Beton

Beton (Fransızca: le béton, Latince: bitumen), çakıl, kum gibi "agrega" denilen maddelerin bir bağlayıcı madde ve su ile birleştirilmesinden meydana gelen inşaat yapı taşıdır.

Beton denince akla gri renkte taş gelir. Gri veya ona yakın rengi günümüzde kullanılan bağlayıcı maddenin çoğunlukla Portland çimentosu olmasındandır. Genellikle çimento kullanılsa da betona çeşitli özellikler verebilmek için çeşitli katkılar ve bağlacı maddeler kullanılmakta (örn. alçı, kireç vb.). Mesela portland çimentolu betonda bağlayıcı, portland çimentosu ve su karışımıdır. Asfalt ve diğer başka malzemeler de bağlayıcı olarak kullanılır; "asfalt betonu" ve "polimer betonu" elde edilir. Ancak genellikle "beton" denince portland çimentolu beton akla gelir.

Günümüzde beton - kullanımı çok yaygın olan bir yapı malzemesidir. Beton gerektirmeyen inşa neredeyse yoktur. Baraj, kanal gibi su yapılarının yanında yol, bina, köprü ve diğer yapıların inşaatında kullanılır. Hem bir taşıyıcı eleman ve hem de dekoratif malzeme olarak ortaya çıkar. Dayanıklılığı, yangına karşı direnci, su geçirmezliği, ekonomik üretimi, enerji verimliliği, yerinde imalat bakımından da başlıca beton tercih nedenleridir. Beton ayrıca hazır betonarme ürün yapımında da kullanılır. Modern yapılarda nükleer radyasyona karşı da kullanılır. Dünya ortalaması olarak kişi başına yıllık beton üretimi bir ton civarındadır.^[1]

Geçmiş

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 Adası'ndaki kireç taşına benzediği için Portland çimentosu ismini verdi. Bundan sonra yapılan evler barajlar yollar çimento karıştırılan agregalarla yapılmaya başlandı.

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 pek çok 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 katı olmasının ayarlanmasını sağlar.

Betonda dayanıklılık

Beton dayanıklılığı dış ortamdaki agresif ögelere karşı direncidir. Bu ögelerin yanında betonu oluşturan bileşenlerin de bazı durumlarda tepkimelere girişmesi olasıdır. Alkali-Agrega tepkimesi gibi. Bu tür iç korozyon olayları dış ortama bağlı olarak şiddetlenebilir.

Betonun doğal kimyasal zararlara karşı dayanıklı olması, fizikokimyasal dış etkenler sonucu niteliklerini kaybetmemesi gerekir. Bunun için yeterli kimyasal dayanıma (dayanıklılığa) sahip bulunması istenir. Çimentoyla yapılmış herhangi bir elemanın çimentoyla yaptığı reaksiyon sonucunda zamanla mukavemeti artacağına azalmamalıdır.

Beton çeşitli zararlı etkiler altında bir takım kimyasal reaksiyonlar nedeniyle sahip olduğu mukavemeti zamanla kaybedebilir. Bu durumda yapı betonun maruz kaldığı kuvvetlere dayanamamanın bir sonucu olarak, kısmen veya tamamen yıkılır veya kullanılamaz hale gelir.

Fiziko-kimyasal bir süreç olan Karbonatlaşma ise ortamın alkalinitesini düşürerek koruyucu oksit tabakasının tahrip olmasına neden olur. Betonun alkalinitesi, hidrate olmuş çimentonun içerdiği Ca(OH)₂ ile sağlanır ve pH 12 civarındadır. Ancak Ca(OH)₂ zamanla havadaki CO₂ ile reaksiyona girerek CaCO₃'e dönüşür ye pH 8'in altına düşebilir. Atmosferdeki miktarı hacimce %0.03 olan C0₂'nin kırsal bölgelerde bile karbonatlaşmaya olan etkisi söz konusudur. CO₂ konsantrasyonu arttıkça karbonatlaşma oranı artmaktadır. Karbonatlaşma derinliğinin birkaç mm ile sınırlı olduğu bilinmesine karşın kusurlu betonda, herhangi bir mekanik zorlama olmaksızın çatlaklar oluştuğundan, karbonatlaşma derinliğinin 10 cm'den fazla olduğu tespit edilmiştir.

