Beton dünya çapında en çok kullanılan inşaat malzemesidir. Standart ve şartnamelere göre uygun bir şekilde üretilmiş ve uygulanmış beton emniyetli, iyi bir ekonomik değere sahip, uzun ömürlü, kullanışlı ve estetik yapılar için son derece önemli bir unsurdur. Çoğu yapı geçici olacak şekilde inşa edilmez ve onlarca yıl hizmet vermesi beklenir. Uzun vadeli performans, projenin tasarım ve inşaat aşamasında başlar ve bir yapının belirli bir sıklıkta ve planlanan zaman diliminde belirli düzeyde bakım ve onarımın gerekli olacağı hizmet ömrünü kapsar.
BETONUN DAYANIKLILIĞI VE KİMYASAL KATKILARIN ETKİSİ (*) - 6
BETON BİLEŞENLERİNİN DAYANIKLILIĞA ETKİSİ
Çimento
Beton yapımında kullanılan tüm malzemelerin oluşturduğu sistemin en kararsız kısmı Portland çimentosuna aittir. Hem kimyasal hem de fiziksel saldırıya maruz kalabilen çimento, betonda oluşabilecek dayanıklılık sorunlarının çoğundan sorumludur. Bu dayanıklılık sorunları Portland çimentolarının fiziksel ve kimyasal yapısının doğasında vardır. Neyse ki, bu sorunların çoğuyla nasıl başa çıkılacağı oldukça iyi bilinmektedir.
TS EN 197-1 standardı çimento açısından çok sayıda olasılık sunmaktadır. Standartta 27 genel çimento, 7 adet sülfata dayanıklı çimento cinsi yer almaktadır. TS EN 197-5 standardı ile 5 adet çimento cinsi ilave olmuştur. Tüm bu çimentoların uzun vadeli dayanıklılıkları açısından bazı belirsizlikler bulunmaktadır. Bu nedenle proje özelinde çimento cinsini belirleme, yapı performansı açısından oldukça kritik bir karardır.
Dayanıklılık söz konusu olduğunda elbette ilk savunma hattı su/çimento, daha doğru bir ifade ile su/bağlayıcı oranıdır. Su/bağlayıcı oranını mümkün olduğunca düşük tutmak, dayanıklılık açısından gereklidir. Bu durum, betonun geçirgenliğini büyük ölçüde azaltarak zararlı kimyasalların betonun içine girmesini önlemektedir. Betonda uçucu kül, yüksek fırın cürufu veya silis dumanı kullanılarak geçirgenlik daha da iyileştirilebilmektedir. Burada su azaltıcı kimyasal katkıların rolü oldukça yüksektir. Alınan bu önlemler kimyasal saldırıyı ortadan kaldıramasa da önemli ölçüde yavaşlatabilir ve böylece betonun etkin ömrünü uzatabilir.
Yukarıda belirtildiği gibi bazı zararlı reaksiyonlar yalnızca düşük su/bağlayıcı oranı ve belirli mineral katkılar kullanılarak geciktirilebilir. Ancak çimento (veya bağlayıcı) kimyasını değiştirmenin oldukça faydalı olabileceği bazı durumlar vardır. Örneğin, alkali-silika reaksiyonunun (ASR) meydana gelmesinin muhtemel olduğu durumlarda, çimentonun alkali eşdeğerinin %0,6’nın altına düşürülmesi, betonun toplam alkali içeriğinin sınırlandırılması ve düşük su/bağlayıcı oranının kullanılması genel olarak sorunu önleyecektir.
