Soğuk Havada Beton Üretimi ve Uygulaması

Soğuk havanın tanımı

TS 1248 Standardı’na göre ard arda üç gün, günlük ortalama hava sıcaklığının +5oC’nin altında olması ve bu periyotta hiçbir yarım gün hava sıcaklığının +10oC’nin üstünde olmaması durumuna “beton için soğuk hava” denir [1-2]. Ortalama hava sıcaklığı, günlük en yüksek ve en düşük hava sıcaklığının ortalamasıdır. TS EN 206 Standardı’na göre taze betonun en düşük sıcaklığı +5oC olmalıdır. Ancak, beton sıcaklığının +10oC’nin altında olması tavsiye edilmez. Bu nedenle döküm öncesinde, esnasında ve sonrasında beton sıcaklığı kontrol edilip kaydedilmelidir. Ayrıca, gerekli tedbirler önceden alınmalıdır.

Tablo 1: En düşük, en yüksek ve ideal taze beton sıcaklıkları[1-2]

Soğuk havanın betona etkisi

Soğuk havada başarılı bir şekilde beton üretimi ve uygulaması yapabilmek için soğuk havanın beton üzerinde etkileri iyice bilinmelidir. Soğuk hava sonucu betonda görülen başlıca olumsuzluklar:

  • Hidratasyon reaksiyonun yavaşlaması,
  • Priz süresinin uzaması,
  • Erken dayanımın düşük olması (Şekil 1),
  • Beton içindeki suyun donma-çözülme riskine maruz kalmasıdır.

Beton taze halde iken beton sıcaklığının 0oC’nin altına düşmesi durumunda beton “don” tehlikesi ile karşılaşır.

Şekil 1: Beton sıcaklığının dayanıma etkisi [3]

Eğer don olayı gerçekleşirse Şekil 2’de görüldüğü gibi beton dayanımı en az %50 oranında azalır ve beton dayanıklılığı (dürabilite) olumsuz etkilenir. Betonun en azından 4-5 MPa basıç dayanımına ulaşıncaya dek donması engellenmelidir. Bu dayanım değerine Tablo 2’de verilen sürelerde ulaşılabilir. Betonun su/çimento oranı, bağlayıcı tipi ve kür sıcaklığı betonu dondan korumak için gerekli süreyi etkiler.

Şekil 2: Betonun erken yaşta dona maruz kalması sonucu dayanım kaybı

Tablo 2: Don olayının taze betona zarar vermemesi için gerekli beton yaşı [4]

Beton içindeki hava boşluklarındaki su – 1oC’de donmaya başlar. Bir miktar su donduğunda donmamış sudaki iyon konsantrasyonu yükselir ve donma noktası düşer. -4oC’de yeterli miktarda su donar ve hidratasyon reaksiyonu tamamen durur. Suyun donması sonucu oluşan hacimsel genleşme betonda telafi edilemeyecek hasarlara neden olur.

Soğuk havada üretilecek beton için öneriler

  • Düşük su/çimento oranı,
  • Düşük kıvamlı beton (<10 cm),
  • Çimento dozajının arttırılması,
  • C3S miktarı yüksek çimento kullanımı,
  • Yüksek erken dayanımlı çimento kullanımı,
  • Priz hızlandırıcı, antifriz ve gereli durumda hava sürükleyici katkı kullanımı,
  • Beton bileşenlerinin önceden ısıtılması,
  • Mineral katkı kullanılmaması ya da sınırlı oranda kullanılmasıdır.

Beton bileşenlerinin beton sıcaklığına etkileri

Beton sıcaklığını arttırmak için karıştırma işleminden önce su ve agrega ısıtılabilir. Su sıcaklığının 60-65 oC olması yeterlidir. Suyun daha sıcak olması durumunda ani priz ve çimentoda topaklanma görülebilir. Suyun ısıtılması yeterli değil ise agregalar da ısıtılabilir. Genelde agrega sıcak su buharı ile ısıtılır. Bu nedenle agregadaki nem oranı değişir. Karışım tasarımında bu detay atlanmamalıdır. Beton sıcaklığı aşağıdaki formülle hesaplanır [2]:

T = Taze beton sıcaklığı, °C

Ta, Tc, Tw, and Tsa = Sırasıyla agrega, çimento, su ve agregadaki serbest su sıcaklıkları, °C

