Evladiyelik Beton

Giriş

Sertleşmiş beton beklenen iki temel özellik dayanım ve dayanıklılıktır. Dayanım genelde 28 günlük karakteristik basınç dayanımı olarak C30, C40,... gibi tanımlanan herkesin aşina olduğu bir özelliktir. Dayanıklılık (dürabilite), betonun zaman içinde kendi içinden veya dışından (çevreden) gelen yıpratıcı etkilerden fazla zarar görmemesi, masraflı onarımlar gerektirmeyen uzun bir ekonomik ömre sahip olmasıdır. Zarar, ya doğrudan betona, ya da içindeki çelik donatıyadır. Beton üretiminde ilgili standartlara uygun doğru çimento, doğru agregalar, doğru su, doğru katkılar kullanıldığı ve beton doğru sıcaklık ve nem ortamında tutulduğu takdirde kendi içinden gelen zararlı etki (alkali-silika reaksiyonu, geciken etrenjit oluşumu,...) söz konusu olmaz. Betonun içinde yer aldığı çevreden kaynaklanan zararlı etkilerse TS EN 206’da [ 1 ] ve onu tamamlayan milli standartlarda ( TS 13515, BS 8500,...) açık biçimde tanımlanmaktadır. Bunlar başlıca iki grupta toplanabilir: • Betona zarar veren donma-çözülme, mekanik aşınma gibi fiziksel veya sülfatlar, asitler gibi zeminden, yeraltı suyundan kaynaklanan kimyasal etkiler. • Donatı korozyonuna neden olan karbonatlaşma, klorürler,... gibi etkiler. Betonu ve içindeki donatıyı dış etkilere karşı korumanın bir yolu betonun kendisini yeteri kadar geçirimsiz yaparak dış faktörlerin içine nüfuz etmesini önlemek veya öngörülen süre (ekonomik ömür) kadar geciktirmektir. Diğer yolu da onu geçirimsiz bir tabaka ile kaplayarak (yalıtım, sıva, boya) veya betona geçirimsizlik katkısı katarak aynı amaca ulaşmaktır. Yüksek yapı ve benzeri büyük projelerin zeminle temas eden temel betonlarının, dış perde botonlarının zararlı çevre etkilerinden korunmasında bu iki yönteme de sıkça rastlanmaktadır. Donatıya, korozyondan koruyucu bir uygulama (boya, katodik koruma) da yapılabilmektedir.

Ekonomik Ömür -Pas Payı

Betona özgü çözüm donatıyı ve çekirdek betonunu (yapı elemanının dış donatılar arasında kalan kesiti) yeteri kadar kalın ve yeteri kadar geçirimsiz bir beton örtüsüyle (pas payı) korumaktır. Pas payı betonu ne kadar geçirimsiz ve kalınsa ekonomik ömür o kadar uzayacak, tersine ne kadar geçirimli ve ince ise ekonomik ömür o kadar kısalacaktır. TS 500 [ 2 ] pas payı kalınlığını, en dış donatının dış yüzünden ölçülen net beton örtüsü olarak, zeminle doğrudan ilişkide olan elemanlarda en az 50 mm, hava koşullarına açık kolon ve kirişlerde en az 25 mm, yapı içinde, dış etkilere açık olmayan kolon ve kirişlerde en az 20 mm, perde duvar ve döşemelerde en az 15 mm öngörmekte, yangının, paslanmanın ve diğer zararlı dış etkenlerin söz konusu olduğu durumlarda gerekli görüldüğü kadar arttırılmasını istemektedir.Betonun geçirimsizliğini iyileştirmenin yolu, taneleri arasında en az boşluk kalan bir agrega iskeleti kurmaktan (uygun granülometri), bu boşlukları yeteri kadar çimento hamuru ile doldurmaktan (minimum çimento dozajı şartı) ve söz konusu çimento hamurunun kendisinin de geçirimsiz olmasından (maksimum su / çimento oranı şartı) geçmektedir. Minimum çimento dozajı ve maksimum S/Ç oranı betonun basınç dayanım sınıfını da belirlemektedir.