Sülfat saldırısında yer alan mekanizmalar oldukça karmaşıktır ancak bu saldırıyı hafifletmenin gereksinimleri oldukça basittir. Temel olarak sülfat saldırısının beklendiği durumlarda düşük C3A içeren çimentonun kullanılması etkilidir. Ancak bu etki yine de düşük su/bağlayıcı oranıyla birlikte anlamlı olmaktadır. C3A içeriğinin azaltılmasının bir diğer yöntemi de katkılı çimento ya da mineral katkı kullanılarak betondaki klinker miktarını azaltmaktır. C3A, betonun reolojisi ve dayanıklılığı üzerindeki olumsuz etkilerinden dolayı oldukça istenmeyen bir maddedir. C3A, çimento mineralleri arasında en reaktif olanıdır ve alçı (CaSO4.2H2O) ile birleşerek çoğunlukla iğne şeklinde etrenjit (6CaO.Al2O3.3SO3.32H2O) oluşturur. Etrenjitler işlenebilirliği azaltabilir. C3A içeriği ve incelik ne kadar yüksek olursa işlenebilirlik kaybı da o kadar büyük olur. C3A ayrıca düşük su/bağlayıcı oranlı betonlarda çimento-süper akışkanlaştırıcı uyumsuzluğuna da yol açabilir. Son olarak, yüksek C3A içeriği dayanıklılık sorunlarına yol açabilir; çünkü etrenjit, kılcal gözeneklerdeki ara suyun yüksek pH’ında stabil değildir. Birkaç saatlik hidrasyondan sonra etrenjitin bir kısmı monosülfoalüminata (3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O) dönüşmektedir. Beton daha sonra sülfat tuzlarına maruz kaldığında hem etrenjit hem de monosülfoalüminat kararsız olur. Bu durum, gecikmiş etrenjit oluşumu (GEO), sülfat saldırısı ve donma-çözülme döngülerine karşı direncin azalması gibi dayanıklılık sorunlarına neden olur.
Beton bazı koşullarda çeşitli asitlerin saldırısına maruz kalabilmektedir. Genelde bu saldırıların şiddeti asidin türüne ve konsantrasyonuna bağlıdır. Hidrate olmuş çimentodaki Ca(OH)2, asit saldırısına karşı oldukça hassastır ancak C–S–H ve bazı durumlarda agrega da saldırıya uğrayabilmektedir. Asit etkisi, beton yüzeyinden temas ile başlayarak asit-baz reaksiyonları ile yüzeyden itibaren adeta betonu kemirmeye başlar. Bu saldırıda beton geçirimliliğinin pek de bir önemi kalmaz, çünkü tahribat yüzeyden başlar. Asidin pH derecesi düştükçe saldırının şiddeti de artmaktadır. Asit saldırısına karşı en doğru çözüm beton yüzeyinin yalıtımı olsa da bazı hafif etki durumlarında, yüksek oranda katkı içeren çimento ya da mineral katkı kullanılması çözüm sağlayabilir.
İnşaat sektöründeki genel talep ve öğütme teknolojilerindeki gelişmeler sonucunda son yıllarda çimentoların daha yüksek erken dayanım performansına ulaşmıştır. Bunun içinde çimento üreticileri inceliği daha yüksek çimento arz etmeye başlamıştır. Çimento inceliğinin artması sonucunda hidrasyon süreci hızlanır, hidratasyon ısısı artar, erken dayanım yükselir ve betonda su ihtiyacı artabilir. Yüksek reaksiyon hızı sonucu oluşan hidratasyon ısısı özellikle kütle betonlarında termal çatlama olasılığına yol açabilir. Daha yüksek çimento inceliği aynı zamanda daha fazla rötre çatlamasına neden olabilir. Bu etkiler bir araya geldiğinde, potansiyel olarak beton dayanıklılığı olumsuz etkilenebilmektedir.
Mineral Katkılar
Uçucu Kül: Termik santrallerde toz haline getirilmiş kömürün yakılması sürecinde oluşan uçucu kül, 60 yılı aşkın bir süredir tamamlayıcı çimentolu malzeme olarak kullanılmaktadır. İkincil hidratasyon ürünleri, uçucu kül bazlı betonlara dayanıklılık (düşük su geçirgenliği) kazandırır.
