BETON

BETON; Aim. Beton (m.), Fr. Beton (m.), İng.
Concrete. Çakıl, kum gibi “agrega” denilen maddelerin
bir bağlayıcı madde ile birleştirilmesinden
meydana gelen malzeme. Bağlayıcı madde de genellikle
çimentodur. Meselâ portland çimentolu
betonda bağlayıcı, portland çimentosu ve su karışımıdır.
Asfalt ve diğer başka malzemeler de bağlayıcı
olarak kullanılır; “asfalt betonu” ve “polimer
betonu” elde edilir. Ancak genellikle “beton” denince
portland çimentolu beton hatıra gelir.Betón çok yaygın olarak kullanılan bir yapı
malzemesidir. Baraj, kanal gibi su yapıları yanında
yol, bina, köprü ve diğer yapıların inşâatında
kullanılır. Hem bir taşıyıcı eleman ve hem de dekoratif
malzeme olarak ortaya çıkar. Yangına dayanıklılığı,
su geçirmezliği ve ses yalıtımı bakımından
da tercih edilir. Modem yapılarda nükleer
radyasyona karşı da kullanılır. Hemen hemen her
inşaat mühéndisi tarafından tercih edilir. Dünyâ ortalaması
olarak kişi başına senelik beton üretimi bir
ton civârmdadır. Bu miktar Türkiye’de ise 1980 yılında
yaklaşık 250 kilogramdı.
Târihî gelişimi: Beton yaklaşık olarak değişik
şekillerde ve genel mânâda 5000 yıldan beri kulanılmaktadır.
Eski Mısırlılar kil harcını piramitlerin
yapımında kulanmışlardır. Harç kireç taşının
(CaC03) ısıtılması ve karbondioksit gazının (C02)
çıkarılması ile elde edilmekteydi. Elde edilen kireç,
agrega ile karıştırılarak harç olarak kulanılmaktaydı.
Daha sonra C02 olarak sertleşen orjinal
CaC03 veya kireç taşına çevrilmekteydi. Su ile
sertleşen hidrolik çimentonun bulunuşu, Romalılara
kadar uzanır. Romalılar kireç hamurunu, pozolanik
volkanik küle karıştırmaktaydılar. Bu
amorf silisten oluşan pozolan, suyun mevcûdiyetinde
alkali ile kimyâsal olarak reaksiyona girerek
silis jeli olarak sertleşir.
Pozolan kelimesi, maddenin bulunduğu Pozzuoli
isimli İtalyan kasabasından gelmekteydi. Bu
konuda ilk patent İngiliz James Parker’e 1796’da
verilmiştir. 1824’te de İngiliz duvarcısı Joseph
Aspdin kireç taşını kille yakarak bir bağlayıcı
madde, çimento elde etti. Portland Adasındaki kireç
taşına benzediği için Portland çimentosu isminiverdi. Bugün günümüzde kullanılan modem Portland
çimentosu Aspdin’inkinin geliştirilmişidir.
Günümüzde yıllık dünyâda 100 milyona yakın
portland çimentosu kulanılmaktadır.
Betonun bileşimi: Betonu teşkil eden en
önemli madde, bağlayıcı olan çimentodur. Çimento,
su ile kimyâsal reaksiyona girerek agrega
tânelerini bağlar. Agrega, betonun yaklaşık %
75’ini meydana getirir. Tâne boyutuna bağlı olarak
iri ve ince diye isimlendirilir. İri veya kaba agrega
çoğu zaman taş ocaklarından kırma sûretiyle
elde edilebildiği gibi tabiî olarak da bulunabilir.
Dikkat edilecek husus, zararlı maddelerden temiz
olmasıdır. Bu zararlı maddeler yumuşak tâneler,
kil, çözülebilir tuzlar ve organik maddeler olabilir.
