BETON BETON KİMYASIKİMYASI

BETONBETON

• Beton oluşturmak üzere yanyana gelmesi gereken 4 ana madde vardır:

• *Çimento,• *Agrega (kum, çakıl, kırmataş)• *Su• *Katkı (Kimyasal ve Mineral)

• Çimento ile su arasında meydana gelen kimyasal işlemler sonucunda, ayrı halde bulunan agrega taneleri birbirine yapışarak betonu oluşturur.

• Bu 4 ana bileşenden biri olan ‘Kimyasal Katkı Maddeleri’ de çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Daha az olmakla birlikte betona ‘Minera Katkı’adı verilen başka maddeler de katılabilir.

ÇİMENTOÇİMENTO

Çimento üretiminde kullanılan hammaddelerin başlıcaları şunlardır:

• *Kireç Taşı• *Mermer• *Silis(Puzolan)• *Kil• *Demir Cevheri

Çimento, esas olarak, doğal kalker taşları ve kil karışımının yüksek sıcaklıkta ısıtıldıktan sonra öğütülmesi ile elde edilen hidrolik bir bağlayıcı malzeme olarak tanımlanır. Diğer bağlayıcı maddeler gibi çimentolar da, CaO, MgO gibi alkali ve SiO2, Al2O3 ve Fe2O3 gibi hidrolik maddeler bulunur. Çimento bağlayıcılık görevini su ile tepkimeye girdikten sonra kazandığı için hidrolik bağlayıcı olarak adlandırılır. Alkalin ve hidrolik maddelerin oranları bağlayıcı maddenin niteliğini belirler.Çimento, su ile karıştırılıp plastik hamur durumuna geldikten bir süre sonra havada ya da su içinde yavaş yavaş katılaşır. bu katılaşma olayına piriz adı verilir. Normal şartlar altında bu katılaşma olayı bir saat civarında gerçekleşir. Ancak bu olay içinde bulunulan koşullara bağlı olarak değişiklik gösterebilir ve en fazla on saat içinde tamamlanır.

Çimentoyu oluşturan karma oksit Çimentoyu oluşturan karma oksit bileşenleri genel olarak dört bileşenleri genel olarak dört

grupta toplanabilir.grupta toplanabilir.1. Fırına verilen farinde önce nispeten

düşük ısılarda bileşimindeki tüm Fe203 bir miktar Al203 alarak, C4AF [(CaO)4 Al203 Fe203 ] Tetra kalsiyum alumino ferriti,

2. Kalan Al203 ve C3A [(CaO)3 A1203 ] ile birleşerek Tri kalsiyum aluminatı ,

3. Isı arttıkça : C2S [(CaO)2 SiO2 ] Dikalsiyum silikatı,

4. Yeterli CaO ve ısıda (~1400 C) C3S [(CaO)3 SiO2 ] Trikalsiyum Silikatı oluşur.

Karma oksitlerin çimentoya Karma oksitlerin çimentoya kazandırdıkları önemli kazandırdıkları önemli özellikleri şunlardır.özellikleri şunlardır.

1. Çimentonun en önemli bileşiği C3S ‘dir. Çimentoyu ilk dayanımını veren ve basınç dayanımı yüksek bir çimento sağlayan C3S dir.

2. C2S nin dayanıma katkısı ileriki zamanda kendini göstersede ilk günlerde pek yoktur, ancak ötektik oluşturucu bir özelliği vardır.

3. C3A ve C4AF’in de çimentoya olumlu ve olumsuz katkıları vardır. Bu bileşik

4. maddelerin oranlarına, kristal şekillerine ve bu kristaller içerisinde kalan minör

5. elemanlara bağlı olarak çimentonun özellikleri değişir.

ÇİMENTO TÜRLERİÇİMENTO TÜRLERİ Portland Çimentosu: Betonarme yapılarda kullanımı en yaygın çimento türüdür. Portland çimentosu belirli oranda kalkertaşı (CaO) ve kilin (SiO2 ve Al2O3) karıştırılıp pişirilmesinden sonra klinkerde öğütülmesiyle elde edilir. Çimentonun sertleşmesini geciktirmek üzere klinkere bir miktar alçı taşı da eklenir.

Yüksek Fırın Cüruf Çimentosu:

Granüle yakın fırın cürufu ile Portland çimentosu klinkeri karışımının az miktarda alçıtaşı ile öğütülmesi ile elde edilir. Genelde, bu tür çimentolar deniz suyu ve diğer sülfatlı ortamlarda portland çimentosuna kıyasla daha yavaş dayanım kazanırlar ve daha yüksek bir dayanıma sahip olurlar. Ancak geçirimlilikleri daha düşüktür.