Külün parçacık boyutu ne kadar küçük olursa, kalsiyum hidroksite maruz kalan yüzey alanı da o kadar büyük olur ve reaksiyon hızı da artar. Kirecin uçucu kül ile puzolanik reaksiyonu genellikle yavaş bir reaksiyondur. Ancak kür sıcaklığı artırılırsa puzolanik reaksiyon hızı da artmaktadır. Uçucu külün betonda kullanılmasının bir diğer faydası da üretilen betonun su ihtiyacını azaltarak su/bağlayıcı oranını ve geçirgenliği azaltarak dayanımı göreceli olarak artırmasıdır. Kızdırma kaybı (KK) genellikle uçucu külle ilgili önemli bir sorun olarak öne çıkmaktadır. KK, puzolanik özelliği azaltan yanmamış karbon ile ilişkilidir. TS 13515’e göre betonda kullanılacak uçucu külün KK değeri maksimum %5 ile sınırlandırılmıştır.
Uçucu kül içeren betonun gözenekliliği ve geçirgenliği, puzolanik hidratasyon ürünleri oluştukça azalır. Gözeneklerin azalması nedeniyle, potansiyel olarak zararlı bileşiklerin beton kütlesine erişimi engellenir.
Alkali-silika reaksiyonu (ASR), bazı silisli agregaların Portland çimentosunda bulunan alkalilerle reaksiyona girmesiyle ortaya çıkan genişleyen bir reaksiyondur. Uçucu kül betona eklendiğinde, beton içinde herhangi bir önemli sertleşme ve dayanım kazanımı meydana gelmeden önce tercihen sodyum veya potasyum alkalileri bağlar. Uçucu külün eklenmesi, gözenek çözeltisinin pH’ını 13’ün altına düşürür; bu durumda ASR potansiyeli önemli ölçüde azalır. Bazen uçucu kül, teorik olarak ASR’ye katılma kapasitesine sahip olan yüksek oranda sodyum veya potasyum oksit içerebilir. Neyse ki, bu alkaliler uçucu kül partikülünün camsı fazında tutulur ve Portland çimentosu ile birlikte yeterli kül kullanıldığında zararlı bir şekilde reaksiyona giremez. Bu arada, silissi uçucu kül kalkersi uçucu küle oranla ASR’yi önlemede çok daha etkilidir.
Klorür, betonda bulunan donatı çubuklarının en büyük düşmanlarından biridir. Portland çimentosundaki C3A, klorür iyonlarını bağlayarak kalsiyum kloroalüminat oluşturmaktadır. Benzer şekilde C4AF, klorür iyonlarının hareketliliğini azaltmaktadır. Uçucu kül ayrıca klorür iyonlarını bağlayabilen alümina oksitleri de içermektedir. Klorür girişini azaltmanın etkili bir yolu betonun klorür geçirgenliğini azaltmaktır.
Uçucu küllü betonun karbonatlaşma direnci biraz karışık bir durumdur. Puzolanik reaksiyon, alkali ortamın korunmasından sorumlu olan ve çelik donatının korozyonunu önleyen Ca(OH)2 miktarını azaltır. Bununla birlikte, büyük oranda uçucu kül kullanılsa bile mevcut kireç hiçbir zaman tamamen tükenmez. Ayrıca yeterli ve etkin bir kür yapılması durumunda puzolanik reaksiyon daha fazla hidrasyon ürünü üreterek CO2, oksijen ve su girişini önemli ölçüde azaltır. Bu nedenle uçucu kül içeren betonların karbonatlaşma direnci birçok farklı mekanizmanın sonucunda ortaya çıkmaktadır.
Öğütülmüş Granüle Yüksek Fırın Cürufu: Demir-çelik üretiminden çıkan yüksek fırın cürufu (YFC), literatürdeki net ifadeyle öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufu hem hidrolik hem de puzolanik özelliklere sahip bir mineral katkıdır. YFC’nin kalite gereklilikleri TS EN 15167-1 kapsamındadır. YFC, Portland çimentosuna benzer şekilde 300-500 m2/kg inceliğinde öğütülmektedir. YFC daha ince öğütüldükçe, reaktivitesi ve su ihtiyacı artar. İnceliğin reaktivite üzerindeki bu etkisi, kimyasal bileşimin etkisinden daha az önemlidir. Daha yüksek miktarda YFC içeren beton daha uzun süre işlenebilir kalmaktadır. Bu durum özellikle kütle beton uygulamalarında ve sıcak havada koşullarında oldukça avantaj sağlamaktadır. YFC’nin hidratasyon reaksiyonu Portland çimentosundan daha yavaştır ve bu da betonun erken dayanımını azaltabilmektedir ancak dayanım gelişimi daha istikrarlı ve yüksek olmaktadır.
