Su Geçirimsizlik Katkıları

22.07.2017

Yapılarda kullanılan betonun su geçirimsizliği, karışıma ilave edilecek olan su azaltıcı, akışkanlaştırıcı ve geçirimsizlik katkıları haricinde proje şartları, betonun tasarımı, üretimi, taşınması, yerleştirilmesi ve bu aşamaların devamında betonun bakımı ve ayrıca yapı elemanına uygun olarak alınacak soğuk derz önlemleri ile doğrudan etkilenmektedir. Bu nedenlerden dolayı betonun geçirimsizliği bir bütün olarak ele alınmalı, üretimin her aşamasında gerekli uygulamalar ve önlemler dikkatli ve usulüne uygun olarak uygulanmalıdır.Sonuç olarak bu tip bir uygulamada ana hedef; “yapının su geçirimsizliğini sağlamak” olmalıdır. Su Geçirimsizlik

1. Tanım

TS EN 13515 standardı, madde 5.5.3’te su işlemesine (nüfuzuna) karşı direnç şu şekilde tarif edilmiştir: Düşük su geçirgenlik özelliğine sahip beton aşağıdaki şartları sağlamalıdır; • 40 cm’den daha fazla kalınlıktaki elemanlar için su/çimento oranı ≤ 0,70 olmalıdır. • 40 cm ve daha az kalınlıktaki elemanlar için su/çimento oranı ≤ 0,60 ve en az çimento dozajı 280 kg/m3 (Tip II mineral katkı kullanıldığında en az 270 kg/m3 çimento) olmalıdır. Beton sınıfı en az C25/30 olmalıdır. • TS EN 12390-8’e göre deneye tabi tutulduğunda, su işleme derinliği en fazla 50 mm olmalıdır. Zararlı kimyasal etkileri olan suya maruz kalacak beton yapılarda ise bu değer en fazla 30 mm olarak uygulanmalıdır.

Su geçirimsizlik katkıları (SG), TS EN 934-2 Kimyasal Katkılar Standardında;

“Sertleşmiş betonun kılcal su emmesini azaltan kimyasal katkı” olarak tarif edilmiştir. Genel olarak betonun suya karşı direncini arttırmak için geçirimliliği (permeabilite)düşüren katkılar olarak tanımlanmaktadır. SG katkıları,beton yüzeyinden içerisine su geçişini azaltarak ve/veya sertleşmiş beton içerisindeki kapiler boşlukları azaltarak veya tıkayarak geçirimsizliği sağlar.

SG katkılarının çalışma mekanizması;

• Kapiler boşluk miktarını, hacmini ve sürekliliğini(boşlukların birbirleriyle bağlantısını) azaltarak, • Sertleşmiş beton içerisindeki kapiler boşlukları tıkayarak, • Katkı içerisinde yer alan hidrofobik malzemelerin su ile reaksiyona girerek genleşmesi sonucu su geçişini azaltarak gerçekleşmektedir. SG Katkıları çimento hamurunda yeralan kapiler boşluklar üzerinde etkisini göstererek absorbsiyonu ve permeabiliteyi azaltır. Ancak beton yüzeyinde oluşmuş büyük çatlaklar veya segregasyon nedeniyle bozulmuş yapısal hasardan su geçişini engelleyemez. SG Katkıları beton yüzeyinde oluşan ve çiçeklenme adı verilen kimyasal reaksiyonu engellemek için de kullanılabilir.

2. Standart

SG Katkıları ile ilgili standart “TS EN 934-2: Kimyasal Katkılar- Beton, Harç ve Şerbet için Bölüm 2: Beton Katkıları- Tarifler ve Özellikler, Uygunluk, İşaretleme ve Etiketleme” çizelge 9’da yer almaktadır.(Şekil-1 TS EN 934-2 Çizelge 9) Su Geçirimsizlik

