Beton; çakıl, kum gibi "agrega” denilen maddelerin bir bağlayıcı madde ve su ile birleştirilmesinden meydana gelen inşaat malzemesi, hatta yapıtaşıdır. Bağlayıcı madde de genellikle çimentodur.
Beton çok yaygın olarak kullanılan bir yapı malzemesidir. Baraj, kanal gibi su yapılarının yanında yol, bina, köprü ve diğer yapıların inşaatında da kullanılır. Hem bir taşıyıcı eleman ve hem de dekoratif malzemedir.
Yangına dayanıklılığı, su geçirmezliği ve ses yalıtımı bakımından da tercih edilir. Modern yapılarda nükleer radyasyona karşı da kullanılır.
Beton için gerekli olan çimento ve agrega, ayrı sanayi dallarında hazırlanır. Sonra bu malzemelerin uygun oranlarda bir araya getirilmesiyle beton harcı hazırlanır. Uygun karışım oranlarının seçilmesi; ekonomi, işlenebilme, mukavemet, dayanıklılık ve görünüş gibi özelliklerin dengeli elde edilmesini sağlar.
Agreganın durumuna, çimento cinsine göre pek çok karışım oranı kullanılır.
Karışım suyunun çimento miktarına oranı, betonun mukavemetine tesir eden en önemli etkenlerden biridir. Diğer önemli bir etken de beton içindeki hava miktarıdır. Bu miktar normal betonda yaklaşık %0,3-3 civarındadır. Bu iki etken beton kalitesinin kontrolünde ve beton karışımının homojen olarak elde edilmesinde çok önemlidir.
Betonun elde edilmesinde en son adım, dökülmüş betonun bakımı ve sertleşmesidir. Sertleşme çimentonun hidratasyonu yani, su ile kimyasal reaksiyona girmesi sonucu meydana gelir. Tam hidratasyonun elde edilmesi için çimento türü ve sıcaklığa bağlı olarak uzun bakım süresine ihtiyaç duyulabilir.
Çoğu hallerde yedi gün yeterlidir. 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 oluşum evrelerindeki kimyasal reaksiyonlar oldukça karmaşıktır.
Artık, üretilen betonlarda oluşan sorunlar nedeni ile geliştirilmiş olan katkı malzemeleri kullanılmaktadır. Bu katkılar hem betonun mukavemetini yükseltip suyun zararlarından korur, hem de katkının vereceği kıvama göre akışkan ya da donuk olmasının ayarlanmasını sağlar.
Beton dayanıklılığı dış ortamdaki agresif ögelere karşı direncidir. Beton çeşitli zararlı etkiler altında birtakım 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.
Betonun doğal kimyasal zararlara karşı dayanıklı olması, fizikokimyasal dış etkenler sonucu niteliklerini kaybetmemesi gerekir. Bunun için yeterli kimyasal dayanıma (dayanıklığa) sahip bulunması istenir.
Çimento, agrega ve sudan başka betona bazı katkı maddeleri de karıştırılır. Bunlar, su ilavesinden evvel veya sonra konulurlar. Katkı maddeleri, betonun işlenebilme özelliği, dayanıklılığı ve mukavemetini arttırabildiği gibi, sertleşmesini geciktirebilir veya çabuklaştırabilir.
Bunun yanında ısı genleşme ve geçirgenlik 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 üretiminde kimyasal katkı maddelerinin kullanım sebepleri:
• Kullanım kolaylığı,
• Ekonomi,
• Taze beton özelliklerinde farklılıklar,
• Sertleşmiş beton özelliklerinde ve sertleşme mekanizmasında farklılıklar meydana getirmeleridir.
Katkı kullanılmadan üretimi mümkün olmayan betonlar:
• Çok yüksek dayanımlı beton,
• Donma çözülmeye dayanıklı beton,
• Çok akıcı ve aynı zamanda ayrışmayan beton.
Beton üretiminde kullanılan kimyasal katkılar yapılarına göre gruplandırıldığında iki sınıfa ayrılır:
1- Mineral katkılar; betonun bazı özelliklerini iyileştirmek veya betona özel nitelikler kazandırmak amacıyla kullanılan ince öğütülmüş malzemelerdir (TS EN 206 tanımı).
2- Kimyasal katkılar; taze ve/veya sertleşmiş beton özelliklerini değiştirmek için karıştırma işlemi sırasında, betona çimento miktarının ağırlıkça %5’ini geçmemek üzere eklenen kimyasal maddelerdir.