YFC içeren betonunun sülfat direnci, YFC oranı ve aktivitesi, çimentonun C3A içeriği, cürufun alümina içeriği ve su/bağlayıcı oranı olmak üzere çeşitli parametrelere bağlıdır. YFC içeriği %50’nin üzerinde olduğunda, sülfata dirençli çimentoya eşit veya daha iyi sülfat direnci sağlanabilmektedir. YFC’nin sülfat koşullarında performansı arttırdığı temel süreç, Portland çimentosu tarafından üretilen C3A gibi hassas hidratların seyreltilmesidir. Ayrıca, puzolanik etki sonucunda oluşan daha az geçirgen gözenek yapısı sülfat tuzlarının nüfuzunu yavaşlatmaktadır.
Genel olarak yeterli miktarda YFC içeren betonlar asitlere karşı da dayanıklıdır. Bunun başlıca nedeni Ca(OH)2’deki azalma ve betonunun daha az geçirgen olmasıdır. Ancak hiçbir betonun asit saldırısına karşı mükemmel derecede dayanıklı olmadığını unutmamak gerekir. YFC içeren beton, klorürlerin nüfuz etmesine karşı çok iyi direnç gösterir ancak karbonatlaşmaya karşı benzer performansı sergilemez. Uçucu kül kullanımına benzer şekilde kür koşullarına ve kullanım miktarına bağlı bir performans gösterir.
YFC’nin betona dahil edilmesi, alkali-silika reaksiyonundan kaynaklanan hasar riskini azaltmanın bir yolu olarak dünya çapında kabul edilmektedir. %50 oranında YFC içeren betonda bu etki çok net görülebilmektedir. YFC’de bulunan alkaliler ağırlıklı olarak asitte çözünür, çok küçük bir kısmı ise suda çözünür. Ancak Portland çimentosundaki alkalilerin çoğu suda çözünür ve dolayısıyla bu alkaliler hidrasyon başlar başlamaz mevcut olmaktadır. YFC’nin alkaliler tarafından aktive edilebildiği iyi bilinmektedir ve açığa çıkan alkalinin bir kısmının YFC tarafından tüketilmesi söz konusudur. Hidrasyon ilerledikçe gözenek yapısı giderek küçülür ve difüzyon katsayısı önemli ölçüde azalır. Bunun sonucunda alkali ve suyun hareket etme yeteneği azalır.
Agrega
Agregalar hem kütle hem de hacim olarak betonun büyük bir kısmını kapladığından, agreganın dayanıklılığının azalması betonun dayanıklılığını olumsuz yönde etkilemektedir.
Sağlamlık ve aşınma direnci, agregaların önemli fiziksel dayanıklılık özellikleridir. Çevresel faktörlere eşlik eden hacim değişiklikleri betonun bozulmasına yol açıyorsa agregaların dayanıklılığından bahsedilemez. Hacim değişiklikleri, dönüşümlü donma ve çözülme veya tekrarlanan ıslanma ve kuruma nedeniyle ortaya çıkabilmektedir. İyi bir agrega sert, yoğun, güçlü olmalı ve yumuşak, gözenekli veya ufalanabilir parçacıklardan arındırılmış olmalıdır.
Betonda önemli bir dayanıklılık problemi, agregalardaki reaktif silis ile çimentoda bulunan alkaliler arasındaki reaksiyondan kaynaklanmaktadır. En bilineni alkali agrega reaksiyonudur (temel olarak alkali-silika reaksiyonu), ancak son yıllarda başka olağandışı reaksiyonlar da tanımlanmıştır. Demir piritler (FeS2), kalsiyum hidroksit varlığında geniş bir şekilde reaksiyona girerek demir sülfat ve sonucunda ferrik hidroksit oluşturmaktadır. Bu reaksiyon dökülmelere ve lekelenmeye neden olmaktadır. Doğal alçı, agrega içerisinde önemli miktarda bulunması durumunda sülfat atağına neden olabilmektedir. Agregalarda zaman zaman küçük miktarlarda çinko veya kurşun bulunabilmekte ve priz süresini ve betonun erken sertleşmesini büyük ölçüde geciktirebilmektedir.