Traslı Çimentolar: Traslar silisli ve alüminli maddeler içeren volkanik tüflerdir. Kendi başlarına bağlayıcılık özellikleri olmamasına rağmen, çimentoda mevcut kireçle bu özelliği kazanırlar. Bu tür çimentolar imalat aşamasında portland çimentosu klinkerine aktif volkanik tüfler veya benzeri traslar katılarak, bunların öğütülmesiyle elde edilir. Karışımda ki tras oranı %20-%40 düzeyinde tutulur. Bu tür çimentoların geçirimliliği az hidrasyon ısıları düşük olduğundan genellikle su yapılarında kullanılırlar.

Katkılı Çimentolar:

Portland çimentosu klinkerinin ağırlıkça en fazla %19'nun puzolanik malzeme ile değiştirilmesi ve alçı taşı eklenmesiyle elde edilir. Katkılı çimento tarslı çimento için belirtilen özelliklere sahiptir fakat traslı çimentodan farkı puzolan oranının daha fazla olmasıdır.

Diğer ÇimentolarDiğer Çimentolar

- Uçucu Küllü Çimento- Süper Sülfat Çimentosu- Sülfata Dayanıklı Çimento- Erken Dayanımı Yüksek Çimento

Hidratlaşma ve Hidroliz Hidratlaşma ve Hidroliz (Kimyasal) Reaksiyonları(Kimyasal) Reaksiyonları

• 3 CaO.SiO2+3H2O CaO.SiO2.H2O+2Ca(OH)2

• 2CaO.SiO2+2H2O CaO.SiO2.H2O+Ca(OH)2

• 4CaO.Al2O3.Fe2O3+7H2O 3CaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O

• 3CaO.Al2O3+6H2O 3CaO.Al2O3.6H2O

AGREGA AGREGA • Beton üretiminde kullanılan kum, çakıl, kırmataş gibi

malzemelerin genel adı agrega’dır. Beton içinde hacimsel olarak %60-75 civarında yer işgal eden agrega önemli bir bileşendir.

• Agregalar;ince (kum,kırma kum..gibi) ve kaba (çakıl,kırmataş...gibi) olarak ikiye ayrılır.Agregalarda aranan en önemli özellikler şunlardır:

• *Sert dayanıklı ve boşluksuz olmaları,• *Zayıf taneler içermemeleri (Deniz kabuğu,odun,kömür

parçası..vb..)• *Basınca ve aşınmaya mukavemetli olmaları• *Toz, toprak ve betona zarar verebilecek maddeler

içermemeleri• *Yassı ve uzun taneler içermemeleri• *Alkali reaksiyonu göstermemeleri• -Beton agregalarında elek analizi, yassılık, özgül

ağırlık ve su emme gibi deneyler uygun aralıklarla yapılarak kalite sürekliliği takip edilmelidir.

AgregalarAgregalar• Kaynaklarına göre, doğal ve yapay olmak üzere iki,

• Özgül ağırlık veya birim ağırlıklarına göre normal, hafif ve ağır agregalar olmak üzere üç,

• Tane büyüklüklerine göre ise ince ve iri agrega olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar.

• Doğal agrega, taş ocaklarından, nehirlerden, denizlerden, teraslardan ve göllerden elde edilen kırılmış veya kırılmamış yoğun yapılı agregadır.

• Yapay agrega ise yüksek fırın cürufu gibi sanayi ürünü olan kırılmış veya kırılmamış agregalardır.

BETON OLUŞUMUBETON OLUŞUMU• Betonun donması çimento ile ilgilidir. Çimentonun sertleşmesi,su harcının sertleşmesi olarak değerlendirilmiş olan yeni bir reaksiyon cinsi olup ‘Hidrolik Yer Değiştirme’ olarak kabul edilebilir. Bu yer değiştirme, çimento klinkerinde yüksek sıcaklıkta teşekkül etmiş olan kaolin asitlerinin kireçce zengin tuzlarının,harç hazırlama suyunun etkisi ile daha ziyade kireçce fakir ve normal sıcaklıkta stabil tuz hidratlarına dönmesi demektir. Buna bir örnek olarak trikalsiyum silikatın hidrolizini verebiliriz.

• 2(3CaO.SiO2)+6H2O 3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2

• Bu şekilde meydana gelen kalsiyum hidroksit, kaolin asitleri ile kireç-puzzolan harcının donma reaksiyonlarında olduğu gibi kaolin asitlerinin kalsiyum tuzu hidratlarını teşkil eder.

• Çimentonun kireçce zengin silikatları normal sıcaklıkta dayanıklı değildir. Bunlar enerjileri daha fakir olan kireçce zayıf tuz hidratlarına dönmek isterler,Ancak çimento klinkeri süratle soğutulduğundan, bu sırada böyle bir dönüşme mümkün olmaz. Normal sıcaklıkta ise klinker içindeki moleküller reaksiyon verecek kadar hareketli değildirler. Su ile temasa gelmeleri halinde (Harç hazırlama suyu veya havanın rutubeti)hidrolik yer değiştirme mümkün olur. Aynı sebepten alüminat ve ferritler de su etkisi ile hidratlarına dönerler.