Çevresel Etkiler

TS EN 206, betonun ekonomik ömrünü etkileyecek çevresel faktörleri çeşidine ve zarar düzeyine göre sınıflamıştır: XO: Korozyon ve zararlı etki tehlikesi yok. XC1, XC2, XC3, XC4: Karbonatlaşmanın sebep olduğu korozyon. XD1, XD2, XD3: Deniz suyu haricinddeki klorürlerin sebep olduğu korozyon. XS1, XS2, XS3: Deniz suyundan kaynaklanan klorürlerin sebep olduğu korozyon. XF1, XF2, XF3, XF4: Donma çözülme etkisi. XA1, XA2, XA3: kimyasal etkiler. Standart, bu çevresel etkiler altında yapının 50 yıl kullanım ömrüne sahip olabilmesi için gerekli en yüksek S/Ç oranını, en az çimento miktarını ve en küçük dayanım sınıfını çizelge F1‘de önermiş, ayrıntıların düzenlemesini tamamlayıcı milli standardlara bırakmıştır. Tamamlayıcı Türk Standardı TS 13515 [ 3 ], çevresel etki faktörlerine mekanik aşınma etkisini ve alkali silika reaksiyonunu eklemiş; çizelge F1’i genişleterek ve gözden geçirerek zorunlu hale getirmiş; kullanılabilecek çimento tiplerini belirlemiş, ancak 50 yıl dışında bir ekonomik ömür için hüküm getirmemiştir.

Yüzyıl Ömür: BS 8500-1

Tamamlayıcı ingiliz standardı BS 8500-1 [ 4 ], daha ayrıntılı olarak, hem yüzyıl ekonomik ömür için kriterleri vermiş, hem de bunları pas payı kalınlığına bağlı olarak çeşitlendirmiştir. İzin verilen çimento tipleri de belirlenmiştir. Aşağıdaki örnekler bu standarttan alınmıştır. XC1, karbonatlaşmanın sebep olduğu korozyonun en hafif sınıfına (örneğin çok düşük rutubetli havaya sahip ortamdaki beton) karşı 15 mm pas payı ile 0.70 S/Ç oranlı, 240 kg/m³ dozlu C20 betonu, 50 yıllık ekonomik ömür için de yeterlidir, 100 yıllık ömür için de. Zira zararlı etki çok sınırlıdır. Pas payının 20 mm’ye çıkması pek yarar sağlamamakta, XC3 ve XC4 çevre etki sınıflarını 50 yıllık ekonomik ömür için ancak 0.45 S/Ç oranlı, 340 dozlu C40 betonu ile karşılayabilmekte, 100 yıl ömre yeterli olmamaktadır. Diğer çevre etki sınıfları hiç karşılanmamaktadır. Pas payının 25 mm’ye çıkması 50 yıl ömür için XC2 sınıfını 0.65 S/Ç oranlı, 260 dozlu C25 betonu ile; XC3 ve XC4 sınıflarını 0.55 S/Ç oranlı 300 dozlu C30 betonu ile karşılayabilmekte, başka hiçbir çevre etki sınıfı için yeterli olmamaktadır. 100 yıl ömür için ise yalnızca XC2 sınıfı (ıslak, ara sıra kuru-örneğin su depoları, zararlı etkisi olmayan toprak içerisine tamamen gömülü temeller) karşılanabilmektedir. Dolayısı ile TS 500’ün hava koşullarına açık kolon ve kirişler için öngördüğü 25 mm’lik pas payı değeri, sahilde veya sahile yakın yerde bulunan beton yapıların donatılarını hava ile taşınan tuzlara karşı (XS1 çevre etki sınıfı) 50 yıl bile koruyamayacaktır.

XC3, karbonatlaşmanın sebep olduğu korozyona karşı 30 mm pas payı ile 50 yıl ömür için 0.60 S/Ç oranlı, 280 dozlu C28 betonu yeterli olurken, 100 yıl ömür için 0.45 S/Ç oranlı, 340 dozlu bir C40 betonuna yükselmek gerekmektedir.

