SOĞUK HAVANIN BETONA ETKİLERİ

teknik notlar

2

İLETİŞİM

GENEL MÜDÜRLÜK

Hüseyin Bağdatlıoğlu İş Merkezi, Kaya Sultan Sok. No:97 Kat:5 Kozyatağı 34742 İstanbul

Tel:(0216) 571 30 00 Faks:(0216) 571 30 91

Büyükçekmece Fabrikası

Mimar Sinan Beldesi

Marmara Cad. P.K.1/3 34900

Büyükçekmece/İstanbul

Tel:(0212) 866 10 00

Faks:(0212) 866 12 00

Çanakkale Fabrikası

Mahmudiye Beldesi 17640

Ezine/Çanakkale

Tel:(0286) 295 20 00

Faks:(0286) 295 21 99

Ladik Fabrikası

İskaniye Mah. Akpınar Mevkii

Ladik/Samsun

Tel:(0362) 771 38 16

Faks:(0362) 771 38 19

Kuzey Marmara Bölgesi

Sultan Murat Cad. No:8 Mimar Sinan Beldesi

34900 Büyükçekmece/İstanbul

Tel:(0212) 866 12 61-68

Faks:(0212) 866 12 73-74

Güney Marmara Bölgesi

Kumburun Köyü Mevkii

Ezine/Çanakkale

Tel:(0286) 295 20 00

Faks:(0286) 648 91 86

Ege Bölgesi

Ali Çetinkaya Bulvarı No:34/1 Kat:4 D:402

35220 Alsancak/İzmir

Tel:(0232) 463 67 78

Faks:(0232) 463 44 29

Aliağa Terminali

Horozgediği Köyü Mevkii, Nemrut Körfezi

Çukurova Çelik Limanı, 35640 Aliağa/İzmir

Tel:(0232) 625 54 28-29

Faks:(0232) 625 54 31

Doğu Marmara Bölgesi

Yalova Terminali

Balcı Mevkii SCA Fabrikası Yanı

Kaytazdere Beldesi, Altınova/Yalova

Tel:(0226) 462 97 90-91

Faks:(0226) 462 97 92

Yarımca Terminali

Atar Mah. Sahil Cad. Yarımca Limanı

Körfez/Kocaeli

Tel:(0262) 528 15 70

Faks:(0262) 528 01 67

Orta Karadeniz Bölgesi

Ladik Ofisi

İskaniye Mah. Akpınar Mevkii

Ladik/Samsun

Tel:(0362) 771 38 18

Faks:(0362) 771 45 89

Samsun Ofisi

Atatürk Bulvarı Güzelyalı Mah. 3003 Sok.

Çamkoru Sitesi No:2 Atakum/Samsun Tel:(0850) 252 18 70

Çimento Satış ve Pazarlama Noktaları

www.akcansa.com.tr

Soğuk havanın tanımı

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 206-1 Standardı’na göre en düşük taze beton sıcaklığı +5oC’dir. 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.

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-çözünme riskine

maruz kalmasıdır.

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

Eğer don olayı gerçekleşirse 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, çimento tipi ve kür sıcaklığı betonu dondan korumak için gerekli süreyi etkiler.

Beton içindeki suyun donması

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.

Soğuk havada beton üretimi ve uygulaması

1

teknik notlar

Yaş, gün

Bas

ınç

day

anım

ı, %

(23

oC

’de

kür

edilm

iş b

eto

nu

n 2

8 gü

nlü

k d

ayan

ımın

a o

ran

ı)

Şekil 1: Beton sıcaklığının dayanıma etkisi [3]

Soğuk havada beton uygulamasında başlıca hedef; ilk 48 saat betonu gerekli önlemleri alarak “dondan”

korumaktır.

En düşük beton sıcaklığı +5oC

İdeal beton sıcaklığı + 15-20oC

En yüksek beton sıcaklığı +32oC

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

Çimento Tipi Su/

Çimento oranı

Kür sıcaklığına bağlı olarak taze betonun don etkisinden zarar görmemesi için gerekli süre,

saat 5oC 10oC 15oC 20oC

Erken dayanımı

düşük

0.4 35 25 15 12 0.5 50 35 25 17 0.6 70 45 35 25

Erken dayanımı

yüksek

0.4 20 15 10 7 0.5 30 20 15 10 0.6 40 30 20 15

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

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 ise agrega 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

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-çözünme etkisinin hakim olduğu yerlerde mutlaka gerekmektedir. Hava sürükleyici katkı kullanımı ile betonda kontrollü boşluk oluşumu sağlanır ve beton içinde donma-çözünme 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.