ASR’yi kontrol eden ana faktörler aşağıda belirtilmiştir:
(i) Reaktif silikanın doğası
(ii) Reaktif silika miktarı
(iii) Reaktif malzemenin parçacık boyutu
(iv) Mevcut alkali miktarı ve
(v) Rutubet oranı
Saha performansının gözlemlenmesi, bir agreganın potansiyel reaktivitesini değerlendirmenin en iyi yöntemidir. Bir agreganın potansiyel reaktivitesini belirtmek için kısa süreli laboratuvar testleri de kullanılabilir. ASTM C 289, toz halindeki agreganın sodyum hidroksit ile işlenmesi durumunda silikanın çözünürlüğünü ölçen hızlı bir kimyasal testtir. Bazı mineraller testi etkileyebilir ve sonuçların değerlendirilmesi için petrografik inceleme yapılmalıdır. Kimyasal yöntemin genellikle yavaş reaksiyona giren agregalar veya karbonat veya magnezyum silikat içeren agregalar için uygun olmadığı görülmektedir. ASTM C1293 ve ASTM C1567 ise harç çubuklarının genleşmesine dayalı bir şekilde potansiyel riski belirleyen yöntemleri içermektedir.
Çimentodaki alkaliler agregada bulunan dolomit kristalleriyle reaksiyona girerek brusit (Mg(OH)2) ve kalsit (CaCO3) üretimini tetikleyebilmektedir. Brusit, suyun emilmesinden dolayı hacimsel genleşmeden sorumludur. Karbonat içeren kayaçların alkali-agrega reaksiyonu üç kategoriye ayrılabilir:
(i) Dolomitleşmenin giderilmesiyle sonuçlanan dolomitik kireçtaşının reaksiyonu
(ii) Reaksiyon bölgeleri oluşturan dolomitik olmayan kireçtaşının reaksiyonu
(iii) Karbonat içeren çeşitli kayalarının alkali-silika reaksiyonu
Çoğunlukla doğal agregalarda bulunabilen organik maddeler (bitki kalıntıları vb.) çimentonun hidratasyonunu olumsuz yönde etkileyerek dayanım ve dayanıklılık kaybına neden olabilir.
Diğer yandan kırma kum gibi ince agregalarda bulunabilen kil içeriğinin çok yüksek olması, betonun su ihtiyacının artmasına, arayüzey bölgesinin daha zayıflamasına, geçirimliliğin artmasına ve bunlara bağlı dayanıklılık problemlerine yol açabilir.
Devam edecek
(*) Bu içerik, Katkı Üreticileri Birliği (KÜB) tarafından hazırlanan “Betonun Dayanıklılığı ve Kimyasal Katkıların Etkisi Rehberi”nden derlenmiştir. Hazırlayan: KÜB Teknik Komitesi / Editör: Yasin Engin / Katkıda Bulunanlar: Devrim Nazlıkol, Doç. Dr. Hüseyin Yiğiter, Osman Onur Tezel, Özgür Mutlu, Sera Set, Uğur Semih Aytaç
ŞANTİYE®
Daha iyi yapılar için...
9 Ekim 2025
Türkiye'nin en ESKİ ve en çok ZİYARET EDİLEN şantiyesi: ŞANTİYE®...
İnşaata dair "KAYDADEĞER" ne varsa... 1988'den bu yana...
Şantiye®nin ürettiği, derlediği ve yayınladığı içeriklerde öncelik “KAMUSAL YARAR”dır...
Ve yayınlanan içeriğin “ÖZEL” olmasına özen gösterilir...