Ancak pas payı 50 mm’ye çıkarsa 0.65 S/Ç oranlı ve 260 dozlu bir C25 betonu da (daha düşük kalite) 100 yıl ömre yeterli olmaktadır. XD1, deniz suyu haricindeki klorürlerin sebep olduğu korozyona karşı 50 yıl ömür için 30 mm pas payı ile 0.55 S/Ç oranlı bir C32 betonu yeterli olurken, 100 yıl ömür için 0.40 S/Ç oranlı ve 380 dozlu C45 betonuna yükselmek gerekmektedir. Ancak aynı hedefe, aynı C32 betonu ile pas payını 30 mm’den 45mm’ye çıkararak da ulaşılabilmektedir. Örnekleri çoğaltmak mümkün ancak gereksizdir. Son yıllarda Marmaray ve benzeri projelerle “yüzyıl ömürlü-evladiyelik beton” gündemde öne çıkmaktadır. Yukarıdaki karşılaştırmalardan aslında yüzyıl ekonomik ömre sahip beton tasarımının aşırı zorluk taşımadığı anlaşılmaktadır: Ekonomik ömrü 50 yıldan 100 yıla çıkarmak için pas payını yeteri kadar arttırmak ve/ veya dayanım sınıfını yeteri kadar yükseltmek kâfi gelmektedir. Örneğin İstanbul’da yüksek yapı projelerinde yaygın kullanılan C50, C60 betonları, genelde 0.40‘ın altında S/Ç oranları, 380 kg/m3‘ün üzerinde eşdeğer çimento dozajlarıyla, pas payı 45 mm olursa, tüm XC, XS veya XD çevre etki sınıflarının 100 yıl ekonomik ömür koşullarını karşılamaktadır.

Uygulama

Tasarımın doğru olması çevre etkilerinin doğru tanımlanmasına, pas payı kalınlıklarının ve betonun S/Ç oranının, dozajının, dayanım sınıfının doğru ve uyumlu seçilmesine bağlıdır. Ancak tasarımın doğru olması yetmemekte, beraberinde uygulamanın da doğru ve özenli gerçekleştirilmesi gerekmektedir: Donatıların kalıba pas paylarını koruyacak biçimde düzgün yerleştirilmesi; betonun kalıba iyi yerleştirilmesi ve sıkıştırılması; kürünün düzgün yapılması; boşluksuz, ayrışmamış, kusursuz bir pas payı betonu elde edilmesi ve çatlamadan korunması önem taşıyan aşamalardır. Aksi takdirde fotoğraflarda görülen özürlü pas payı betonlarının, değil C40, C50,...C100 bile olsalar donatıyı veya çekirdek betonunu koruma potansiyelleri söz konusu olmayacaktır.

Sonuç

Evladiyelik beton -yüzyıl ekonomik ömür-uzaktan bakıldığında sanıldığı kadar zor görünmüyor. Kalıcı başarının anahtarı, çevre etki sınıflarının doğru belirlenmesi, pas payı kalınlığının ve beton tipinin (S/Ç oranı, eşdeğer çimento dozajı, dayanım sınıfı, bağlayıcı seçimi) uyumlu ve optimal teknik-ekonomik çerçeveye oturtulması olarak görünüyor. TS 500’de pas payı kalınlıklarının gözden geçirilmesinde, daha ayrıntılı ve kapsamlı hükümlerle zenginleştirilmesinde, uzun ekonomik ömre vurgu yapılmasında yarar gözüküyor. Pas payı betonunun kalınlığının ve geçirimsizliğinin mükemmel uyumda olması sonuç başarı için yeterli görünmüyor, uygulama kalitesinin de aynı düzeye yükseltilmesi gerekiyor.   Prof. Dr. Erbil Öztekin Chryso Teknik Danışmanı    

Kaynaklar 1- TS EN 206 / Şubat 2014: “Beton-Özellik, performans, imalat ve uygunluk”. 2-TS 500 / Şubat 2000: “Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları”. 3-TS 13515 / Haziran 2014: “ TS EN 206’ nın Uygulanmasına Yönelik Tamamlayıcı Standard”. 4-B5 8500-1: 2006: “Concrete-Complementary British Standard to BS EN 206-1-Part 1: Method of specifying and guidance for the specifier”.