Ma, Mc, Mw, and Msa = Sırasıyla agrega, çimeto, su ve agregadaki serbest su kütleleri, kg

Betonun taşınması esnasında sıcaklık kaybı

Bu konu hakkında İsveç Çimento ve Beton Araştırma Enstitüsü’nün bir çalışması vardır. Transmikserde taşınan betonun 1 saat içindeki sıcaklık kaybı aşağıdaki formül ile hesaplanır[2]:

T:1 saatlik taşıma esnasında sıcaklık düşüşü, oC

tr: Sahada istenilen beton sıcaklığı, oC

ta:Hava sıcaklığı, oC

Şekil 3: Beton bileşen sıcaklıkları ve beton sıcaklığı ilişkisi[2]


Soğuk havada katkı kullanımı

Soğuk hava koşullarında genel olarak priz hızlandırıcı ve antifriz katkı kullanılır. Antifriz katkı suyun donma noktasını düşürerek hidratasyon reaksiyonun devamını sağlar. Antifriz katkı hidratasyon reaksiyonunun hızını ve ısısını doğrudan etkilemez.

Priz hızlandırıcı olarak kalsiyum klorür kullanılması priz açısından iş görmesine rağmen donatılı betonda korozyona neden olur. Bu nedenle kullanılmaması ya da zorunlu durumda çimento kütlesinin en fazla %2’si kadar kullanılması tavsiye edilir.

Hava sürükleyici katkı kullanımı ise özellikle donma-çözülme etkisinin hakim olduğu yerlerde mutlaka gerekmektedir. Hava sürükleyici katkı kullanımı ile betonda kontrollü boşluk oluşumu sağlanır ve beton içinde donma-çözülme etkisi ile suda oluşacak hacimsel genleşmelere karşı tolerans artar.

Mineral katkı kullanımı soğuk havada tercih edilmez. Çünkü mineral katkılar betonda prizi geciktirdiği gibi hidratasyon ısısını da düşürürler. Ancak, gerekli önlemlerin alındığı durumlarda sınırlı miktarda mineral katkı kullanımının dürabilite açısından faydası vardır.

Hidratasyon ısısına etki eden etkenler

  • Hava sıcaklığı,
  • Betonun başlangıç sıcaklığı,
  • Çimentonun miktarı, inceliği ve kimyası,
  • Su/çimento oranı,
  • Mineral ve kimyasal katkılar,
  • Beton elemanın ebatları.

Beton sıcaklığının düşük olması hidratasyon reaksiyonunu olumsuz etkiler ve bunun sonucunda priz ve dayanım kazanma hızı düşer. Örneğin beton sıcaklığındaki 10oC’ lik bir düşüş priz süresini yaklaşık 2 kat arttırır. Bu sürenin artması elbette kalıpların zamanında alınamamasına ve iş süresinin artmasına neden olur. Kısaca beton dayanımı ve dayanıklılığı etkilendiği gibi ekonomik olumsuzluklar da meydana gelmektedir.

Tablo 3: Beton sıcaklığı – priz alma süresi ilişkisi

Yeni yerleştirilmiş ve suya doygun beton en azından 24 MPa’lık basınç dayanım değerine ulaşana kadar donma-çözülmeye karşı korunmalıdır.

Özellikle soğuk havalarda beton yüzey sıcaklığı ile iç sıcaklığı arasında büyük fark oluşur. Yüksek sıcaklık farkı betonda iç gerilmelere ve dolayısıyla çatlaklara neden olur. Bu nedenle sıcaklık farkının 20oC’nin üzerinde olmaması önerilir. Bazı önemli yapılarda bu fark 15oC’de olabilir. Betonu soğuk hava koşullarından korumak için kullanılan koruyucu malzemeler kademeli bir şekilde kaldırılmalıdır. Çünkü, sıcaklık farkının aşırı değişimi betonda ciddi hasarlara neden olabilir.