Kum veya ince agrega, silika veya kalker ihtivâ
eden tabiî olarak parçlanmış malzemenin elenmesi
ile elde edilebildiği gibi, kayalardan kırma ve
öğütme sûretiyle de elde edilebilir. Betonu teşkil
eden diğer önemli bir madde de sudur. Suyun zararlı
madde ihtivâ etmemesi gerekir. Genellikle
içilebilen su yeterlidir.
Çimento, agrega ve sudan başka betona bâzı
katkı maddeleri de karıştırılabilir. Bunlar, su ilâvesinden
evvel veya sonra konulabilirler. Katkı
maddeleriyle, betonun işlenebilme özelliği, dayanıklılığı,
mukâvemeti arttırabildiği gibi, sertleşmeyi
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 ihtiyâcını azaltan katkı maddeleri,
portland çimentosu tâneciklerini elektrikle yükleyerek
birbirlerinden ayırır ve daha homojen bir
karışım meydana getirerek su ihtiyâcını azaltırlar.Beton üretimi: Beton için gerekli olan çimento
ve agrega, ayrı sanâyî dallarında hazırlanır.
Son adım, karışımın hazırlanıp betonun kullanılması
safhasıdır. Uygun karışım oranlarının seçilmesi;
ekonomi, işlenebilme, mukâvemet, dayanıklılık
ve görünüş gibi özelliklerin dengeli elde
edilmesini sağlar. Bunlar kullanıldığı yere göre
değişir. Agreganın durumuna, çimento cinsine göre
pekçok karışım oranı hesap metodu teklif edilmiştir.
Karışım suyunun çimento miktarına oranı,
betonun mukâvemetine tesir eden en önemli bir etkendir.
Diğer önemli bir etken de beton içindeki hava
miktarıdır. Bu miktar normal betonda yaklaşık
% 0,3-3 civârındadır. Bu iki tesir beton kalitesinin
kontrolünde en önemli iki faktörü teşkil etmektedir.
Ayrıca beton karışımın homojen olarak elde
edilmesinde de önemlidir.
Karıştırma işi, inşâat yerinde betoniyerlerle
gerçekleştirilir. B|zı özel durumlarda karışım, küreklerle
de yapılabilir. Genel olarak karışımı meydana getiren çimento torba, agrega ağırlık (veya
bâzı hâllerde görünen hacim) ve su da hacim olarak
ölçülür. Karışımı hazırlayan (veya hazır beton satan)
merkezî kuruluşlar da mevcuttur. Buraya yapılacak
istek karşılığında, kullanıma hazır, istenen kalitede
kanşım, inşâat yerine getirilir. Kanşım, sâbit karıştırıcılarda
yapılabildiği gibi, hareketli karıştırıcılarda
da gerçekleştirilebilir. Bu çeşit merkezî beton
santralíeijrún faydası, karışımın kontrollü olarak
yapılmasıdır. Uygun kum ve çakıl bulunduğunda
kolayca iyi kalitede beton elde edilebilir.
Tavsiye edilebilecek yaklaşık karışım oranı
ağırlıkça 1 su, 2 çimento, 4 kum ve 5 çakıl şeklinde
verilebilir.
Karışımın homojen bir şekilde elde edilmesinden
sonraki yapılan iş, bunun yerleştirilmesidir.
Eğer hazırlanan karışım döküm yerine yakın değilse
bunun bu yere iletilmesi gerekir. Bu işlem araba
ve kova veya pompa kullanılarak da gerçekleştirilebilir.
Kalıba yerleştirilen karışımda bulunan
hava kabarcıkları titreştirici kullanılarak çıkarılabilir
ve betonun iyi yerleşmesi sağlanabilir.
Küçük işlerde, şişleme de tatbik edilebilir. Titreştirme,
dış merkezli bir kütlenin bir eksen etrâfında
döndürülmesi sûretiyle elde edilir. Bu vibrasyon
denilen titreştirme, beton içinde yapılabildiği gibi,
kalıbın titreşimiyle de elde edilebilir.
