Beton Nedir?

Beton; temel olarak belirli ölçülerde çimento, su ve agrega (kum, çakıl, kırmataş vb.); gerektiği durumlarda ise kimyasal ve mineral katkı maddelerinin de homojen olarak karıştırılmasıyla oluşan, başlangıçta plastik ve akıcı kıvamda olup şekil verilebilen, ilerleyen süreçte ise çimentonun hidratasyonu ile sertleşip dayanım kazanabilen yapı malzemesidir.

Hazır Beton Nedir?

Modern tesislerde, bilgisayar kontrolü ile standartlara uygun ve bilimsel şekilde üretilen betona hazır beton denir. Hazır beton santralinde üretilen beton, klasik yöntemlerle (elle veya betoniyerle) üretilen betondan özellikle malzeme oranlarının doğru tespiti ve bu oranlarda karışımı açısından çok daha kalitelidir.

Beton Karışım Tasarımı Nedir?

Beton karışım tasarımı; istenen kıvam, işlenebilme, kohezyon, dayanım, dayanıklılık, hacim sabitliği ve aranan diğer özelliklere sahip en ekonomik betonu elde edebilmek amacıyla gerekli çimento, agrega, su, hava ve gerektiğinde kimyasal ve mineral katkı maddelerinin miktarlarını belirlemek için yapılan işlemlerdir (TS 802 Madde 3.1).

Beton Karışım Tasarımının Hesabında Hangi Standart Kullanılır?

Betonu oluşturan malzemelerin, beton karışımına giren oranlarının belirlenmesi yani agreganın tane büyüklüğü dağılımı, su/çimento (s/ç) oranı, su içeriği, çimento, hava ve katkı maddesi miktarları gibi değerleri TS 802 Mart 2016 Beton Karışım Tasarım Hesapları adlı standartta bulunan çizelgelerden alabilir veya verilen formuller ile hesaplayabiliriz. Hesaplama TS EN 206 + A2 Nisan 2021 Beton Özellik, Performans, İmalat ve Uygunluk standardına da uygun olmalıdır.

İki yönetmelik için de döküman bağlantıları sizler için aşağıda verilmiştir:

TS 802-2016 Beton Karışım Tasarım Hesapları

TS EN 206 + A2 Nisan 2021 Beton, Özellik, Performans, İmalat ve Uygunluk

Betonu Oluşturan Bileşenler ve Bu Bileşenlerin Özellikleri

Kompozit bir malzeme olan betona; temel olarak çimento, su, agrega [iri agrega (çakıl, kırmataş, curuf vb.), ince agrega (kum, mıcır tozu vb.)] malzemeler katılır. Gerektiği durumlarda ise istenen özellikleri karşılaması için katkı malzemeleri (kimyasal ve mineral katkılar) kullanılır.

Betonu oluşturan tüm bileşenler ayrı ayrı özelliklere sahiptir. Bu bileşenlerden sadece birisinin bile olması gereken miktardan az veya fazla olması betonun özelliklerini olumsuz yönde etkileyecektir. Bu nedenle beton karışım hesabı, beton üretiminde olmazsa olmaz bir faktördür. Örneğin betona iri agreganın, optimum oranından az konması betonun yükleri taşımada sorun yaşamasına yani dayanımının düşük olmasına; optimum oranından fazla olması ise betonda geçirimlilik riskinin artmasına sebep olabilir.

Bu yazımızda asıl anlatılmak istenen konu; beton karışım oranları olduğu için betonu oluşturan bileşenleri detaylarına inmeden en belirgin özellikleriyle inceleyelim.

Çimento

Çimento betona katılan tüm bileşenleri ve mineral parçaları (çakıl, kum, tuğla, briket vb.) birbirine yapıştıran hidrolik bir bağlayıcıdır. Ana hammaddesi kil ve kalker olan çimento, bu maddelerin yüksek sıcaklıklarda ısıtılıp öğütülmesiyle oluşturulur. Çimento bağlayıcı özelliğini su ile tepkimeye girerek kazanır. Su ile karıştırıldığında plastik ve şekil verilebilir kıvamdayken hava ve suyun etkisiyle zamanla katılaşıp sert bir hal alır. Bu katılaşma olayına da priz adı verilir.