A- Kireçce Zengin Silikat+harç A- Kireçce Zengin Silikat+harç Hazırlama SuyuHazırlama Suyu

• 1- Kireçce fakir silikat hidratı+Ca(OH)2

• 2- Ca(OH)2+Serbest kaolin asidi=Kireçce fakir tuz hidratı

B- Kireçce zengin alüminat ve B- Kireçce zengin alüminat ve ferrit+Harç Hazırlama ferrit+Harç Hazırlama

suyu=Kireçce zengin alüminant suyu=Kireçce zengin alüminant hidratı veya ferrit hidratıhidratı veya ferrit hidratı• Böylece meydana gelen çimento kitlesi fazla

miktarda kristallenmiş fakir trikalsiyum-disilikat-hidrat (3CaO.2SiO2.3H2O)gibi tuz hidratlarından ve trikalsiyum alüminat hidrat (3CaO.Al2O3.6H2O)ve ferritler ve karışık kristaller ihtiva eder.Aynı zamanda içinde, silikat asidi ve alüminyum oksit jeli gibi amorf kısımlar da bulunur.

• İnşaat pratiğinde çimentonun bağlaması ile bunu takip eden sertleşme birbirinden ayrılır. Sertleşme ısı meydana getiren bir olaydır. Böyle reaksiyonlara Ekzotermik reaksiyonlar denir. Çimentonun reaksiyon ısısı ortalama 100 kcal/kg.’dır.Çimento harcının donması aşağıdaki olaylardan meydana gelir:

a)Çekme:Örneğin bir duvar sıvası zemininin su çekmesi.

b)Hidratasyon:Kimyasal hidrat bileşiklerinin teşekkülü için çimento taneciklerinin su çekmesi.

c)Hidratasyon ile meydana gelen jel halindeki yeni bileşiklerin teşekkülü ki böyle bir olay çimento taneciğinin kenarından içine doğru devam eder.Böylece yavaş yavaş bütün harcın jel halinde katılaşması başlamış olur.

d)Jel halindeki kitleden tuz hidratlarının kristallenmesinin ilerlemesi ve sertleşmenin tamamlanması.

• 3-Hidrolik kirecin donması:Kaolin ihtiva eden kireç taşı yakılacak olursa,yanmış kireç(CaO) ile birlikte kaolin asitlerinin kalsiyum tuzları da teşekkül eder. Hidrolik kirecin sertleşmesi birbirini takip eden aşağıdaki reaksiyonlara göre meydana gelir:

• a)Kirecin havanın etkisi ile karbonatlaşması

• CaO +H2O + CO2 CaCO3

b)Kaolin asitlerinin kireçce zengin tuzlarının hidrolik yer değiştirme ile kireçce fakir tuz hidratlarına dönmesi.Hidrolik kirecin yanma sıcaklığı çimentonunkinden düşük olduğundan,kaolin asitlerinin kalsiyum tuzlarının büyük bir kısmı çok az kireç fazlası ihtiva ederler.Bu sebeple de çimento da olduğu gibi bir dirence erişilmez.

c)Anhidrit puzzolanlarda olduğu gibi donma reaksiyonu:Hidrolik sertleşmenin önemli bir kısmı aşağıdaki reaksiyona göre cereyan eder:

2(2CaO.SiO2)+4H2O 3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)2

-Bu değişme aylarca süren bir olaydır.

4-Gizli Hidrolik Karakterli Maddelerin Donması:Hidrolik kireçler içinde bağlayıcı karakteri (çimento gibi), yalnız yüksek hidrolik kireç gösterir.Diğerleri hava kireci gibidirler. Bu çeşit hidrolik maddeler,örneğin bazik,granule yüksek fırın curufu,kendilerinde saklı bulunan donma kabiliyetinin ortaya çıkabilmesi için etkiye ihtiyaç gösterirler.Tras gibi hidrolik katkı maddelerine karşılık,bunlar kendilerinden donan maddelerdir.Ancak yanma esnasında teşekkül eden kalsiyum tuzları çok az kalsiyum ihtiva ettiğinden,hidrolik yerdeğiştirmeye meyilleri azdır.Bu sebeple,bir uyarıcı maddenin karıştırılması lüzumludur.Bazik granüle yüksek fırın cürufu gibi gizli hidrolik karakterli maddeler,normal sıcaklıkta stabil kalsiyum tuzlarından çok az farklı kireç fazlası ihtiva eden kalsiyum silikat ve alüminantdan oluşmaktadır. Donma reaksiyonlarını,kalsiyum silikat üzerinden basit olarak aşağıdaki şekilde gösterebiliriz

• 2(2CaO.SiO2)+4H2O+Uyarıcı 3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)2

• Serbest hale geçen kalsiyum hidroksit,kaolin asitleri ile bunların kalsiyum tuzlarının hidratlarını meydana getirir.Aynı şekilde alüminant ve ferritler de portland çimentosunda olduğu gibi,hidrolik değişmeye uğrarlar.Gizli hidrolik karakterli maddelerin uyarılması aşağıdaki şekilde mümkün olur.

a)Portland Çimentosu veya Ca(OH)2 gibi alkali ile uyarma:Demirli portland ve yüksek fırın çimentosu,portland çimentosu ile uyarılır.

b)Jips gibi sülfat ile uyarma:Bazik kaolini yüksek fırın cürufu,jips ile aynı zamanda portland çimentosu ile uyarılır.