Şekil 4: İlk 7 günde donma-çözünme’nin basınç dayanımına etkisi [3]

Tablo 4: Tavsiye edilen beton sıcaklıkları [2]

Tablo 5: Korumadan sonra ilk 24 saat içinde betonda müsade edilen en büyük sıcaklık farkları [2]

Şantiyede alınacak önlemler

  • Beton yüzeyi için koruyucu örtü kullanımı (Resim 1),
  • Rüzgar kırıcı kullanımı,
  • Hareket edebilir ısıtıcı kullanımı (Resim 2),
  • Yalıtımlı kalıp kullanımı,
  • Yalıtımlı battaniye kullanımı (Resim 3),
  • Zeminin ısıtılması,
  • Kalıpların ve demirlerin don ve kardan temizlenmesidir.

Şantiyede beton dökümünden önce yukarıdaki önlemlerden gerekli olanlar temin edilmiş durumda olmalıdır. Öncelikle betonun en kısa sürede şantiyeye ulaşması sağlanmalıdır. Beton gelmeden önce zeminde don varsa çözülmelidir. Aksi takdirde zemin üzerine yerleştirilecek beton aniden ısı kaybedecektir. Ayrıca, kalıplar ve demirler kar ve dondan temizlenmelidir.

Betonun plastik halde iken kuruması plastik rötre çatlaklarına neden olur. Sıcak hava koşullarında betonun sulanması uygun iken soğuk havada uygun olmayabilir. Soğuk havada en iyi kür uygulaması beton yüzeyini su kaybından ve soğuktan koruyacak yalıtımlı malzemeler kullanılarak yapılır. Bu malzemeler çevre koşullarına, beton karakteristiğine ve yapıya etkiyen yük durumuna göre 1 ila 7 gün arasında beton yüzeyinde bulunmak zorundadır.

Beton dökülen yerin ısıtılması pratik ve ekonomik olmasa da etkili bir yöntemdir. Isıtıcının ekzosu kesinlikle beton yüzeyini etkilememelidir. Çünkü açığa çıkacak CO2 taze betonda karbonatlaşmaya neden olabilir. Ayrıca bu durum çalışan işçiler için de zararlı olabilir.

Resim 1: Yalıtımlı battaniye kullanımı

Resim 2: Isıtıcı ile ortam sıcaklığının kontrol edilmesi

Resim 3: Elektrik ile çalışan koruyucu beton battaniyesi

Türkiye’nin iklimsel özellikleri

Türkiye’de farklı coğrafi alanlarda çeşitli iklimler görülmektedir. Soğuk hava ve don riski açısından en riskli iklim karasal iklimdir. Karasal iklim İç Anadolu, Doğu Anadolu ve Güneydoğu Anadolu Bölgeleri’nde görülür. Ayrıca bu bölgelere yakın illerde de benzer iklim koşulları görülmektedir[5].

  • İç Anadolu’nun kış sıcaklık ortalaması 1°C – 2°C arasındadır. Yıllık sıcaklık ortalaması ise 10-12°C’dir.
  • Doğu Anadolu Bölgesi’nin kuzeydoğu kesiminde yıllık sıcaklık ortalaması 4-6°C’dir.
  • Kuzeydoğu Anadolu’da kış sıcaklık ortalaması (-7°C) – (-10°C) arasındadır. Yıllık sıcaklık ortala- ması ise 17-19 °C’dir.
  • Güneydoğu Anadolu’da kış sıcaklık ortalaması (3°C) – (4°C) arasındadır. Yıllık sıcaklık ortalaması ise 15-16°C’dir.

Tablo 6: Türkiye’de yıllık ortalama sıcaklığın en düşük olduğu iller [5]

 

Şekil 5: Türkiye’de Ocak ayı ort. sıcaklık dağılışı [5]

Kaynaklar

  1. TS 1248 (1989), Beton Yapım, Döküm ve Bakım Kural- ları(Anormal Hava Koşullarında), TSE, Ankara
  2. ACI 306 R – 88 (1994) , “Cold Weather Concreting”, ACI Manual of Practice, Part 2
  3. KOSMATKA, STEVEN , KERKHOFF, PANARESE., and WILLIAM, C., “Design and Control of Concerete Mixtures” Portland Cement Association Publication, 2003
  4. TÜRKEL, , “Soğuk Hava Koşullarında Beton Üretimi”, Deprem Sempozyumu, Uşak, 2003, s.32-45
  5. http://www.cografyam.org/turkiyeiklimi.htm
Pin It

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir