Beton Nedir ve Bileşenleri Nelerdir? [TS 13515]

Beton Nedir ve Bileşenleri Nelerdir?

Daha önce sizlere bahsetmiş olduğumuz Betonda Çevresel Etki Sınıfları konusu ile bağlantılı olan ve Beton ve Bileşenleri konusundan bahsedeceğim. Sizlerin de bildiği üzere beton bazı malzemelerin belirli oranlarda birleşmesi ile oluşmaktadır. Bazı durum ve çevresel etkilere göre betonun içeriğinde bulunan malzemelerde ve oranlarında değişikliğe gidilebilmektedir.

Beton Nedir?

Beton, agrega (ince ve kaba agrega), çimento ile suyun, kimyasal ve mineral katkı maddeleri ilave edilerek veya edilmeden homojen olarak üretim teknolojisine uygun olarak karıştırılmasından oluşan, başlangıçta plastik kıvamda olup, zamanla katılaşıp sertleşerek mukavemet kazanan önemli bir yapı malzemesidir.

– Taze Beton-

Çimento Nedir?

Çimento, ana hammaddeleri kalkerle kil olan ve mineral parçalarını (kum, çakıl, tuğla, briket ..vs.) yapıştırmada kullanılan bir malzemedir. Çimentonun bu yapıştırma özelliğini yerine getirebilmesi için mutlaka suya ihtiyaç vardır. Çimento, su ile reaksiyona girerek sertleşen bir bağlayıcıdır. Kırılmış kalker, kil ve gerekiyorsa demir cevheri ve / veya kum katılarak öğütülüp toz haline getirilir. Bu malzeme 1400-1500°C’ de döner fırınlarda pişirilir. Meydana gelen ürüne “klinker” denir.

– Klinker –

Daha sonra klinkere bir miktar alçı taşı eklenip (%4-5 oranında) çok ince toz halinde öğütülerek Portland Çimentosu elde edilir.

– Çimento –

Katkılı çimento üretiminde; klinker ve alçı taşı dışında, çimento tipine göre tek veya birkaçı bir arada olmak üzere tras, yüksek fırın cürufu, uçucu kül, silis dumanı vb. katılır. Çimento birçok beton karışımında hacimce en küçük yeri işgal eden bileşendir; ancak beton bileşenleri içinde en önemlisidir. En çok kullanılan çimento tipleri Portland Kompoze Çimento, Katkılı Çimento, Cüruflu Çimento ve Sülfata Dayanıklı Çimento’dur, bunun dışında özel amaçlar için Beyaz Portland Çimentosu ve diğer bazı tip çimentolar kullanılmaktadır.

Normal betonda agrega taneleri en sağlam unsur olduğundan, diğer iki unsur (çimento hamuru ve aderans) mukavemeti belirlemektedir. Çimento hamurunun mukavemeti önemli ölçüde su/çimento oranına da bağlıdır.

• Beyaz çimento, borlu aktif belit çimentosu ve çok düşük hidratasyonlu çimentonun ilgili standartlara göre uygun olma zorunluluğu belirtilmiştir.

Agrega Nedir?

– Agrega Çeşitleri –

Beton üretiminde kullanılan kum, çakıl, kırmataş gibi malzemelerin genel adı agregadır. Beton içinde hacimsel olarak %60-75 civarında yer işgal eden agrega önemli bir bileşendir. Agregalar tane boyutlarına göre ince (kum, kırma kum.. gibi) ve kaba (çakıl kırmataş… gibi) agregalar olarak ikiye ayrılır.

Agregalarda aranan en önemli özellikler şunlardır:

• Sert, dayanıklı ve boşluksuz olmaları,
• Zayıf taneler içermemeleri (deniz kabuğu, odun, kömür… gibi)
• Basınca ve aşınmaya mukavemetli olmaları,
• Toz, toprak ve betona zarar verebilecek maddeler içermemeleri,
• Yassı ve uzun taneler içermemeleri,
• Çimentoyla zararlı reaksiyona girmemeleridir.
• Agreganın kirli (kil, silt, mil, toz,…) olması aderansı olumsuz etkilemekte, ayrıca bu küçük taneler su ihtiyacını da arttırmaktadır.
• Beton agregalarında elek analizi, yassılık, özgül ağırlık ve su emme gibi deneyler uygun aralıklarla yapılarak kalite sürekliliği takip edilmelidir. Betonda kullanılacak agregalar TS 706’ya uygun olmalıdır.
• Kullanılacak agrega Sistem 2+’ye göre belgelendirilmelidir.
• Sadece TS 706 EN 12620’ye uygun alkali reaktivite sınırı belirlenmiş agrega kullanılmalıdır.
• Hafif agregalar ön-gerilmeli beton elemanlarda kullanılamaz.
• Geri kazanılmış agregalar, tanelerin kümelenerek karışım işlemini zorlaştırmaması için yıkanmalıdır.

Beton ve Bileşenleri – Mineral Katkılar

Beton bileşenleri içerisinde bulunan bir diğer katkı malzemeleri ise mineral katkılardır. Bu katkılar uçucu kül, silis dumanı, yüksek fırın cürufu ve tras gibi minerallerden oluşabilir.

Uçucu Kül Nedir?

– Uçucu Kül-

Uçucu kül, enerji üretmek için kurulmuş termik santrallerde yakılan taş kömürü veya linyit kömürünün yanması sonucu ortaya çıkan ve bacalar da elektro-filtreler aracılığıyla tutulan atık maddelerdir. Uçucu küller, kendi başlarına bağlayıcılık özellikleri hemen hemen olmayıp sönmüş kireç ile kimyasal reaksiyona girerek hidrolik bağlayıcılık özelliği kazanan bir katkı malzemesidir.

Birçok faktör, uçucu küllerin fiziksel, kimyasal ve mineralojik özelliklerinin değişiklik göstermesinde rol oynar. Bu faktörleri kısaca özetleyecek olursak; kömürün yanma şartları, bileşimi, emisyon kontrol cihazının tipi, verimliliği ve son olarak da atma yöntemleridir. Bu sebeplerden ötürü uçucu küllerin bileşimi ve çevreye verdikleri etkileri değişiklik gösterebilir. Fakat uçucu küllerin bazı ortak özellikleri mevcuttur.

Bunlar; uçucu küller camsı, küçük, oyuk yapılı, tane boyutu 0,01-200 μm aralığında ve yoğunluğu 2,1 ile 2,6 g/cm3 arasında değişkenlik gösteren, yuvarlak şekilli, gri renkli ve çimento inceliğinde malzemeler olmalarıdır. Uçucu küllerin yüzey alanı çok yüksektir. Ayrıca, uçucu küller boş küresel mikro yapılarından ötürü ısısal ve elektriksel iletkenlikleri çok düşüktür. Bundan dolayı uçucu küller iyi bir yalıtıcıdırlar.

• Eşdeğer su/çimento hesaplamasında kullanılacak uçucu kül miktarı çimento ana bileşen
  içeriğine göre değişmektedir. Ana bileşeni P (doğal puzolan), V(silissi uçucu kül), D(silis
  dumanı) olan çimento kullanımında %33, P veya V içeren ve D içermeyen çimento kullanımında %25, D içeren çimentoda %15’ten fazla miktarda uçucu kül hesaba katılmaz. Uçucu kül için k değeri 0,4’tür.
• Yüksek derecede sülfata dirençli beton imalatı durumunda sülfata dayanıklı çimento yerine standardın belirttiği şartları sağlamak koşulu ile çimento ve uçucu kül karışımı kullanılabilir.
• Kızdırma kaybı kategorisi sadece A olan uçucu kül kullanımına müsaade edilmektedir.