5-Çok alüminli çimentonun donması:Bu çimento da hidrolik yer değiştirme ile sertleşir.Temel bileşimi mono-kalsiyum alüminant’tır.CaO.Al2O3.Hidrolik yer değiştirme portland çimentosunda verildiği gibi olur.Yalnız çok daha şiddetli ve oldukça fazla reaksiyon ısısı vererek cereyan eder.(En fazla 3CaO.Al2O3.6H2O meydana gelir.)

6-Barit Çimentosunun Donması:Barit çimentosu,içindeki kalsiyum katyonunun baryum ile yer değiştirmesinden meydana gelmiş bir portland çimentosu olarak kabul edilir.Yüksek özgül ağırlığından dolayı nükleer reaktör betonunda önem kazanmıştır.Bu tip çimentonun donması da portland çimentosunda olduğu gibidir.

Betonun Donmasını Betonun Donmasını Geciktiren TepkimelerGeciktiren Tepkimeler

• a)Karbonik Asidin Zararlı Etkisi:Serbest karbonik aside,tatlı sularda,yağmur suyunda ,baraj ve kaynak sularında rastlanır.Zararlı etkisi,bağlayıcı maddenin kitleden eritilip uzaklaştırılmasına dayanır ve sadece Ca ve Mg karbonatı değil,aynı zamanda diğer kireç tuzlarını da etkiler.Bilhassa Ca-silikatı çok etkiler.

• CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2

• Pratik olarak suda erimeyen CaCO3 karbonik asidin etkisi ile suda fazla miktarda eriyen kalsiyum bikarbonata döner ve suyun etkisi ile kütleden uzaklaşır.Bu kalsiyum bikarbonat eriyiği yapı kütlesinin dış yüzeyine çıkınca evvelki eritme olayı tersine döner,yani suyun uçması ile kalsiyum bikarbonat ,karbonik asit vererek (H2O+CO2)pratik olarak suda erimeyen kalsiyum karbonatı oluşturur.

• Ca(HCO3)2 CaCO3+CO2+H2O• Bu da yapı kitlesi yüzeyinde ‘beyaz sakal’adı verilen amorf kireç tabakasını teşkil eder.

• b)Serbest Sülfirik Asit ve Sülfatlar:Burada zararlı etkiyi yapan sülfat iyonudur.Zarar verme ya bağlayıcı maddenin suda eriyen reaksiyon ürünleri ile sürüklenip uzaklaşması veya reaksiyon ürünlerinin kristallenmesi sonucu çatlama şeklinde olur.Sonuncu duruma Sülfat Şişmesi adı verilir.Sülfat iyonu tarafından meydana getirilen bazı zararlı reaksiyonlar şu şekilde olur:

• CaCO3+H2SO4 CaSO4+CO2+H2O• Ca(OH)2+Na2SO4 CaSO4+2NaOH• Ca(HCO3)2+Na2SO4 CaSO4+2NaHCO3

• Şayet teşekkül eden CaSO4, iki molekül su bağlayarak kristalleşecek olursa,alçı teşekkülü ile hacim büyümesi meydana gelir:

• CaSO4+2H2O CaSO4.2H2O• Harç veya beton içinde trikalsiyum alüminant da bulunacak olursa,kalsiyum sülfat bununla reaksiyona girerek Çimento Basili teşekkül eder.

• 3CaO.Al2O3+3CaSO4+32H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O

• Görüldüğü gibi bu bileşiğin kimyasal olarak sağladığı büyük su miktarı hacim büyümesini çok fazlalaştırır ve bu sebeple de çatlama büyük olur.Yukarıdaki reaksiyonlar betonun içerdiği maddelerin bir araya gelmesine ters etki eder.Bu tepkimeler ile betonun donma süresi artar ve betonun sağlamlığı azalmış olur.

• Açıktaki su 0 °C de donarken, beton içerisindeki su değişik tuzların çözeltisi olması nedeniyle daha düşük sıcaklıklarda donmaktadır. Su donduğu zaman %9 oranında hacim artışı olmaktadır. Diğer taraftan su ile dolu boşlukların boyutları ne kadar küçük olursa suyun donma sıcaklığı da o kadar düşük olur. Bu açıdan donmanın çoğunluğu kapiler boşluklarda oluşmaktadır.

• Betonun donma- çözülme direncine karar vermede temel faktörler doygunluk derecesi ve çimento hamurunun yapısıdır. Diğerleri ise direnç, elastisite ve betonun sünmesi olarak görülmektedir.

• Kuru beton dondan hiç etkilenmezken, doyma derecesinin altında (%80-90) su emen betonun dona karşı yüksek dayanımlı olduğu bilinmektedir .