3. Materyal

Betonun geçirgenliği, beton içerisindeki kapiler boşluk hacmi, sayısı ve bu boşlukların birbirleri ile bağlantılı olup olmaması durumuna göre değişmektedir [1-2-3].Hidratasyon ürünlerinin dolduramadığı bağlantılı bu kılcal boşluklar sayesinde su ve diğer maddeler beton içerisinde ilerleyebilir. Beton karışımlarında kullanılan agregaların geçirgenliği, karışım oranları, ince malzeme miktarı, agrega-hamur ara yüzeyi, yerleştirme, sıkıştırma ve kür koşulları gibi değişkenler beton geçirgenliğini etkilemektedir. Aynı zamanda ortam sıcaklığı ve nem döngülerinden kaynaklanan mikro-çatlaklar da betonun geçiş özeliğini önemli ölçüde artırabilir [4-5]. Kılcal boşlukları azaltmak için alınabilecek ilk önlem betondaki su/çimento oranının azaltılmasıdır. Ayrıca betonun geçirgenliğini azaltmak için mineral ve kimyasal katkılar kullanılmaktadır. Su/çimento oranını düşürmek ve kapiler boşluğu azaltmak amacıyla genellikle beton içerisinde; • TS EN 934-2 standardı Çizelge 2’de yeralan “Su azaltıcı / akışkanlaştırıcı katkılar” ve/veya • TS EN 934-2 standardı Çizelge 3.1 ve Çizelge 3.2’de yeralan “Yüksek oranda su azaltıcı / süper akışkanlaştırıcı” katkılar kullanılmaktadır. Bu katkılar ile serbest su miktarı azaltılarak kapiler boşluk oranı düşürülür ve betonun geçirimsizliği iyileştirilebilir. Mineral katkılar (uçucu kül, yüksek fırın cürufu vs.) ise daha ince olduklarından ve puzolanik reaksiyon gösterdiklerinden dolayı betonda çimento yerine veya filler olarak kullanıldığında, kapiler boşlukları azaltarak ve agrega-hamur ara yüzeyini iyileştirerek, betonun geçiş özeliklerini iyileştirmektedir [16-17]. SG katkıları kullanımı ile boşlukların tıkanması ise katkı içerisinde yeralan; • Suda çözünen veya çözünmeyen, aktif ve reaktif filler malzemeler (kireçtaşı, silis dumanı vb.gibi), • Suda çözünebilen organik polimerler yardımı ile yapılabilir. Hidrofobik (su itici) kimyasal katkılar ise genellikle uzun zincire sahip yağ asidi esteri türevleri olan kimyasallardır. SG katkıları, su azaltıcı veya yüksek oranda su azaltıcı katkılar, hidrofobik kimyasallar ve boşluk tıkayan filler malzemelerin kombinasyonları ile üretilmektedirler.

4. Mekanizma

Betonun su emme oranı, içerisinde yer alan boşluk miktarına bağlıdır. Boşluk hacmi, çimento ile hidratasyona girmeyen serbest su oranı ile değişmektedir. Beton içerisindeki bu fazla su, betonun üretimi, taşınması, işlenebilirliği,doğru biçimde yerleştirilebilmesi ve sıkıştırılabilmesi için gereklidir. Örneğin; içeriğinde 350-400 kg/m3 çimento, 175-200 kg/m3 su bulunan yüksek dayanıma sahip bir betonda, reçetede yeralan suyun 98-112 kg/m3’lük kısmı hidratasyon için kullanılır. Geriye kalan 77-88 kg/m3’lük fazla su (beton hacminin %7.7-%8.8’i) beton yüzeyinden terleme ve doğal buharlaşma yolu ile çıkarken betondaki kapiler boşluğu oluşturur. Oluşan bu boşluklar sertleşmiş beton içerisine zamanla su, hava ve zararlı kimyasalların girişine neden olur. Beton reçetesindeki su miktarı azaltılarak (su/çimento oranı 0.45 için yukarıda verilen örnekte su miktarı 157-180 kg/m3‘e düşer) kapiler boşluk miktarı azaltılabilir. Bunun için en iyi yöntem beton içerisinde su azaltıcı ve/veya yüksek oranda su azaltıcı katkıların kullanılmasıdır.Böylece betonun hem işlenebilirliği artar ve yerleştirilmesi kolaylaşır hem de rötre (büzülme) oranı azalır. Boşluk tıkayan katkılar, büyüklüğü 0.1 mikronu geçmeyen, aktif ve reaktif filler malzemeler veya suda çözünmez polimerlerden oluşur. Bu materyaller hidratasyon sonucu ortaya çıkan boşlukları fiziksel olarak tıkayarak geçirimsizliğe yardımcı olur. Hidrofobik kimyasallar suda çözünüp çimentonun kalsiyum kompenantları ile reaksiyona girerek kapiler boşlukların yüzeylerinde çözünmez kristaller oluşturur. Oluşan bu kristal yapı kuruduktan sonra beton içerisine su girişini engeller. Su geçirimsizliğin sağlanması, kullanılan katkının etkinliği, suyun basıncı ve betonun kalitesine de bağlıdır.