Örnek:

CEM II/A-M(S-P) 42.5 R miktarı: 240 kg/m3
Uçucu kül miktarı: 80 kg/m3
Su miktarı: 160 kg/m3

Eşdeğer su/çimento oranı = Su miktarı/(Çimento miktarı + kf x Uçucu kül miktarı =

160 kg / (240 kg + 0.4 x 60 kg) = 0.60

Uçucu kül miktarı 80 kg olmasına rağmen hesaplamada çimento sınıfından dolayı çimento kütlesinin %25’i olan 60 kg alınmıştır.

Silis Dumanı Nedir?

– Silis Dumanı-

Silis dumanı, silis metalinin ya da ferrosilisyum olarak adlandırılan alaşımların üretiminde ortaya çıkan yüksek saflığa sahip kuvarsitin çok küçük parçacıklara indirgenmesi ile elde edilen çok ince tanecik yapısına sahip bir tozdur. Atık madde olarak ark fırınlarının bacalarında filtreler yardımıyla bir araya toplanan silis dumanı ‘’baca tozu’’ olarak da isimlendirilir. Silis dumanı ilk olarak değerlendirme amacıyla 1950 lerde Norveç’de başlamış, 1960’lı yılların sonunda da yine Norveç’de çimento katkısı olarak beton içerisinde kullanılmaya başlanmıştır. Ülkemizde silis dumanı üretimi, Antalya ilimizde bulunan ETİ Elektrometalurji A.Ş. tarafından yapılmaktadır.

Baca filtrelerinde toplanan Silis dumanı, fabrikasyon üretimi sırasında açığa çıktığı şekilde, sulandırılarak, sıkıştırılarak, ya da topak şeklinde piyasada kullanım amaçlı sunulmaktadır. Beton içerisinde kullanılan çimento veya diğer katkı maddeleri gibi torbalama yöntemi ile de kullanım ve satışı mümkündür.

Çimentoya göre daha ince dane yapısına sahip olan silis dumanının, nakliyesi, saklama koşulları ve kullanımı esnasında özel itina gerektirmektedir. Yapılan araştırmalara göre, genel olarak ağırlıkça %40 ile %60 oranlarında su ile veya ihtiyaç halinde akışkanlaştırıcılar ile birlikte kullanılabilinir. Çimentonun rengine benzer silis dumanı şekilde gri tonlarında renge sahiptir. İçeriği gereği demir oksit olarak fazlalık söz konusu ise rengi kahverengi olarak da görülebilir.

Birim ağırlık olarak, gevşek birim ağırlığı 130 ile 430 kg/m3 olarak değişkenlik gösterebilir. Bu değerler alaşım ve elde edilen kaynak türüne göre değişir. Yapısı itibari ile silis dumanı genel olarak düzgün pürüzsüz yüzeyli, küresel ve camsı özelliklere sahiptir. Bu özellikleri sayesinde, beton içerisindeki hava boşluklarını rahatlıkla doldurabilir.

• Eşdeğer su/çimento oranında silis dumanının eşdeğerlik katsayısı 1 olarak belirlenmiştir.
  Ayrıca çimento kütlesinin en fazla %11’i kadar silis dumanı eş değer su/çimento oranı hesabına katılır. Daha fazla kullanım durumunda arta kalan miktar hesaba katılmaz.
• Uçucu kül ve silis dumanı standardın belirttiği çimento tipleri ile beraber kullanılabilir.
• Ana bileşen olarak silis dumanı içeren katkılı çimento kullanılıyorsa, betonda ayrıca mineral katkı olarak silis dumanı kullanılamaz.

Yüksek Fırın Cürufu Nedir?

– Yüksek Fırın Cürufu –

Yüksek fırın cürufu (YFC), demir-çelik tesislerindeki yüksek fırınlarda demir üretimi esnasında açığa çıkan bir yan üründür. Yüksek fırın cürufu aniden soğutularak granüle hale getirilir ve daha sonrasında öğütülür. Öğütülen bu malzeme çimentoya katılabildiği gibi betonda ayrı olarak da kullanılabilmektedir.