BETON KOROZYONUBETON KOROZYONU Sülfatların VarlığıSülfatların agregalar içinde bulunması bu maddenin çimento ile sülfo-alümünat denilen genişleyen bir tuzun oluşmasına neden olması bakımından zararlıdır. Zamanla büyüyen kristaller şeklinde gelişen bu olay sonucu beton parçalanabilir. Bu bakımdan sülfat (SO3) miktarının ağırlıkça %1 den fazla olmamasına dikkat edilmelidir. 1 dm3 betonda 1,4 gr’dan az olacak şekilde sülfat bulunmasına izin verilebilir. Barit (BaSO4) rutubetli ortamda yapısını değiştirmediğinden, beton agregası olarak kullanılabilir.

• Agrega- Alkali Reaksiyonu Oluşturan Maddeler

• Betonlarda içsel korozyon denilen bir hasar türüdür. Bu olay yavaş bir şekilde gelişerek zararlı etkileri beton yapımında bir iki sene sonra ortaya çıkmaktadır.

• Alkali-agrega reaksiyonun zararlı bir etki yapması bazı koşullara bağlı bulunmaktadır.

a)Çimento içindeki alkali oksit miktarı:Çimentodaki alkali oksit (Na2O + 0,658 K2O) % 0,6‘dan büyük ve agregadaki alkalilik reaktivitesine duyarlı opal, riyolit,tridimit ve riyolit tüfleri, dazit ve dazit tüfleri, andozit tüfleri ve fillatlar gibi mineraller bulunuyorsa alkali agrega reaksiyonu ortaya çıkar.Serbest CaO ve MgO fazla oranlarda olduğu zaman betona olumsuz etkiler yapar. Su ile Ca(OH)2 ve Mg(OH)2 olur. Zamanla havadan CO2 alır, CaCO3, MgCO3 oluşur. Böylece ince yüzey çatlaklarının genişlemesine, derinleşmesine neden olurlar.

b) Çevre şartları: reaksiyonu, sıcaklığın yaklaşık olarak + 10 ile + 600C arasında Alkali agrega bulunduğu durumlarda ve rutubetli ortamda meydana gelmektedir. Çevre şartlarının en önemlisi rutubettir.

c) Alkaliye duyarlı agrega tanelerinin bulunması: Agregalar, reaksiyon yapabilen silisli bileşikler içerebilirler. Bu bileşikler, beton boşluk suyunda çözünen alkalihidroksitler ile şiddetli kimyasal reaksiyona girerler. Berrak, yüksek konsantrasyonlu ve yüksek vizkositeli alkali silikat çözeltisi meydana getirirler. Duyarlı agrega bileşenleri bu sırada yumuşar ve çözünür.

ASİT YAĞMURLARIASİT YAĞMURLARI• Asit yağmurları • SO2 + H2O H2SO4• CO2 + H2O H2CO3• NOx +H2O HNO3• Reaksiyonları ile doğal ortamda oluşur. Özellikle sanayinin yoğun olduğu bölgelerde asit yağmurlarının zararı belirgin olarak ortaya çıkmaktadır. Betonarme binalarda dış yüzey kaplamasının düzeyine bağlı olarak etki miktarı ve süresi farklılıklar göstermektedir.

BETONLA TEMAS ETTİĞİNDE ZARARLI BETONLA TEMAS ETTİĞİNDE ZARARLI ETKİLERE YOL AÇAN ASİTLERETKİLERE YOL AÇAN ASİTLER

ASİT ENDÜSTRİ KOLUASİT ENDÜSTRİ KOLUHidroklorik asit KimyaNitrik asit GübreAsetik asit Fermantasyon işlemiFormik asit Gıda ve boyaLaktik asit SütTannik asit Deri Fosforik asit GübreTartarik asit Şarapçılık

• Betonda kullanılacak sularda aranacak özellikler konusunu maddeler halinde özetleyecek olursak, şu sonuçlara ulaşabiliriz; [8]

• Magnezyum sülfat miktarı fazla olan sular karışımda kullanıldığı zaman çimentonun serbest kireciyle reaksiyona girerek alçı taşı oluşturduğu için zararlıdır.

• % 1’den fazla sülfat ihtiva eden ( SO3) sular kullanılmamalıdır.

• Kalsiyum karbonat ( CaCO3) ve MgO3 magnezyum oksit suda çözülmedikleri zaman beton mukavemetini etkilemez.

• Magnezyum bi karbonat MgCO3 miktarı 4/10000 değerinden fazla olduğu zaman beton mukavemetini etkiler.

• Kalsiyum klorür (CaCl2) çimento ağırlığına oranla %2’ye kadar prizi hızlandırmak ve mukavemet kazandırmak amacıyla kullanılabilir.

• %3’den fazla sodyum klorür (NaCI) ihtiva eden sular beton mukavemetine önemli tesir ettiği için zararlıdır.