Soğuk havada beton üretimi ve uygulaması

2

teknik notlar

T = 0.22(Ta.Ma + Tc.Mc) + Ts.Ms + Tsa.Msa

0.22(Ma + Mc) + Ms + Msa

T = 0.1 ( tr – ta)

Örnek:

Hava sıcaklığı 0 oC iken sahadaki beton sıcaklığının 15 oC olması istendiği durumda:

T = 0.1 ( 15 – 0) = 1.5 oC ( sıcaklık kaybı)

Şantiyeden çıkan betonun en az 16.5 oC olması gerekmektedir.

Agrega ve Çimento Sıcaklığı Ağırlıklı Ortalaması, oC

Karışı

m S

uyu S

ıcaklığ

ı, o

C

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

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.

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

Soğuk havada beton üretimi ve uygulaması

3

teknik notlar

Sıcaklık, oC Yaklaşık priz

alma süresi, saat

21 6

16 8

10 11

4 14

-1 19

-7 Priz gerçekleşmez

Tablo 3: Beton sıcaklığı – priz alma süresi ilişkisi

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

DURUM

BETON TABAKASI KALINLIĞI (mm)

<300

>300

<900

>900

<1800

>1800

1

2

3

En düşük

taze beton sıcaklığı (karma

esnasında)

> -1 oC 16 oC 13 oC 10 oC 7 oC

> -18

oC

<-1 oC

18 oC 16 oC 13 oC 10 oC

< -18

oC 21 oC 18 oC 16 oC 13 oC

4

En düşük beton sıcaklığı

( dökülmüş, yer-leştirilmiş, bitirilmiş

beton)

13 oC 10 oC 7 oC 5 oC

Tablo 4: Tavsiye edilen beton sıcaklıkları[2]

BETON TABAKASI KALINLIĞI (mm)

<300 >300mm

<900mm

>900

<1800 >1800

28 oC 22 oC 17oC 11 oC

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

7 g

ün

de

Bas

ınç

Day

anım

ı Ge

lişim

i,%

Donma– Çözünme Döngüsü

Şantiyede alınacak önlemler

Beton yüzeyi için koruyucu örtü kullanımı, Rüzgar kırıcı kullanımı, Hareket edebilir ısıtıcı kullanımı, Yalıtımlı kalıp kullanımı, Yalıtımlı battaniye kullanımı, 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.

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 ortalaması ise 17-19 °C’dir.

Güneydoğu Anadolu’da kış sıcaklık ortalaması

(3°C) - (4°C) arasındadır. Yıllık sıcaklık ortalaması ise 15-16°C’dir.

Soğuk havada beton üretimi ve uygulaması

4

teknik notlar

İller Yıllık ortalama sıcaklık

değerleri,oC

Kars 4,2

Erzurum 6,1

Ağrı 6,3

Sivas 8,6

Van 8,8

Yozgat 9,1

Kastamonu 9,8

Hakkâri 9,9

Bolu 10,2

Kütahya 10,6

Tablo 7: Türkiye’de Ocak ayı ort. sıcaklık dağılışı[5]

Tablo 6: Türkiye’de yıllık ortalama sıcaklığın en düşük olduğu iller[45

Kaynaklar

1. TS 1248 (1989), Beton Yapım, Döküm ve Bakım

Kuralları(Anormal Hava Koşullarında), TSE, Ankara

2. ACI 306 R – 88 (1994) , “Cold Weather Concreting”,

ACI Manual of Practice, Part 2

3. KOSMATKA, STEVEN H., KERKHOFF, PANARESE., and

WILLIAM, C., “Design and Control of Concerete Mixtures” Portland Cement Association Publication, 2003

4. TÜRKEL, S., “Soğuk Hava Koşullarında Beton Üretimi”,

Deprem Sempozyumu, Uşak, 2003, s.32-45

5. http://www.cografyam.org/turkiyeiklimi.htm

Soğuk havada beton üretimi ve uygulaması

5

teknik notlar

Yüksek Yoğunluklu

Plywood

Kaba plywood

Rijit Polistren

İnşaat alanının yalıtılması İnşaat etrafının yalıtılması

Donmuş zeminin ısıtılması Beton yüzeyine serilecek yalıtımlı örtüler

Beton döküm alanının ısıtıcı ile ısıtılması Kolonlarda yalıtımlı kalıp kullanımı

teknik notlar

İŞ SAĞLIĞI VE GÜVENLİĞİ İÇİN

ALTIN KURALLAR