Portland çimentosu, yüksek fırın cüruf çimentosu, traslı çimento, katkılı çimento, uçucu küllü çimento, süper sülfat çimentosu, sülfata dayanıklı çimento, erken dayanımı yüksek çimento gibi türleri vardır. Bu çimento çeşitlerine çimentonun ana hammaddeleri olan kil ve kalkerin yanında, demir cevheri, kum, alçı taşı, silis dumanı, yüksek fırın cürufu gibi türe ait gerekli malzemelerde katılır.

Çimento beton karışımı içerisinde ana bileşenler arasında en düşük orana sahip malzeme olmasına karşın, betonun en önemli bileşenidir.

Çimento Dozajı

Yerine dökülmüş ve sıkıştırılmış 1 m³ betonun veya harcın içerisinde bulunan çimentonun kilogram cinsinden miktarına dozaj denir. Dozajı bir şapta örnek vermek gerekirse: 300 dozlu bir şap demek 1 m³ kuma 300 kg (50 kilogramlık 6 torba) çimento katılarak elde edilen harç demektir. Beton içerisindeki çimento dozajı; sınıfına (C25/30, C30/37 vb.), su/çimento oranına, en büyük agrega tane büyüklüğüne ve kıvamına göre değişebilmektedir. Örneğin; C 25/30 beton sınıfı 300 dozlu bir beton iken, C 30/37 beton sınıfı 330 dozlu beton olabilir. Bu dozlar her beton santralinin karışım hesabında farklılık gösterebilir.

Agrega

Harç veya beton oluşturmak için bağlayıcı madde ile bir arada kullanılan; izolasyon maksatlı temel altına, çeşitli işlevleri yerine getirmesi için balast adıyla demiryoluna, çamurlaşmanın önüne geçebilmek için genelde toprak zemin üstüne vb. alanlara tek başına kullanılan, kum, çakıl, kırmataş, kırma kum gibi doğal; genleştirilmiş kil, curuf gibi yapay mineral kompozisyonlu granüler (taneli) malzemelere agrega denir.

Beton ve harç içerisinde kullanılan agrega çimento hamurunun zamanla uğrayacağı deformasyonları (büzülme, genleşme) ve bu deformasyonlara bağlı olarak oluşabilecek çatlakları azaltır. Aynı zamanda sert ve dayanıklı yapıda olmaları nedeniyle betonun dayanımını da artırırlar.

Agrega Granülometrisi (Tane Dağılımı)

Agregalar Amerikan Eleklerine göre (ASTM) boyutlarına göre ayrıldığında;

• 0,074 mm ve altı agregalar: Mineral filler [çok ince agrega (silt, kil)]
• 0,074 mm ile 4,76 mm arası agregalar: Kum (İnce, orta, kaba kum)
• 4,76 mm ile 75 mm arası agregalar: Çakıl (İnce ve kaba çakıl)
• 75 mm ile 300 mm arası agregalar: Sert taş
• 300 mm ve üstü agregalar: Sert kaya bloğu şeklinde sınıflara ayrılır.

Granülometri; karışıma girecek malzemelerin, karışıma hangi oranlarda katılacağını belirten ifadedir. Agregalar da betonun bileşenlerindendir. Fakat betona hem farklı farklı boyutta hem de farklı oranlarda dahil edilirler. Örnek olarak betona;

Optimum seviyesinden daha fazla ince agrega konulursa: Betonda fazla özgül yüzey alan oluşur ve bünyesinde fazla su tutar. Buda betonda düşük dayanım ve düşük dayanıklılık oluşturacaktır. İçerisine agrega olarak çakıl yerine sadece kum katılan bir şap düşünelim. Bu şapın dayanımı betona nazaran çok daha düşüktür.

Optimum seviyesinden daha fazla kaba agrega konulursa: Betona işlenebilme zorluğu katar. Boşluklu yapı meydana getirerek betonun permeabilitesini (geçirimliliğini) artırır. Dayanımı ve dayanıklılığı düşürür.

Betona aynı boyutta tek tip agrega konulduğunda ise betonda boşluk hacmi fazla olacak ve geçirimlilik artacaktır. Bu nedenle betona katılan agrega uygun granülometride olması gerekir.