• Endüstriyel artık suları beton karışım suyu olarak kullanılamaz, bunların dışında; deniz suyunun da gerektiği zaman karışım suyu olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Deniz suyu zorunlu durumlarda beton karışım suyu olarak kullanılabilir. Deniz suyuyla üretilen harcın ilerde nem tutması olasılığı vardır. Yapı sürekli rutubetli kalabilir ve çiçeklenmelere rastlanabilir.

• Karışım suyunda çözülmüş halde en çok 15 gr/lt tuz ve 3 gr/lt SO3 bulunabilir. pH değeri ise 7’den küçük olmalıdır.

BETON KATKI MADDELERİBETON KATKI MADDELERİBeton katkı maddeleri; su, agrega ve çimento dışında betonlara çok düşük miktarda katılan organik ve inorganik kimyasal maddelerdir. Çimentonun sahip olduğu özelikleri, iyi yönde ve belirli bir ölçüde değiştirmek amacı ile beton üretilirken veya üretildikten sonra katılarak taze ve sertleşmiş betonun özeliklerini geliştirirler.

Mineral ve kimyasal olarak iki guruba ayrılırlar.

1. Kimyasal katkılar;Betonun akışkanlığının artırılması,

Erken ve yüksek dayanıma ulaşılması,

Geçirimsizliği ve Dona dayanımın sağlanması yanında priz sürelerini değiştirmek gibi amaçlarla kullanılmaktadırlar.

Akışkanlaştırıcılar, uygulamada su/çimento oranını azaltarak daha yüksek dayanım kazanabilmek, kütle betonlarında hidratasyon ısısını düşürmek için çimento miktarının azaltılması veya aynı işlenebilmeyi sağlayabilmek ve kolay yerleşmeyi sağlamak amacıyla kullanılmaktadırlar. Akışkanlaştırıcılar su içerisinde eriyen boşluklu kimyasal dizilişleri ile suyun yüzey gerilimini düşüren organik maddelerdir ve beton içine hava sürükleyerek çimento topaklaşmasını önleyerek etkili olmaktadırlar. Su indirgeyiciler negatif elektriksel yüke sahip olup, su yüzeyinde hareket etme eğilimindedirler. Su ve çimento reaksiyona girdiğinde çimento taneleri su moleküllerini çevreleyerek floküller bir yapı oluştururlar. Suyun bu şekilde kapanması istenen akışkanlığa ulaşabilmek için daha fazla su ilavesini gerektirir. Akışkanlaştırıcı madde ilave edildiğinde çimento tanecikleri tarafından adsorbe edilerek negatif yüklü katkı partikülleriyle birleşirler ve aynı yüklü olduklarından birbirlerini iterler. Sonuçta kapanmış olan su açığa çıkar. Katkının defloküller etkisi sonunda çimento flokülleşmesi önlenmekte ve açığa su çıkmaktadır. Bu maddelerin topaklaşmayı önlemeleri ve aynı zamanda tanelerin birbiri üzerinde kaymalarını kolaylaştırarak yağlayıcı etki göstermeleri betonun iç sürtünmesini azaltmakta ve işlenebilirliği artırmaktadır.

Çok düşük sıcaklıklarda yüksek kalitede beton dökümünü sağlayan özelikle hafif don halinin gün boyu devam ettiği durumlarda, gece boyunca don olması ve ani sıcaklık düşüşü beklenen hallerde, dondan koruyan katkı kullanılmaktadır. Beton antifrizi olarak kullanılan bu katkıların özeliği betonun donma noktasını düşürmeleridir. Antifriz sıvısı olarak çoğunlukla alkol, alkol esaslı sıvılar ve etilen glikol kullanılmaktadır. Etilen glikol cinsi bir antifriz suyun içine edildiğinde oluşan çözeltinin birim yüzeyindeki su molekülü sayısı dolayısıyla da buhar faza geçen su molekülü miktarı azaltmaktadır. Kolligatif özelik olarak bilinen bu durumda suyun buhar basıncı buna paralel olarak da suyun donma noktası düşmekte, suyun buharlaşma ısısı yükselmektedir.

• Katkının cinsi ve miktarı donma noktasındaki değişimi etkilemektedir. Kullanılan katkının su miktarını artırmadan işlenebilirliği artırdığı, işlenebilirliği azaltmadan su miktarını azalttığı ve dona karşı dayanımı ve basınç dayanımını artırdığı belirtilmektedir. Kışın –10C ısıya kadar beton dökümünde kalıp ve donatı suya, kara ve buza karşı korunarak gerektiğinde ısıları önceden 0C’ye getirilerek ve beton ısısı en az 5C’de tutularak kullanılması öngörülmektedir

• Bu gün beton sektöründe bir çok değişik katkı maddesi kullanılmaktadır. Bunlar sektörün hizmetini büyük ölçüde kolaylaştırmaktadır. Bundan dolayı beton katkıları, beton bileşenleri içerisinde önemli bir yer tutmaktadır.