• Yüksek fırın cürufu CEM I ile birlikte kütlece % 45’e kadar kullanıldığında k değeri 0.8, CEM II ile kütlece en fazla %30 oranında kullanıldığında ise 0.6 olarak değerlendirilir. Daha yüksek kullanım oranlarında k değeri eşdeğer su/çimento hesabında dikkate alınmaz.

Tras :

Aktif volkanik tüf olan tras bir doğal puzolandır. Trasın kimyasal bileşiminde % (SiO2 +  Al2O3+ Fe2O3) toplamı %70’den fazla olmalıdır. Tras silika ve alümin içeren volkanik bir tüftür. Kendi başına bulunduğu zaman bağlayıcı özelik göstermediği halde, bu tüf çok ince taneli olacak tarzda öğütüldüğü takdirde ve kalsiyum hidroksit ile sulu ortamda bir araya getirildiğinde, bağlayıcı özelik göstermektedir.

• Tras içeren betonda eşdeğer su/çimento oranı hesaplanırken trasa ait k değeri dikkate
  alınmaz. Ancak en düşük çimento miktarı hesaplanırken tras miktarı çimento miktarının
  %20’sinden az olma koşuluyla “k” değeri dikkate alınır. Bu değer, CEM I ile yapılan beton performansına göre belirlenir.

Geri Kazanılmış Su Nedir?

İçme, yıkama ve temizleme için kullandığımız bütün sular geri dönüşümlüdür. Denize geri dönüş yolu bulan su, bulutlar oluşturarak yağış olarak Dünya’ya döndüğü atmosferde buharlaşacaktır. Bu sebeple, dünya üzerindeki tüm su, kendisini sürekli yenileyebilen sınırlı bir arzdan gelir.

• Beton imalatından çıkan geri kazanılmış su, yüksek dayanımlı ve hava sürüklenmiş betonlarda kullanılamaz.

Beton ve Bileşenleri – Kimyasal Katkılar :

• TS EN 206-1 Standardı katkı kullanım miktarının çimento dozajının kütlece %5’i ile sınırlandırmaktadır. TS 13515 ise bu sınırı performans ve dayanıklılığı arttırmak amacıyla
  %6’ya kadar çıkarmıştır. Daha yüksek oranda katkı kullanımını ise performans yönünden
  ispat edilmesi şartıyla açık bırakmıştır.
• Yüksek dayanımlı betonlarda akışkanlaştırıcı katkı miktarı çimento dozajının %7’sini geçmemelidir. Birden fazla katkı kullanımında bu oran %8‘e kadar arttırılabilinir.

Lifler :

• Çelik lifler harman şeklinde kullanılmalıdır. Lifleri bir arada tutan yapıştırıcının zararsız
  olduğu konusunda tedarikçiyle mutabakat yapılmalıdır.
• Galvanize çelik lifler ön gerilmeli betonlarda kullanılmamalıdır.

İnce malzeme içeriği :

• Aşağıdaki tablolarda (tablo 1 ve tablo 2) en fazla izin verilen ince malzeme miktarları belirtilmiştir. Ara değerler için entrapolasyon yapılabilir.

– Tablo 1 –

Tablo 1: Dayanım sınıfı C50/60 ve altı olan, en büyük agrega tane büyüklüğü 16 mm ve 63 mm arasında olan ve XF veya XM çevresel etki sınıfına maruz kalan betonlar için en fazla
izin verilen ince malzeme miktarı

– Tablo 2 –

Tablo 2: Dayanım sınıfı C50/60 üzeri olan, en büyük agrega tane büyüklüğü 16 mm ve 63 mm arasında olan ve XF veya XM çevresel etki sınıfına maruz kalan betonlar için en fazla
izin verilen ince malzeme miktarı.

“Beton ve Bileşenleri [TS 13515]” başlıklı yazı tarafımdan düzenlenmiştir.

Düzenleyen: İnş. Müh. İsmail Enes ERDEĞER

www.ismailenes.com / www.ensmuhendislik.com

@insaportcom