Hazır Beton Üretiminde Kimyasalların Rolü

Prof. Dr. Ömer Arıöz – Hasan Kalyoncu Üniversitesi

Araş. Gör. Ç. Özge Özelmacı Durmaz – Hasan Kalyoncu Üniversitesi

Dr. Evren Arıöz – Eskisehir Teknik Üniversitesi
Hazır beton, ince agrega, kaba agrega, çimento, su ve gerektiğinde kimyasal katkı, mineral katkı ve liflerin birlikte karılmasıyla üretilen en önemli yapı malzemelerinden biridir. Hazır beton başlangıçta plastik durumdadır ve taze haldeyken istenilen şekil ve boyuttaki kalıplara yerleştirilebilir. Çimentonun hidratasyonu sonucunda zamanla katılaşır ve sonunda tamamen sertleşmiş bir malzeme haline gelir. Taze durumdaki hazır beton, işlenebilir olmalıdır. Betonun işlenebilir olması ayrışma ve aşırı terleme göstermeden, ekstra çaba gerektirmeden karıştırma, taşıma, yerleştirme, sıkıştırma ve bitirme olarak tanımlanabilir. Taze hazır beton sıkıştırma ve bitirme işlemleri için uygun priz süresine sahip olmalı, sertleşmiş hazır beton, gereken dayanımı ve dayanıklılığı sağlamalıdır. Hazır betonun taze ve sertleşmiş özelliklerini geliştirmek veya değiştirmek amacıyla kimyasal katkıların önemli derecede fayda sağladığı ve bu nedenle kullanımının oldukça yaygın olduğu belirtilmelidir.
Hazır beton üretiminde kimyasal katkı kullanılmasının temel nedenleri, beton yapıların maliyetlerini düşürmek, özellikle zorlu hava koşullarında karıştırma, taşıma, yerleştirme ve bitirme işlemleri süresince betonun kalitesini korumak ve beton işlemleri sırasında karşılaşılan problemlerin üstesinden gelmek olarak sıralanabilir. Kimyasal katkılar yaygın kullanılan su azaltıcılar, hava sürükleyiciler, priz hızlandırıcı ve geciktiriciler ile korozyon önleyiciler, renklendirici katkılar, alkali-silika reaksiyonu önleyicileri gibi bazı özel kimyasallar olarak gruplara ayrılabilir. Hazır beton üretiminde kullanılan kimyasal katkılar, Şekil 1’de gösterildiği gibi şematik olarak sınıflandırılabilir.

Şekil 1. RMC için kullanılan kimyasal katkıların sınıfları
Su azaltıcı katkılar olarak da bilinen plastikleştiricilerin hazır beton üretiminde kullanım amacı üç grupta incelenebilir; işlenebilirliği değiştirmeden su miktarını azaltmak, böylece dayanımı ve dayanıklılığı artırmak; su/çimento oranını değiştirmeden betonun kıvamını daha iyi hale getirmek, böylece yerleştirme kolaylığı sağlamak; betonu daha çevresel ve ekonomik hale getirmek için çimento miktarını azaltmak. Hazır beton üretiminde su azaltıcıların kullanım nedenleri, Şekil 2’de şematik olarak gösterilebilir.

Şekil 2. RMC üretiminde plastikleştiricilerin kullanım sebepleri
Hava sürükleyici katkılar, beton içerisindeki hava boşluklarını sürüklemek ve stabilize etmek için kullanılır. Su donmaya başladığında hacim olarak %9 genleşir ve oluşan buz parçacıkları beton içerisinde basınç uygular. Hava sürükleyiciler suyun donması sırasında hava kabarcıklarına yayılmasını sağlar ve donma-çözülme ortamlarında betonun dayanıklılığını arttırır. Hava sürükleyici katkı maddelerinin donma ve çözülme döngüsündeki işlevi, Şekil 3’deki gibi şematik olarak gösterilebilir.