• Su Geçirimsizlik Sağlayıcı KatkılarSu geçirimsizlik sağlayan katkıların amacı, su geçirimsiz beton, yani su geçirmeyen beton elde edebilmektir. Sınırlı hava sürükleme özeliği ile kapiler boşlukları tıkayarak betonu su geçirimsiz hale getirir .Su geçirimsizlik sağlayıcılar, çimento ağılığının % 0.5 oranında kullanılır (100 kg çimento için 500 gr katkı). Rengi, kahverengi ve sıvı haldedir. Yoğunluğu 20 0C’ de yaklaşık 1.07 kg/lt’ dir.

• Su Azaltıcı KatkılarBeton karışım suyunu azaltıcı kimyasal katkı maddeleri, beton kıvamı aynı kalmak üzere, daha az beton karışım suyu kullanmasını sağlayan kimyasal maddelerdir.

• Su azaltıcı bir katkı maddesi kullanılması şunları sağlar ;Betonun aynı derecede bir işlenebilme özeliğine sahip olması daha az su kullanmak suretiyle elde edilir. Zira bilindiği gibi su miktarının artırılması betonun işlenebilme özeliğini çok daha iyi bir duruma sokar. Bu itibarla bu katkı maddesi yardımıyla daha az su kullanılarak istenilen işlenebilme özeliğinin elde edilmesi betonun mukavemetini artırır. Su miktarı azaltılmadan bu katkı maddesi kullanılırsa betonun işlenebilme özeliğini önemli ölçüde artırmış oluruz.

• Bu katkı maddelerinin esasının sıvıların yüzey gerilimini düşüren “tensio-aktif” elemanlar oluşturur. Bu tür maddeler çimento taneleri tarafından adsorbe edilerek, bunların (-) ve (+) elektrikle yüklenmesini sağlar. Aynı elektrikle yüklü çimento tanelerinin birbirini itmesi ve böylelikle birbirinden uzaklaşması ile çimentonun su ile teması kolaylaşır. Betonun sonunda hidratasyon sinetiği hızlanır ve betonun akışkanlığı artar. Böylelikle bu katkı maddesinin kullanılması, su miktarı % 5 - %15 arasında bir azalma sağlar.

• Su azaltıcı katkılar, özelikle kış aylarında (+5 0C – 20 0C) betona 8-24 saatlik süreçte erken mukavemet kazandırır. Çimentonun beton içinde daha iyi dağılmasını ve su çimento oranın azalmasını sağlar. Betonun nihai mukavemetini yükseltir. Mukavemet hızlandırma etkisiyle 8 saatte yüksek dayanım kazanmaya başlar. Nihai mukavemetlerde minimum % 40 artış sağlanır. İşlenebilirliği artırır. Kopmakt ve düzgün yüzeyli beton üretimini sağlar. Karışım suyunu kullanılan çimentoya ve katkı dozuna bağlı olarak % 25- % 30 civarında azaltır. Dona karşı dayanıklılığı artırır ve su geçirimsizlik sağlar.

• Rengi, kahverengi ve sıvı haldedir. Yoğunluğu 20 0C’ de yaklaşık 1.21 kg/lt’ dir.

• Taze Betona Etkileri: Bu gruba giren katkı maddelerinin kullanılmasıyla taze betonun geçirimsizliği artar; aynı zamanda bir miktar hava da ufak kabarcıklar halinde betonun içine sürüklenmiş olur. Böylelikle taze betondaki suyun dışarıya çıkması önlemekle rötre azalır ve ayrıca donmaya daha dayanıklı bir beton elde edilir. Su miktarı azaltılmadan bu katkı maddesi kullanılırsa işlenebilme özeliği veya betonun akıcılığı iki katına varan bir artış gösterebilir. Burada ilginç olan husus, taze betonun, akıcılığı büyük ölçüde artmış olmasına rağmen kohezyonunda bir azalma meydana gelmemesidir.

• Sertleşmiş Betona Etkisi: Kimyasal bakımdan esası (melamin formaldahit sülfonat kondansat ) veya (naftalin formaldahit sülfonat kondansat) olan bu maddeler aynı işlenebilme özeliği değeri için su miktarını büyük ölçüde azaltarak beton mukavemetinin çok yüksek değerler almasını sağlar. Su miktarını % 25- %35 arasında azaltarak su / çimento oranının değerini 0.28’e kadar düşürerek 28 günlük mukavemeti 1000 kgf/cm2 olan betonları bu katkı maddesi kullanarak elde etmek mümkündür.

• Püskürtme Beton KatkılarıPüskürtme beton, yüksek hava basıncı sayesinde uygun ekipman ile bir yüzeye püskürtülen ve kendi momentumu ile sıkışan betondur. Püskürtme betonun uygulandığı yüzeye yapışması daha kalın katmanlar halinde dikeyde ve tavanda uygulanabilmesi ve ilk kaya desteğini sağlayabilmesi için erken priz alması ve mukavemet kazanması gerekmektedir. Bu amaçla püskürtme beton karışımında priz hızlandırıcı kullanılır. Püskürtme betonu, kuru sistem ve yaş sistem olmak üzere iki şekilde uygulanır. Kuru sistemde kullanılan toz hem yaş hem de kuru sisteme uygulanabilen sıvı priz hızlandırıcılar vardır.