Betonun elde edilmesinde en son adım, dökülmüş
betonun bakımı ve sertleşmesidir. Sertleşme
portland çimentosunun hidratasyonu, su ile
kimyâsal reaksiyona girmesi sonucu meydana gelir.
İlk günlerde nemli şartların belirli süre devâm
ettirilmesi önemlidir. Bunun için betonun dış yüzü,
su ile ıslatılabileceği gibi,i nemli örtüler de
kullanılabilir. Tam hidratasyoıfun elde edilmesi
için çimento türü ve sıcaklığa bağlı olarak uzun bakım
süresine ihtiyaç duyulabilir. Çoğu hâllerde
yedi gün kâfidir. Genellikle betonun suyunun buharlaşması
sonucu sertleştiği zannedilir. Qeı;çekten
bu doğru değildir. Su olmaksızın ne hidratasyon
ve ne de sertleşme olabilir. Su, çimentonun
hidratasyonu sonucu kaybolur ve ancak fazla suyun
buharlaşmasına müsâade edilebilir. Betonun
geçirdiği devrelerdeki kimyâsal reaksiyonlar oldukça
karmaşıktır.
Özellikleri
İşlenebilirliği: Eğer, iletimi ve yerleştirilmesi
sırasında homojen karışımı bozulmuyorsa, döküldüğü
kalıbın şeklini alıyorsa ve dış yüzeyi düz
teşkil edilebiliyorsa, bu çeşit betona “işlenebilir”
denir. Bu özelliği en çok, betonun içinde bulunan
su miktarına bağlıdır. Kalıp şekline ve kullanıldığı
yapı elemanının özelliğine göre değişik derecede
işlenebilirliğe sâhip beton arzu edilir.
Mukâvemet: Beton, yapılarda basınç ve çekme
gerilmelerine mâruzdur. Yapılarda taşıyıcı malzeme
olarak kullanılır. Her ne kadar pekçok faktör
mukâvemet üzerine etkili olursa da, en önemlisi
su-çimento oranıdır. Oranının az olması yüksek
kalitede betonun ortaya çıkmasını sağladığı gibi,
betonun su geçirmez, aşınmaya ve çevre şartlarına
dayanıklı olmasını sağlar. Su-çimento oranı
düşük betonlarda mukâvemet, ayrıca belirli
miktarda pürüzlü yüzeyli kırma taşın agrega olarak
kullanılmasıyla da artırılabilir.
Dayanıklılık: Dış ve iç etkiler karşısında özelliklerini
korumasına, betonun dayanıklılığı denir.
Dış etkiler, donma, çözülme, zararlı su ve zemin etkileridir.
Betonun boşluklarında bulunan suyun
donması sonucu, hacmi % 9 oranında genişler. Bu
genişleme sonucu, betonda meydana gelen çekme
gerilmeleri betonun çatlamasına ve parçalanmasına
sebeb olur. Betonun su emmesi az veya donan suyun
genişlemesi için yeterli boşluk var ise don
hasarı azalır. Betona zararlı iç etkiler ise, beton
içindeki çimento, agrega ve su arasındaki kimyâsal
ve fiziko-kimyâsal reaksiyonlardan kaynaklanır.
Meselâ, çimento içinde az miktarda bulunan alkaliler
(K20,Na20), agrega içindeki aktif silis veya
karbonatla reaksiyona girerek çözünme ve şiş-‘
me yoluyla hasara yol açarlar.