Uygun granülometri; taze betonun karıştırılması, taşınması, yerine serilmesi ve sıkıştırılması işlemleri boyunca, iri ve ince tanelerin (4 mm üzeri iri, 4 mm ve altı ince agrega) segregasyonuna neden olmayacak şekilde, istenilen işlenebilmenin ve kıvamın elde edilmesini sağlayacak agrega tane boyutu dağılımına denir. Betona düzgün bir tane boyutu dağılımı uygulandığında küçük boyutlu taneler, büyük boyutlu tanelerin arasına girerek boşluk hacmini ve çimento hamuru (çimento+su karışımı) ihtiyacını azaltacaktır.

Çimento hamuru miktarı, agrega taneleri arasında doldurulması gereken boşluk miktarı ve çimento hamuru ile sarılması gereken agrega toplam yüzey alanı ile doğrudan ilişkilidir. Betonu oluştururken maliyetide göz önünde tutmamız gerekir. Betonu oluşturan bileşenler arasında en maliyetli bileşen çimentodur. Bu nedenle uygun agrega dağılımı çimento miktarını azaltacak, azalan çimento miktarı da beton maliyetini doğrudan doğruya düşürecektir.

Beton Karışım Suyu

Beton karışım suyu; çimento ve agregayı plastik ve işlenebilir kıvama getirir. Su, çimento ile tepkimeye girerek kimyasal reaksiyon (hidratasyon) oluşturur ve betonun ilk kıvamı olan yumuşak plastikten daha az plastik kıvama, daha az plastik kıvamdan da sert bir kütle haline dönüşmesini sağlar.

Betonun kıvamı m³‘e giren su miktarına bağlıdır. Agregalarda betona dahil edilecek su miktarıyla ilişkilidirler. Köşeli ve pürüzlü agregalar betona katılacak su miktarını artırırken, iyi bir gradasyona (tane büyüklüğü dağılımı) sahip agregada en büyük dane çapı arttıkça betona gereken su miktarı azalmaktadır. Beton karışım suyu, içme suyuna yakın (temiz, berrak) olmalı, kesinlikle içerisinde tuz, asit, kimyasal atık veya yağ gibi elementler içermemelidir.

Su/Çimento Oranı

Betonun dayanımında en önemli husus su/çimento oranıdır. Bu oran betondaki su ağırlığının çimento ağırlığına oranıdır. Ve bu oran bir betonun dayanımıyla ters orantılıdır. Su/çimento oranı betonun mukavemetini doğrudan etkilediği için belirli bir değeri aşmamalıdır.

Karışıma ekstradan su ilave ettirilmemelidir. Genellikle bu ilave su, şantiyede döşeme kalıbı üzerine beton döküm aşamasında ustalar tarafından ilave edilir. Kolon, perde ve kiriş kalıplarına beton döküldükten sonra perdahlama yapılmazken döşeme kalıbı üzerine beton döküldükten sonra düzgün bir yüzey elde edebilmek için perdahlama yapılır. Ustaların hızlı ve kolay perdahlama yapması için operatör, transmikser araç şoförüne işaret yaparak betona su katmasını söyler. Ve eğer bu durum kontrol edilmezse su katılır. Eğer ki betonun işlenebilirlik kıvamı az ise uygun miktarda akışkanlaştırıcı katkı veya işlenebilirliği artıracak şekilde çimento+su ilavesi yapılmalıdır.

Taze beton plastik kıvamdayken içerisine katılmış fazla suyun çoğu yüzeyde toplanacaktır. Ardından bu sular, buharlaştıktan sonra betonda rötre çatlaklarına sebep olacak ve betonun yüzey dayanımını düşürecek ve aşınmalara karşı da güçsüz hale getirecektir. Ayrıca bünyesinde çimento ile reaksiyona girmeyen fazla sular betonda boşluklar oluşturacak ve betonu geçirimli bir hale getirecektir. Suyun fazla kullanılması gibi az kullanılması da iyi değildir. Su az kullanıldığında çimento tamamen hidrate olamaz, agregaların tüm yüzeyi ıslanamaz ve agrega ile çimentonun bağ kurması zorlaşır. Bu da yine betonun dayanımını düşürür. Bu nedenle tüm bileşenlerde olduğu gibi su miktarıda beton içerisinde optimum seviyede olmalıdır.