Kimyasal katkılar, genellikle su içinde çözülebilen organik veya inorganik kimyasal maddelerdir. Çimento ağırlığına oranla düşük miktarlarda kullanılırlar (örneğin %0,1-5 ).
Aşırı dozda kullanıldıklarında yan etkileri söz konusudur (priz geciktirme veya hızlandırma, dayanım kaybı, betonun ayrışması, hava sürüklenmesi vb). Birden çok katkı birarada kullanıldığında uyumları mutlaka araştırılmalı, deneme karışımı ile optimum dozaj belirlenmelidir.
Beton üretiminde kimyasal katkı kullanımının yararlarını;
• Betonun işlenebilirliğini, su içeriğini arttırmadan arttırmak,
• Terleme ve ayrışmayı azaltmak,
• Priz süresini ayarlamak (yavaşlatmak veya hızlandırmak),
• Dayanım kazanma hızını erken yaşlarda arttırmak,
• Hidratasyon ısısı artışını yavaşlatmak,
• Yıpratıcı dış koşullara karşı dayanıklılığı arttırmak (donmaçözülme vb.) olarak sıralayabiliriz.
Kimyasal Katkılar TS EN 934-2 standardına göre aşağıdaki şekilde sıralanabilir:
• Su azaltıcı / akışkanlaştırıcı katkılar,
• Yüksek oranda su azaltıcı / süper akışkanlaştırıcı katkılar,
• Su tutucu katkılar,
• Hava sürükleyici katkılar,
• Priz hızlandırıcı katkılar,
• Sertleşmeyi hızlandırıcı katkılar,
• Priz geciktirici katkılar,
• Su geçirimsizlik katkısı,
• Priz geciktirici / su azaltıcı /akışkanlaştırıcı katkılar,
• Priz geciktirici /yüksek oranda su azaltıcı / süper akışkanlaştırıcı katkılar,
• Priz hızlandırıcı / su azaltıcı / akışkanlaştırıcı katkılar.
Etki mekanizmalarına göre ise kimyasal katkıları, iki grupta toplayabiliriz:
1- Yüzey aktif kimyasallar:
Çimento taneleri üzerine yapışarak hidratasyon reaksiyonlarını etkiler ve suyun yüzey gerilimini değiştirir. Örn: Hava sürükleyici ve su azaltıcı katkılar.
2- Priz ayarlayıcı kimyasallar:
Parçalanıp iyonlarına ayrılır ve çimento – su arasındaki kimyasal reaksiyonları ilk birkaç dakika ile ilk birkaç saate kadarlık süre içinde etkiler. Örn: Priz hızlandırıcı veya geciktirici katkılar.
Yüzey aktif kimyasallar; bir ucu hidrofil (suyu çekici), diğer ucu hidrofob (suyu itici) uzun zincirli organik moleküllerdir. Hidrofil uç COOveya SO3gibi bir veya daha fazla sayıda polar grup içerir.
Beton üretiminde kullanılan yüzey aktif kimyasallar çoğunlukla polar veya polar olmayan zincirli negatif yüklü katkılardır. Polar olmayan zincirli negatif yüklü katkılar hava sürükleyici, polar zincirli katkılar ise su azaltıcı / akışkanlaştırıcı katkıları oluşturur.
Hava sürükleyici katkı maddeleri, taze betonun hava miktarını artırarak ve hava boşluklarını birbirinden ayrı olarak yaklaşık 0.20 mm çapında boşluklar halinde üniform bir şekilde dağılmasını sağlayan ve bu boşlukların kararlılığını beton prizi tamamlanıncaya kadar sürdüren katkı maddeleridir.
Reçine tuzları, proteinli maddeler, petrol asitleri, sentetik deterjanlar önemli hava sürükleyici kimyasallardır.
Bu katkı maddesinin kullanım amacı; beton bünyesinde küçük çaplı ( ? 50µm ve ?? 200-250µm) küresel yapıda hava kabarcıkları (%4-6 oranında) oluşturarak betonun donma çözülme direncinin arttırılmasıdır.
Hava kabarcıklarının çapları yanında birbirleri ile olan ortalama mesafe de (aralık faktörü), katkının etkinliği açısından mümkün olduğun ca küçük olmalıdır (Max. 0,2 mm).
Hava sürükleyici katkıları kullanmanın bazı avantaj ve dezavantajları vardır:
• Taze betonun işlenebilirliğini ve perdahlanabilirliğini kolaylaştırır. Betonun içinde hapis olan hava miktarı %1.5 %2.0’den %3.0 %6.0’ya çıkar.