• Priz Geciktirici KatkılarPriz geciktirici katkılar, betonu sıcak, rutubetli ve rüzgarın fazla olduğu iklim koşullarında rahat dökebilmek için kullanılır. Su ile çimento arasında oluşan hidratasyona müdahale ederek, reaksiyonu frenleyerek etki yapar. Böylelikle priz ötelenmiş olur.

Priz geciktirici belli başlı maddeler aşağıda gösterilmiştir:

• Lignosülfonat (kalsiyum, sodyum, amonyum). Bu madde aynı zamanda betonun içine bir miktar hava da sürükler.

• Asitler ve hidroksikarbosilik asit tuzları. Bu maddeler içinde COOH asit fonksiyonları vardır.

• Genel formülü Cn(H2O)m olan karbonhidratlar. Şeker, glikoz, amidon ve selüloz bu gruba girer.

• Oksitler, çinko ve kurşun oksit.• Fosforik, fluorhidrik ve hümik asit.• Gliserin• Boraks• Bu maddeler genellikle çok az miktarda, çimento ağırlığının binde 0.5-2’si arasında kullanılmakla kendilerinden beklenilen etkiyi gösterirler.

• Priz Hızlandırıcı Katkılar• Priz hızlandırıcı katkılar, priz sürelerini

kısaltmak, erken basınç ve çekme mukavemetlerini arttırmak için kullanılır. Priz hızlandırıcı katkılar, çimento ve su arasındaki reaksiyonu hızlandırarak agregayı birbirine bağlayan jel oluşum hızını arttırır. Jel oluşumu sırasında hidratasyon ısısının açığa çıkması nedeni ile soğuk havalarda beton don etkisinden korunmuş olur.

• Priz hızlandırıcı katkı sınıfında yer alan ani priz yapıcı katkılar ile betonda erken yüksek mukavemetlere etkili olan katkıların yapıların ve çimento üzerindeki etkileri farklıdır. Ani priz yapıcı katkılar daha çok şatkrit (püskürtme) betonlarda kullanılır. Bu tür katkılar, çimentonun C3A grubu ile reaksiyona girerek ani hidratasyon oluşumu sağlar ve sertleşme üzerinde etkili olur. Betonda erken mukavemetlere ve don etkilerine dayanım sağlayan katkılar ise çimentonun C3S grubu ile reaksiyona girerek erken sertleşme ve dayanım artışına etkili olurlar.

Prizi hızlandıran belli başlı maddeler şunlardır:

• Bütün klorürler, özelikle CaCl2, NaCl, NH4Cl

• Alkali bazlar, NaOH, KOH, NH3 • Alkali tuzlar, Na2CO3 gibi• Sodyum fluosilikat Na2SiF6• Kalsiyum nitrat CaNO3 ve kalsiyum nitrit.• CaCl2 rutubet çekici bir maddedir. Bu bakımdan yapıların rutubetli olmasına neden olur.

LİFLİ BETONLİFLİ BETON• Metalik lif: paslanmaz çelik• Polimerik lif: akrilik. Aramid, naylon, poliester, PE, PP

• Mineral lif: cam lif, asbest• Doğal lif: Hindistan cevizi lifi, keten, kenevir, şeker kamışı posası, ağaç temelli selüloz

• Agrega, çimento ve beton içerisinde çoğunlukla süreksiz dağılı liflerin suyla karıştırılmasından meydana gelen lifli betonun mekanik özellikleri, bileşenlerin özelliklerine bağlı olarak değişmektedir. Beton içerisinde homojen olarak dağılan lifler, belli bir yüklemeden sonra meydana gelen çekme gerilmelerini karşılamaktadır. Bu yüzden lifler betonun iç yapısındaki çatlak oluşumunu engelleyerek eğilme dayanımlarını artırmaktadır. Ayrıca betonun parçalanmadan büyük şekil değiştirme yapmasına olanak sağladığından tokluğu ve darbe yüklerine karşı direnci de artırmaktadır.

Lifli Betonların Lifli Betonların Kullanıldığı YerlerKullanıldığı Yerler

• ·      Endüstriyel döşemeler• ·      Çarpma rijitliği ve termal etkilere karşı

dayanımı için• ·      Su yapıları• ·      Püskürtme beton uygulamaları• ·      Şev stabilitesini sağlama ve tünel

kaplamaları• ·      Havaalanı kaplama betonlarında • ·      Liman kaplama betonlarında• ·      Çeşitli kaplamalarda• ·      Depreme dayanıklı yapılarda• ·      Ateşe dayanıklı betonlarda• ·      Ön yapımlı beton elemanlarda• ·      Beton borularda • ·      Askeri yapılarda ve sığınaklarda