Şekil 3. Aşırı hava koşullarında (soğuk hava) hava sürükleyici katkıların işlevi
Priz süresini kontrol eden katkılar hızlandırıcılar ve geciktiricilerdir. Hızlandırıcılar çimento ve su arasındaki reaksiyon hızını etkiler. Plastik durumdan sertleşmiş duruma geçme süresini azaltarak betonun priz almasını hızlandırır. Bu durum daha kısa priz süreleri ve erken dayanım sağlar. Geciktirici kimyasal katkılar, çimento ve su arasındaki reaksiyonu yavaşlatır ve başlangıç priz süresini geciktirir. Geciktirici kullanmanın temel amacı soğuk derzleri önlemek ve hazır beton süreçlerinin uygun bir şekilde tamamlanması için zorlu hava koşullarında yardımcı olmaktır. Şekil 3, karşılaşılabilecek durumlara bir örnek olarak düşünülebilir. Ortam sıcaklığı 15 0C olduğunda, bitirme işlemleri tamamlanıncaya kadar hazır beton hala plastik durumdadır. Bu nedenle, betonlama işlemlerinde herhangi bir zorluk yaşanmayacaktır. Ancak, ortam sıcaklığı 30 0C ‘ye yükseldiğinde priz süresi daha kısa olacaktır. Bu örnekte, priz süresi, hazır betonun yerleştirme işlemiyle çakışmaktadır. Bu durumda, priz geciktirici katkı kullanıldığında, beton işlemlerini bitirmek için yeterli zaman kazanılır.

Şekil 4. RMC üretiminde geciktirici katkı seti kullanımı
Plastikleştirici kimyasal katkıların taze ve sertleşmiş hazır beton karışımının özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmak için deneysel bir çalışma yapılmıştır. RMC-A plastikleştirici kimyasal katkı kullanılmadan, RMC-B ise plastikleştirici kimyasal katkı kullanılarak üretilmiştir.
Bu deneysel çalışmada, taze beton karışımlarının çökme değerleri ölçülmüştür. RMC-A karışımındaki su miktarı 200 kg iken karışımın çökme değeri 180 mm olarak ölçülmüştür. RMC-B karışımı için 156 kg su ile eşit çökme değeri elde edilmiştir. Test sonuçları, plastikleştirici kimyasal katkı kullanıldığında, aynı plastiklik seviyesine daha düşük su miktarı ile ulaşılabildiğini göstermektedir. Beton karışımlarının sertleşmiş özelliklerini incelemek için 28 günlük basınç dayanımı testleri yapılmıştır. RMC-A ve RMC-B karışımlarında su/çimento oranları sırasıyla 0.67 ve 0.52 olarak kullanılmıştır. Basınç dayanımı testi sonuçlarına göre, 28 günlük değerler RMC-A ve RMC-B için 34 MPa ve 53 MPa olarak ölçülmüştür. Burada plastikleştirici kimyasal katkı aynı çökme değerine sahip hazır betonlar için su/çimento oranını düşürmek suretiyle daha yüksek basınç dayanımı elde edilmesini sağlamıştır.
Teşekkürler
Yazarlar bu deneysel çalışmalar için Polisan Kimya San. A.Ş.’ye teşekkür eder.
Kaynaklar
Approaches in Engineering and Architecture, SRA Academic Publishing, Turkey. ISBN:978-605-69047-2-1, p: 9-20.

Arıöz, Ö., Özelmacı Durmaz, Ç.Ö., Arıöz, E. (2018b), ‘Effects of Chemical and Mineral Admixtures on Fresh and Hardened Ready Mixed Concrete Properties’, Current Approaches in Engineering and Architecture, SRA Academic Publishing, Turkey. ISBN:978-605-69047-2-1, p: 21-32.

Erdoğan, Turhan Y. (2015). Beton, METU Press., Ankara.

Neville A.M. and Brooks J.J., 2010 (2nd ed.). Concrete Technology: Prentice Hall. 442 p.

Neville A.M., 2011(5th ed.). Properties of Concrete: Pearson Education Limited, New York: 846 p.

Özelmacı Durmaz, Ç.Ö., Arıöz, Ö., Arıöz, E. (2019a), ‘‘An Experimental Investigation on the Effect of Water/Cement Ratio on the Compressive Strength of Concrete Produced by Different Cements’’, Bülent Kırmızı and Bahar İşigüzel (Eds.) in Turkey Vision: Multidisciplinary Studies 2019 ( p. 158-167). Ekin Yayınevi, Turkey. ISBN: 978-605-327-870-2.

Özelmacı Durmaz, Ç.Ö., Arıöz, E., Arıöz, Ö. (2019b), ‘‘Effects of Chemical Plasticizing Admixtures on the Life Cycle Assessment of Ready Mixed Concrete’’,

Bülent Kırmızı and Bahar İşigüzel (Eds.) in Turkey Vision: Multidisciplinary Studies 2019 (p. 168-172). Ekin Yayınevi, Turkey. ISBN: 978-605-327-870-2.

Zongjin, L., 2011. Advanced Concrete Technology: John Wiley and Sons Inc.624 p.