre ve genleşme yapmamalıdır. Basınç dayanımı, eğilme dayanımı, çekme dayanımı, yorulma dayanımı, elastisite modülü, Poisson oranı, ısıl genleşme,  rötre, sünme ve yoğunluk betonda aranan özeliklerdir.

İnsanoğlu MÖ 3000 yılından itibaren kalsiyum esaslı bağlayıcı maddeleri yapı malzemesi olarak kullanmaktadır. Modern Portland Çimentosu ise ilk kez 1824 yılında üretilmesine rağmen ilk betonarme yapı ancak 1857’de yapılmıştır. Hazır beton üretimi ise dünyada ilk kez 20. yüzyıl başında (1903) Almanya’da ortaya çıkmış, sonraki birkaç yıl içerisinde de ABD’de görülmeye başlanmıştır. 1914’de beton taşıma amaçlı ilk transmikser Amerika’da geliştirilmiştir. Transmikserin hemen ardından Alman mühendisler betonun mikserden kullanım alanına pompalanması amacıyla 1927’de beton harç iletme pompası aracının patentini almışlardır. Özellikle savaş yıllarından sonra, bazıları bugün de faaliyette olan pek çok hazır beton firması kurulmuştur.

Sonraki yıllarda hazır betonun yapıların temel inşaat malzemesi olarak benimsenip yaygınlaşması uzun sürmemiş, kısa zamanda pek çok ülkede hazır beton üretilip kullanılmaya başlanmıştır. Özellikle 20. yüzyılın ikinci yarısıyla birlikte hız kazanan kentleşme ve alt yapı çalışmaları, hazır beton ve beton ürünlerinin daha çok üretilip kolayca yaygınlaşmasını sağlamıştır. Dolayısıyla bu alanda pek çok teknolojik gelişme kaydedilmiştir.

Beton teknolojisindeki gelişmeler ise; 1848 ilk çimento fabrikası (İngiltere), 1857 betonarmenin keşfi (Fransa), 1865  yüksek fırın cürufunun portland çimentosu ile birlikte betonda kullanımı (Almanya), 1903 hazır beton sektörünün başlangıcı (Almanya), 1936  kimyasal katkıların kullanımı (Amerika), 1950 uzun dönem testler için silis dumanının deneysel olarak kullanımı (Norveç), 1965  süper akışkanlaştırıcıların betonda kullanımı (Amerika), 1971 mikrosilisin taşıyıcı sistemde kullanımı (Norveç), 1981 üçlü karışım (Portland Çimentosu + mikrosilis + uçucucu kül) çimentonun ilk kez kullanımı (İzlanda), 1992 dünyanın en yüksek betonarme yapısının inşaası (Amerika), 1993 mikro liflerin betonda kullanımı (Amerika). Beton gelişim sürecinde, 1950’li yıllarda betonda su-çimento (s-ç) oranı 0.60-0.70 aralığında değişirken 1970’li yıllarda akışkanlaştırıcıların devreye girmesiyle bu aralık 0.4-0.55’e düşmüş, 1980 ve 1990’lı yıllarda ise süper akışkanlaştırıcılarla söz konusu s-ç oranı 0.25-0.35 aralığına inmiştir. 1980’li yıllardan itibaren betonda süper akışkanlaştırıcıların silis dumanı gibi ultra ince mineral katkılar ile birlikte kullanılması dayanımda çok yüksek artışlar sağlamıştır. Daha sonra s-ç oranını 0.2’nin altına düşürerek, yeni kuşak süperakışkanlaştırıcılar, kısa kesilmiş yüksek dayanımlı çelik teller ve sıcak su kürü ve basınçlı su buharı kullanılarak beton dayanımları 200 MPa’ın üzerine çıkarılmıştır .

Ülkemizde hazır beton ilk kez 1970’li yılların sonlarına doğru bazı inşaat şirketleri tarafından kendi inşaatlarında kullanılmak üzere üretilmeye başlanmıştır. Ancak gerçek anlamda hazır beton endüstrisine 1980’li yılların ikinci yarısında geçilmiştir. Bu kısa tarihçeye rağmen hazır beton sektörü büyük bir hızla gelişmektedir. Türk hazır beton sektörü en son teknolojik ekipmanlara sahip olmakla beraber deneyimli bir iş gücüne de sahiptir. Dünyada gelişmiş ülkelerde yüz yılın başlarında kullanılmaya başlanan endüstriyel hazır beton ülkemizde ancak seneler sonra tanındığı halde geçen 10-15 yıllık zaman zarfında önemli mesafeler kaydetmiştir. 1992-1998 yılları arasında hazır beton sektörü 4 misli büyüme kaydetmiştir.