BASILI DERGİ + E-DERGİ + SANTİYE.COM.TR + SOSYAL MEDYA + DİJİTAL PLATFORMLAR...
İnşaat sektörünün buluşma noktası Şantiye®, “Güven”i temsil eden “Basılı bir Yayın” olma özelliğinin yanı sıra yenilenen web sitesi, Turkcell Dergilik ve Türk Telekom E-Dergi gibi mobil uygulamalardaki varlığı, 42 bin E-Bülten abonesi ve 100 bin sosyal medya takipçisi-bağlantısıyla inşaat sektörünün en önemli iletişim platformlarından biri olmaya her ortamda devam ediyor... 1988'den bu yana...
Şantiye® ayrıca yapı sektörüne "Şantiye'nin Yıldızı Ödülü", "Yılın Yeşil Yapı Malzemesi / Teknolojisi Ödülü" ve "Şantiyeden Kareler Fotoğraf Yarışması" gibi farklı organizasyonlarla da katkı sunuyor.
Şantiye®nin son sayısı da dahil 1988 yılından bugüne kadar yayınlanan TÜM SAYILARINA E-Dergi olarak göz atmak için lütfen tıklayın...
Şantiye®, başta ABONELERİ olmak üzere 2020-2025 yıllarında ilan veren firmalar ABS Yapı, Akyapı, Alumil, Anadolu Motor (Honda), Alkur, Ak-İzo, Altensis, Arbiogaz, Aremas, Arfen, Artus, Assan Panel, Asteknik, Atos, Batıçim, Baumit, Bentley Systems / Seequent, Betek, Betonblock, Borusan CAT, Bosch Termoteknik, Bostik, BTM, Buderus, Bureau Veritas, Chryso, Çimsa, Çuhadaroğlu, Çukurova Isı, Deutsche Messe, Duyar Vana, DYO, Efectis ERA, Ekomaxi, Elkon, Emülzer, Eryap, Filli Boya, Fixa, Fullboard, Form Endüstri Ürünleri, Form Endüstri Tesisleri, Form MHI (Mitsubishi Heavy Industries) Klima, Garanti Leasing, GF Hakan Plastik, Gökçe Brülör, Grundfos, Hannover Fairs, Hilti, IQ Alüminyum (by Deceuninck), İNKA, İntek, İpragaz, İstanbul Teknik, İzocam, İzoser, Kalekim, Knauf, Knauf Insulation, Komatsu, Köster, Kuzu Grup, LG, Marubeni, Masdaf, Master Builders Solutions, MBI Braas, Meiller Kipper (Doğuş Otomotiv), Messe Frankfurt, Messe München/Agora Tur., Mekon, Mitsubishi Chemical, Molecor, Nalburdayim.com, NETCAD, Nexans, ODE, Ökotek, Özler Kalıp, Özpor, Panasonic, PERI, Pimakina, Polyfibers, Polyfin, Prefabrik Yapı / Hekim Holding, Prometeon, Ravago, Rehau, Saint Gobain Türkiye, Samsung, Saray Alüminyum, Schüco, Selena (Tytan), Sentez Mekanik, Serge Ferrari, Shell, Siemens, Sistem İnşaat, Soudal, Sika, Şişecam, Temsa, TMS, Tekno Yapı, Türk Ytong, Tremco illbruck, Vaillant, Vekon, Viessmann, Wermut, Wielton, Wilo, Winsa, XCMG, Xylem ve ZF'nin değerli katkılarıyla hazırlanmaktadır.
ABONE OLMAK İÇİN
Bir yıllık abonelik bedelimiz olan 2.100 TL (6 Sayı, KDV Dahil)'yi TR70 0001 0008 5291 9602 1550 01 IBAN no’lu hesabımıza (Ekosistem Medya) yatırıp; ardından dekontu, açık adresinizi ve fatura bilgilerinizi (şahıs ise TC kimlik no; firma ise vergi dairesi-numarası) santiye@santiye.com.tr adresine e-posta veya 0532 516 03 29 no’lu telefona WhatsApp / SMS aracılığıyla ulaştırabilirsiniz.