• Ayrışma ve terleme riskini de azaltırlar.
• Kütle betonu ve hafif betonlarda daha az çimento ile aynı işlenebilirliği sağlamak için kullanılabilir.
• Betonu donma – çözünme etkilerinden korumada etkin rol oynar. Böylelikle betonun dayanıklılığı (dürabilite) artırılmış olur. Basınç dayanımına önemli derecede etki yaptığı için betonun havası sık sık kontrol edilmeli, hava %6’yı geçmemelidir.
• Hava sürükleyici katkı kullanılarak hazırlanan betonun 28 günlük dayanımını, kontrol betonunun dayanımının en az %75’i kadar olmalıdır.
• Hava sürükleyici katkı maddesi yüksek dozajlarda kullanıldığında prizi geciktirir.
Hava sürükleyici katkılar, yoğunluklu olarak beton yollar, pist betonları, havaalanları ve su yapıları gibi yerlerin betonunda kullanılır. Hava sürükleyici katkı maddeleri, çimento ağırlığının %0.03 %0.15’i arasında kullanılır. Örneğin; 100 kg çimentoya 30 – 150 gr hava sürükleyici katkı maddesi kullanılır.
Çimento partikülleri birbiriyle birleşmek suretiyle küçük topaklar oluşturmaya meyillidirler. Akışkanlaştırıcılar su ile birleşerek beton içerisindeki suyun yüzey gerilimlerini ve çekim gücünü azaltırlar. Akışkanlaştırıcılar negatif elektriksel yüke sahip olup su yüzeyinde hareket etme eğilimindedirler.
Bu etkileri dolayısı ile topaklaşmayı önlemeleri ve aynı zamanda tanelerin birbiri üzerinden kaymalarını kolaylaştırmak ve yağlayıcı etki göstermeleri betonun iç sürtünmesini azaltmakta ve işlenebilirliğini arttırmaktadır.
Akışkanlaştırıcılar, aynı işlenebilmeyi sağlamak koşulu ile karışım suyu miktarında %5%12 arası azalma sağlar. Karışım suyunu azaltmadan kullanılırsa işlenebilirliği önemli ölçüde arttırır; ayrıca ayrışmayı azaltarak pompalanabilirliği arttırır.
Mukavemet, su/çimento oranının fonksiyonu olduğuna göre akışkanlaştırıcı katkı kullanıldığında karışım suyunun azalması su/çimento oranını düşüreceğinden daha yüksek, erken ve nihai mukavemetler elde edilecek ve daha az boşluklu, daha iyi yüzey görünümlü ve daha az geçirimli beton elde edilir.
Akışkanlaştırıcılar, genellikle taşıma betonlarında, kütle betonlarında, pompa betonlarında, hazır betonda, düzgün yüzey istenen her yerde, çelik donatının yoğun olduğu yerlerde, vb. kullanılır.
NesChem Additive ürünlerinden P 101; polikarboksilat bazda dimetil siloksan ve silikon reaksiyon ürünlerini içeren, hiper akışkanlaştırıcı topaklanma önleyici özelliklerini de taşıyan bir toz hava sürükleyicidir.
Aynı zamanda P 101; beton içinde hapis olması istenmeyen 1000µm ve daha büyük boyuttaki hava kabarcıklarını yok ederken, çimento esaslı tüm su bazlı sistemlerde hava sürükleyici olarakmükemmel performans göstermektedir.
NesChem Additive Laboratuvarlarında, P 101 kullanılarak yapılanbeton deneylerinde, yayılma değerlerinin %10'dan %30'a kadar arttığı gözlenmiştir. Ayrıca hava sürükleme özelliğiyle betonu donma-çözünme etkilerinden korumada da etkin rol oynar.
Betonun içinde olması istenen hava miktarı %1,5-2'lerden %3-6’lara kadar çıkar (olması istenen max. hava miktarı %6’dır). Böylelikle betonun dayanıklılığı arttırır.
Günümüzde katkısız beton üretimi yok denecek kadar azdır.
Unutmamalı!
• Katkı maddeleri ilaç değildir. Kötü hazırlanmış betonu düzeltmez.
• Katkı maddeleri her tip çimento, agrega ve granülometri için aynı sonucu vermez.
• Yan etkilerini araştırmak gerekir.
• İki veya daha fazla katkının aynı betonda birbirleri ile uyumu kontrol edilmelidir.
Neslihan Yılmazer
Kimya Yüksek Mühendisi
NesChem Kurucu ve Teknik Müdürü