Kimyasal Katkı Maddeleri

Betona çimento dozajına oranla az miktarlarda katılan, taze veya sertleşmiş betonun bazı özelliklerini geliştiren ve betonu döküldüğü ortama uyumlu hale getirip yaşayabileceği olumsuzlukların önüne geçiren maddelere kimyasal katkı maddeleri denir. Bu katkılar, betonun mukavemetini yükseltmekle birlikte fazla su kullanımının getirdiği olumsuzlukları da önler. Betonda kimyasal katkı kullanılması halinde su/çimento oranı korunmak şartıyla su miktarında azaltma yapılabilir. Kimyasal katkı maddeleri; akışkanlaştırıcılar (su azaltıcılar), priz geciktiriciler, priz hızlandırıcılar, antifrizler, hava sürükleyiciler, su geçirimsizlik sağlayıcılar, korozyon önleyiciler, püskürtme beton katkıları gibi çeşitlere ayrılır. Bu yazımızda genel olarak bileşenlerin karışım oranlarına vurgu yapıldığından dolayı bu çeşitleri başka yazımızda açıklayacağız.

Mineral Katkı Maddeleri

Kimyasal katkılar dışında yine betona çeşitli özellikler katan, öğütülmüş toz halinde silolarda saklanan cüruf, silis dumanı, taş unu, uçucu kül, lif, tras vb. maddelere mineral katkı adı verilir. Mineral katkılar tek başlarına kullanıldığında çimento gibi bağlayıcı özellik taşımazlar. Fakat birlikte kullanıldıklarında çimentoya benzer görev yaparlar. Ve bu şekilde çimento ekonomisi sağlarlar. Betonun ekonomikliliğini sağladığı gibi betonun işlenebilirliğini, dayanımı, dayanıklılığını da artırırlar. İnce taneli mineral katkı maddeleri, betondaki çimento ağırlığının yaklaşık %10-50 sine denk gelen miktarlarda karışıma ilave edilirler.

Beton Tasarımında Karışım Oranları ve Beton Reçetelerinin Hazırlanması

Beton tasarımında karışım oranları sektörde beton reçetesi olarak da geçmektedir. İnşaat sektöründe beton reçeteleri her türlü yapı, hava koşulu, beton sınıfı, malzeme özellikleri gibi etkenlere bağlı olarak çeşitli oranlar ve miktarlarda hazırlanmaktadır. Beton reçetesi veya beton karışım hesabı TS 802 Mart 2016 Beton Karışım Tasarım Hesapları adlı standarda göre yapılmalı TS EN 206 + A2 Nisan 2021 Beton Özellik, Performans, İmalat ve Uygunluk adlı standarda da uygun olmalıdır.

Beton santrallari kendi beton reçetelerini kendileri belirler. Bunun nedeni her santralin karışımda kullandığı malzemelerin farklı nitelik ve niceliklerde olmasındandır. Santrallere gelen malzemelerin ıslak ya da kuru olması, özgül ağırlıkları, temizlik durumları, su emme oranları vb. parametreler beton dizaynında malzeme miktarlarını ve oranlarını değiştirir. Örneğin her santralin kullandığı agregalar değişkenlik gösterebilir. Fakat aynı ilde aynı taş ocağından agrega alanların beton reçeteleri birbirine yakınlık gösterebilir.

Beton karışım hesabı excel veya çeşitli yazılım programları ile yapılabilmektedir. Bazı yazılım programları ile betonun; karışım hesabı, gradasyon analizi, pompalanabilirlik için ince malzeme eğrileri, maliyet hesabı, TS EN 206+A2’ye göre uygunluğu, çok ince malzeme muhtevası, incelik modülü hesabı, çevresel etkilere uygunluk durumu gibi çeşitli analizlerde yapılabilmektedir.

Santraller beton tasarımını şu şekilde yaparlar: Santral taş ocağından istediği ölçülerde agrega sipariş eder. Eğer agregada değişkenlik varsa santral ya taş ocağı ile iletişime geçip istedikleri kriterlerde agrega göndermelerini ister ya da yeni gelen malzemeye göre TS 802 standardına göre hesap yaparak reçetesini hazırlar. Ardından tasarlanan beton önce slump testinden sonra da 1 gün, 7 gün ve 28 günlük basınç dayanım testlerinden geçer. Eğer tasarım istenilen dayanımda ise tasarlanan beton üretime geçer. Fakat istenilen dayanım miktarlarına erişilemiyor veya diğer isteklere olumsuz cevap alıyorsa (fazla maliyetli tasarım gibi) o zaman yeniden tasarım hesabı yapılır ve yeni reçete hazırlanır. Ayrıca santraller her hafta zorunlu olarak deneyler yapmaktadır.