5. Kullanım 5.1 Dozaj

SG Katkıları için kullanım dozajı katkı tipine ve çeşidine göre değişmektedir. Su azaltıcı katkılar için dozaj çimento ağırlığının %0.2’si ile %2’si arası oranlarda kullanılabilmektedir. Hidrofobik katkılar için bu oran %1-2, boşluk tıkayıcı katkılar için ise %5-10 arasında değişebilmektedir. Sonuç olarak SG katkıları için kullanım oranı üretici beyanına uygun olarak belirlenmelidir.

5.2 Katkı Seçimi

Betonun su/çimento oranını 0.45’in altına düşürebilmek için TS EN 934-2’ye uygun bir su azaltıcı kimyasal katkı kullanılması tavsiye edilir. Hidrofobik katkılar, ıslanma-kuruma döngüsüne maruz kalan, düşük su basıncı etkisi altında betonun yüzeysel su emmesini azaltarak geçirimsizliğe yardımcı olur. Bu tip katkı seçimi ile erken ve ileri yaş için klor iyonu geçişi engellenerek betonun durabilitesi (servis ömrü) arttırılır.Sürekli su içerisinde yer alan ve yüksek su basıncına maruz kalan yapılarda ise boşluk tıkayıcı kimyasallar ya da boşluk tıkayıcı ve hidrofobik kimyasallar içeren SG katkıları tercih edilmelidir.

5.3 Çimento Tipi

SG Katkıları, TS EN 197-1’de yeralan tüm çimento tipleriyle ve Sülfata Dayanıklı Çimentolar ile birlikte kullanılabilir.

5.4 Aşırı Dozda Kullanım (Overdose)

SG Katkılarının aşırı dozda kullanımı durumunda üretici firma teknik föyü incelenmelidir. İnorganik filler içeren katkıların fazla kullanımı işlenebilirliği azaltır. Organik materyal içeren katkıların aşırı dozda kullanımı ile beton içerisine fazla hava sürüklenebilir ve/veya çimento yüzeyini kaplayan materyaller nedeniyle hidratasyon yavaşlayabilir/durabilir. Üretici beyanını aşan her iki durum içinde betonda basınç dayanımın düşmesi beklenir.

6.Beton Özelliklerine Etkisi 6.1 Basınç Dayanımına Etkisi

Su azaltıcı özelliğe sahip SG Katkıları ile daha düşük su/çimento oranına sahip beton üretimi mümkün olduğundan basınç dayanımının artması beklenir.Hidrofobik katkılar, Organik ve İnorganik yapıdaki boşluk tıkayıcı katkılar için dayanımda değişme beklenmez. Bazı organik yapıdaki SG katkıları beton içerisine hava sürükler. %1-2 oranında hava miktarının artması basınç dayanımında %10-20 azalmaya neden olur. Su/çimento oranının düşürülmesiyle bu durum dengelenebilir.

6.2 İşlenebilirlik

SG Katkıları genel olarak su azaltıcı da içerdiğinden işlenebilirliğin artması beklenir. Eşit su/çimento oranı için şahit katkısız beton ile SG katkısı kullanılan beton için benzer slump (çökme) kaybı özelliği göstermesi beklenir.