Şişme ve büzülme: Betonun diğer bir özelliği
nemle şişmesi ve kurumayla büzülmesidir. Şişme,
nemin su ile kimyâsal reaksiyona girmiş portland
çimentosunun yapısına girmesi sonucu ortaya
çıkar. Hidratasyona uğramış portland çimentosunun
jel tânecikleri (küçük kristalleri) iğnecik
ve pulcuklar şeklindedirler. Nemin girmesiyle pulcuk
tabakaları birbirlerinden ayrılır ve şişme meydana
gelir. Betonun kurumasıyla kasılma olur ve
tabakalar daha sıkı hâle gelir. Büzülmenin ortaya
çıkmasının bir diğer sebebi de, portland çimentosu
ile suyun reaksiyona girerek hidratasyon ilerledikçe
suyun zamanla azalmasıdır. Başka bir deyişle
dışarıdan su alamıyorsa, sertleşen çimento hamuru kendi kendini kurutur. Hidratasyon ısısının
doğurduğu sıcaklık ısıtmasıyla da betonda büzülme
ortaya çıkar. Dış katmanlarla beton kütlesinin
içinde sıcaklıkların farklı olması nedeniyle betonda
ince çatlaklar meydana gelir.
Su geçirimlilik: Beton tamâmen su geçirimsiz
olmamasına rağmen, barajlarda, su depolarında ve
diğer su ile ilgili yapılarda kullanılır. Bu, karma
suyunun meydana getirdiği boşluklar sebebiyledir.
Pek önemli sayılmayabilir. Fakat bu boşluklara giren
suyun donma ve çözülmesi betonda hasar meydana
getirir. Betonun geçirgen olması zararlı tuz ve
asidlerin iç bünyeye nüfuz etmesini de kolaylaştırır.
Ayrıca saf su, hidrate portland çimentosunun çözülebilir
bileşenlerini ayrıştırır. Su geçirmezlilik, beton
üretiminde kullanılan karma suyun miktârınm
yeterli derecede işlenebilmesini sağlamak şartıyla,
en aza indirilmesi ile sağlanabilir. Bu gâye ile bâzı
katkı maddeleri de kullanılabilir.
Birim ağırlık: Betonun birim ağırlığı, içine
giren bileşenlerinkine ve yerleştirme derecesine
bağlıdır. Atom reaktörlerinin inşâsında birim ağırlığı
3,2 t/m3ü aşan beton kullanılır. Isı yalıtım gâyesi
ile de birim ağırlığı 400-800 kg/m3e inen hafif beton
da elde edilir. Genel olarak 2,5 t/m3 arasındadır.
Kimyâsal mukâvemet: Hidrate olmuş portland
çimentosu, kimyâsal olarak bir baz olması sebebiyle
asitlerle reaksiyona girer ve ayrışır. Su-çimento
oranı düşük olan ve yüksek birim ağırlıktaki
betonlar kimyâsal etkilere daha mukâvimdir. Ayrıca,
bâzı çimentolar, bâzı kimyâsal etkilere daha
dayanıklıdırlar.
Yangına dayanıklılık: Hidrate olmuş portland
çimentosunun bağlayıcı yapısı yaklaşık
1100°C’ye kadar korunduğundan, betonun yangına
dayanıklı olduğu söylenebilir. Ancak 300°C’ sıcaklığın
üstünde sıcaklığa mâruz kalan betonlarda
çatlaklar teşekkül ettiğinden, mukâvemetinde
önemli azalmalar meydana gelir. , ,. , i. * t■ ■, *_
Beton Yapı Türleri
Betonarme: Genellikle betonun çekme mukâvemeti
basınç mukâvemetinin % 10’u civânndadır.
Pratikte bu, beton içine çelik çubuklar konularak
telâfi edilir. Böylece çekme gerilmeleri de
alınır. Beton ile çelik sıcaklıkla aynı uzama katsayısına
sâhip olmaları ve aralarında çok iyi bir bağ
kuvveti (aderans) bulunması sebebiyle ideâl bir çift
teşkil ederler. Beton kendini donatan çeliği yangına
ve paslanmaya karşı korur. Genellikle çelik donatımı,
betonun çekme gerilmesi ortaya çıkan kısımlarında
kullanılır. Betonarmenin doğuşu, Fransız
Joseph L .Lambot’un küçük bir betonarme kayık
inşâsına bağlanabilir. Ancak ilk pratik kullanımının
1867’de Fransız Joseph Monier ile başlatıldığı
söylenebilir. Betonarme inşaat günümüzde
en yaygın olan inşâ şeklidir.Öngerilmeli beton: Bunun temel prensibi betonu
basınca, çeliği de çekme gerilmelerine mâruz
bırakmaktır. Çelikte meydana getirilen çekme gerilmeleri,
betonda basınç gerilmeleri meydana getirir.