Beton karışım oranlarında mevsimler ve hava durumları da önem arz etmektedir. Yaz ve kış aylarının reçeteleri özellikle kimyasal katkı maddesi olan antifriz tarafından farklılık gösterir. Çeşitli katkı maddeleri yaz ve kış mevsiminde kullanılabilirken antifriz sadece kış mevsiminde kullanılır. Yaz aylarında hazırlanan C30/37 sınıf reçetesi ile kış aylarında hazırlanan C30/37 sınıf reçetesi içerik ve malzeme miktarları bakımından değişkenlik gösterir. Bunun da nedeni çevresel etkenlere uygun beton üretimi sağlamaktır.

Beton tasarımında karışım hesabı ve reçete 1 m³’lük betona göre hazırlanır. Dolayısıyla karışım miktarlarının birimi de kg/m³ olmaktadır. Reçetelerde anlık faktörlere karşı düzeltmeler de yapılabilir. Bu düzeltmelerden birisi de rutubet düzeltmesidir. Karışıma katılacak agregaların hesaplamadan sonra yağmur veya kardan ıslanarak nemlenmiş olması, agregaların su emme oranlarını değiştirecektir. Bu nedenle agregalar üzerinde rutubet düzeltmesi yapılarak yeni reçete hazırlanmalıdır.

Beton Sınıflarının Hazır Beton Karışım Miktarları ve Ürün Reçete Listesi

Bu verilere ulaşabilmek adına çeşitli beton santralleri ile iletişime geçilmiş olup bu veriler Konya’da bir beton santralinden alınmıştır. Şimdi beton sınıflarına göre oluşturulan beton reçetelerini liste şeklinde inceleyelim.

Bu listeyi incelemeye alırsak şu sonuçları çıkarabiliriz:

Beton bileşenlerinin de reçeteye katılım oranlarına bakıldığında en düşük beton sınıfı ile en yüksek beton sınıfı, minimum ve maksimum oranları bizlere vermektedir. Arasındaki değerler diğer beton sınıflarına kullanılmaktadır.

DİKKAT : Beton içerisinde ki su/çimento oranı artarsa beton dayanımı düşmektedir. Bu nedenle şantiyede beton döküm aşamasında ustaların betona su katmasını engellememiz gerekir. Ustalar suyu transmikserdeki vanayı açarak vermektedirler. Genellikle döşeme kalıbı üzerine beton dökümü yapılırken ustalar betona kolay mastar çeksin diye pompayı yönlendiren operatör transmikser şoförüne kaş göz yaparak su katmasını söyler. Ve eğer şantiye şefi ve yapı denetim personelleri beton dökümünü takip etmezse ustalar döşeme kalıbı üzerini adeta havuza çevirebilirler. Ustalar böyle bir beton içerisinde yürürlerken adımlarını bile ayaklarını kaldırarak atmak yerine kaydırarak atarlar. Çünkü su içinde adımlar ayak kaldırmaktan ziyade sürüyerek daha kolay atılır. Ustalar bu durumdan mutlu olup yaptıklarını övünerek anlatabilirler. Bir de yapı denetim personeli numune alınırken laboratuvar personeline şahitlik eder. Laboratuvar personeli de numune alma işlemini erkenden bitirdiğinde çoğu yapı denetim personeli de beton dökümünün sonuna kadar kalmaz. Ve genelde bu numune alma işi döşeme kalıbına beton dökülene kadar alınıp bitirilir. Bunu fırsat bilen ustalar, eğer müteahhit şantiyesinde şantiye şefi çalıştırmıyor, beton dökümünü takip etmiyor veya ettirmiyorsa yapacaklarını güzelce yapıyorlar.

Not: Bu yazımda tüm ustaları, tüm teknik personelleri işin içine katmıyorum. Çünkü ülkemizde işini dürüst yapan vicdanlı çalışanlarımız da mevcuttur.