Beton basıncı

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 edilir. Örneğin C20/25, 28 günlük karakteristik silindir basınç dayanımı 25 MPa yani 250 kgf/cm² olan betondur.

Wikimedia Commons'ta Beton ile ilgili ortam dosyaları bulunmaktadır.

Beton Sınıfı	Silindir Basınç Dayanımı (MPa)	Küp Basınç Dayanımı (MPa)	Eksenel Çekme Dayanımı (MPa)	Elastisite Modülü (MPa)
C16/20	16.0	20.0	1.4	27000
C18/22	18.0	22.0	1.5	27500
C20/25	20.0	25.0	1.6	28000
C25/30	25.0	30.0	1.8	30000
C30/37	30.0	37.0	1.9	32000
C35/45	35.0	45.0	2.1	33000
C40/50	40.0	50.0	2.2	34000
C45/55	45.0	55.0	2.3	36000
C50/60	50.0	60.0	2.5	37000

Beton türleri

Beton petrografisi

Betonun yapay bir taşı olması nedeniyle mikro yapısı incelenebilir. Sertleşmiş betonda petrografi klasik petrografiden daha basit ancak daha karmaşıktır. Bütün minerallerin inceleyip sayılması gerekmediği için basit, petrografide yapılan gözlemler neden sonuç ilişkisi içerisinde bir kompozisyon haline getirmesi gerektiği için karmaşıktır. Özel tekniklerle hazırlanan numuneler incelenirken agrega dağılımı, çatlak gelişimi, soğuk derz oluşumu, tamir bölgesi betonun boşluk yapısı, bağlayıcı maddenin dağılımı ve su-çimento oranı hakkında yakalanan ipuçlarını iyi değerlendirip betonun kalitesi ile ilgili önemli sonuçlara varılabilir.

Beton petrografisi genellikle kafalardaki soru işaretleri kaldırmak için uygulanan bir tekniktir. Örneğin malzeme mukavemet testini geçememişse, ciddi bir kusur gözlemlendiyse, hava miktarı ile ilgili belirsizlikler varsa, uygulamada standardın dışında bir iş yapılmışsa, yağmur altında beton dökümü yapılmışsa ya da beton genç yaştayken ciddi çatlaklar oluştuysa bu yönteme başvurulur.

Günümüzde petrografik inceleme denilince en çok bahsedilen teknik florasanlı epoksi tekniğidir. Petrografik incelemeyi dört kısıma ayırabiliriz. Birincisi gözle ve elle muayenedir, sahadan kesilip alınan numuneler ya da laboratuvarda kür edilen numuneler petrografik analiz için kesilip analiz edilmeden önce gözle ve elle muayene edilir. Numune üzerindeki belirgin kusur, çatlak, donatı, boşluk ya da jel oluşumu fotoğraflanarak kaydedilir. Görsel muayeneden sonra beton numunesi kesilerek üç farklı ön numune elde edilir ve bunlardan daha sonra düzlem kesit analizi için bir numune, ince kesit analizi için bir numune ve hava boşluğu analizi için bir numune hazırlanır.

Beton petrografisi özellikle adli davaların çözümünde önemli bir tekniktir. Zaman içerisinde öğrenilen ve uygulaması zor bir sisteme sahiptir. Numune hazırlık safhası da analizde hayati önem taşır, "başlı başına bir sanattır" denilebilir. Yine de bütün bu zorluklar aşıldıktan sonra petrografi sayesinde elde edilen veriler beton hakkında bilinmesi gereken bilgileri sağlar. Yüksek teknolojiye sahip bir beton üretilmesinde yol gösterici rolü oynar. Böylece karışımın homojenliğini, agregaların dağılımını, mineral katkıların etkinliğini ayarlayabilir, dışarıdan gelebilecek zararlı etkileri en aza indirilebilir.

Kaynakça

^ 1. Zongjin Li; Advanced concrete technology; 2011

Ayrıca bakınız

[1] 1. Zongjin Li; Advanced concrete technology; 2011

[1]