Daha sonra betonda meydana gelecek çekme
gerilmelerini de önceki basınçlarla dengelenmesi
öngörülür. Böylece her tarafta basınca çalıştırılarak,
beton kesitin bütününden yararlanılmış olunur.
Betonun tamâmen basınç gerilmelerine mâruz olması,
betondaki çatlamayı da en düşük düzeye indirir.
Öngerilme iki maksatla tatbik edilir. Bir türü
arzu edilen gerilme ve şekil değiştirmeleri meydana
getirmek için, diğer türü de arzu edilmeyenleri
dengelemek içindir. Bu çeşit yapı türü ile daha
nâriri hafif beton yapılar yapmak mümkündür.
Çeliğe öngerilme, beton dökümünden önce verilebileceği
gibi, beton sertleştikten sonra da verilebilir.
Birincisinde öngerilme kabloları gerilir,
beton daha sonra dökülür ve sertleşmesi beklenir.
Beton ve çeliğin arasındaki bağın tam olarak
ortaya çıkmasından sonra, öngerilme kablosu kesilir.
Diğer türde ise çelik için beton içinde boşluklar
bırakılarak beton dökülür. Beton sertleştikten
sonra çelik kablolar gerilir ve uçlarından betona
bağlanır. Betonla çelik arasındaki ilişki, uçlarda
olabildiği gibi, gerilmiş kablonun, betona
boylu boyunca bağlanması yoluyla da sağlanabilir.
Öngerilmenin doğuşu 1886’da Amerikalı P.H.
Jackson ile başlarsa da ilk uygulama 1928’de Fransız
Eugene Freyssinet tarafından yapılmıştır.
Betonarme kabuklar: Betonun en yeni kullanış
sâhalarmdan birisi de ince, eğrilikli sathî taşıyıcı
sistemlerdirâ Bunlar silindirik, hiperbolik,
eliptik ve paraboKk olabildiği gibi, çok karışık
şekillerde de olabilir. Yük taşımasına en uygun
örnek, bilinen yumurta kabuğunun düzgün yaylı
yükü taşımaktaki özelliğidir. Bu çeşit yapı türünün
ilkjuygülayıcılarg Alman Franz Dischinger ve Ulrich
Finsterwaldeırtdir.
Öndökülmüş beton: Çeşitli boy ve şekillerde
hazırlanan önceden dökülmüş yapı elemanları,
yapının kurulacağı yere taşınır ve birbirleri ile
birleştirilerek inşaat yapılır. Beton borular bu metodla
çoktan beri yapılan elemanlardır. Bunlar betonarme
olabileceği gibi, öngerilmeli de olabilirler.
Bu çeşit inşaatlar değişik tür agrega kullanılarak
çeşitli şekil ve renkte yüzey elde edilebilir.
Beton tuğlalar: Bunlar sert ve hafif yapı malzemeleridir.
Yapılarda briket ismiyle kullanılırlar,
boşlukludurlar.
Hafif beton: Hafif (yoğunluğu sudan küçük)
agrega kullanılarak veya beton içine hava (hacmen
% 50-% 80) katılarak elde edilir. Bu tür beton
kullanılarak betonun ağırlığı azaltılmış olunmaktadır.
İkinci Dünyâ Harbinde özellikle beton gemilerin inşâsı için geliştirilen hafif beton, bugün
yapı mühendisliğinde kullanış alanı bulmuştur.
Hafiflik sebebiyle daha nârin yapı elemanları yapma
imkânı doğmuştur.