6.3 Priz Alma

Eşit su/çimento oranı için şahit katkısız beton ile SG katkısı kullanılan beton için 15-25o sıcaklıkta benzer priz süresi (90 dk.) özelliği göstermesi beklenir. Düşük sıcaklıklarda priz süresi uzayabilir.Hidrofobik katkıların normal sıcaklıklarda, yüksek dozda kullanılması durumunda priz süresi uzayabilir.

6.4 Hava İçeriği

Hidrofobik kimyasallar ya da organik materyal içeren kimyasallar beton içerisine hava sürükleyebilir. SG katkıları yapısı gereği şahit betona göre %2’den fazla hava sürüklemez. Aşırı dozda kullanım halinde hava içeriğinin artması beklenir.

6.5 Durabilite

SG Katkıları betonun içerisine su, hava, klor ve sülfat gibi zararlı kimyasalların girişini engelleyerek betonun durabilitesini (servis ömrünü) arttırır. Hidrofobik kimyasallar tekrarlı ıslanma-kuruma döngüsü altında betonun su emmesini azaltarak betonda yapısal bozulmaya neden olan tuz konsantrasyonunu düşürür. Bu durum betonun servis ömrünü uzatır. Betonarme yapıların uzun bir süre görevlerini güvenle yerine getirmeleri beklenir ancak çeşitli durabilite sorunlarına bağlı olarak birçok yapıda istenilen servis ömrü sağlanamaz ve yapıda çeşitli onarımlar gündeme gelir. Yapılar, servis ömürleri boyunca çeşitli çevresel etkiler altındadır [6]. Bunlar fiziksel, kimyasal veya fiziko – kimyasal ya da mekanik etkiler olabilir.Bu etkiler altında yapı işlevini yerine getirmeye devam edebilmeli,yapıda kullanılan malzemelerin durabilitesi yeterli olmalı ve performansları belirli bir düzeyin altına düşmemelidir. Aksi takdirde, çeşitli çevresel etkiler betonda çeşitli çatlamalar oluşmasına, performansının zamanla azalmasına ve istenilen servis ömründen önce işlevini yitirmesine yol açabilmektedir [7]. Günümüzde beton teknolojisinin gelişimiyle beraber farklı mekanizmalara sahip sıvı veya toz halinde SG katkıları üretilmektedir. Bu katkılar betonun geçirimsizlik özelliklerini iyileştirerek servis ömrünü uzatan kimyasal katkılardır [8]. Sonuç olarak sertleşmiş betonda su geçirimsizliğin artırılması amacı ile beton tasarımında dikkat edilmesi gereken noktalar şu şekilde özetlenebilir; • Kapiler boşlukların azaltılması, Su/Çimento oranını azaltarak, Puzolanik aktivitesi olan malzemeler veya mineral katkılar kullanarak (uçucu kül, cüruf, mikrosilika vs). • Düşük ince malzeme içeriği durumunda doğru şekilde ayarlanmış gradasyon eğrisi ile, • Bağlayıcı miktarları da hesaplanarak yeterli ince malzeme içeriğinin sağlanması ile, • Kolay sıkıştırılması, daha iyi yerleştirilebilmesi ve daha boşluksuz bir yapı elde edilebilmesi gibi sebeplerden dolayı plastik veya akışkan kıvamlı beton tercih edilmeli, (S-3, S-4, S-5 kıvam sınıfında veya KYB). • Uygun SG katkısı* kullanımı ile geçirimsizlik sağlanabilir.

*Bu tip katkıların kullanımında beton üreticisi ile irtibat halinde olunmalıdır. 7. Kullanım Yerleri

• Geçirimsizlik istenilen tüm projelerde, • Sık donatılı kesitlerde, • Su yapılarında, su depoları ve su arıtma tesislerinde, • Kimyasal etkilere maruz kalacak tüm yapılarda, • Bodrum kat temel ve perde betonlarında kullanılabilir. Gökhan Yılmaz / Satış Müdürü / Polisan Yapı Kimyasalları A.Ş.