1. betonun tanimi ve tariHÇESİ Betonun Tanımı

2.4.1.6. 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(Anonymous,1999). 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.
Prizi hızlandıran maddeler arasında en çok kullanılanı kalsiyum klorürdür. Bu maddenin genellikle çimento ağırlığının en fazla %2’si oranında karma suyuna katılarak kullanılması önerilir. Kalsiyum klorür, prizi hızlandırmakla veya başka bir deyimle priz süresini kısaltmakla beraber betonların başlangıçtaki mukavemetlerini artırır. Mukavemetteki artış ilk günlerde büyük iken zaman ilerledikçe azalır. En sonda katkılı ve katkısız betonların mukavemetinde bir fark kalmaz. CaCl₂’ ün kullanılması halinde, hidratasyon olayı hızlandığından, hidratasyon ısısı belirgin bir artış gösterir. Bu özelikten dolayı soğuk havalarda beton dökümü bir miktar CaCl₂ kullanılmasıyla gerçekleşebilir. Bu maddenin % 2 oranından daha fazla kullanmasının şu sakıncaları vardır:
      Betonun rötresini artırır.
      Betonun içinde bulunan donatıların korozyonuna neden olur. Bu zararlı etkisinden dolayı betonarme yapılarda CaCl₂ % 1 oranından daha fazla kullanılmamalıdır. Aynı nedenden bu katkı maddesinin ön gerilmeli beton yapılarda kullanılması yasaklanmıştır.
      CaCl₂ rutubet çekici bir maddedir. Bu bakımdan yapıların rutubetli olmasına neden olur.Kalsiyum klorür, betonun sülfatlı suların etkisi altında bulunması ve bir alkali- agrega reaksiyonunun meydana gelmesi olasılığının varolması hallerinde kullanılmamalıdır.
Kalsiyum klorürler için belirttiğimiz yukarıdaki hususlar daha az ölçüde olmak üzere diğer klorürler ve prizi hızlandıran diğer maddeler için geçerlidir (Postacıoğlu,1986).

Priz hızlandırıcı katkılar, genellikle; erken ve yüksek mukavemet istenen yapı betonları, prefabrik beton üretiminde, soğuk havalarda betonu don etkisinden korumak için, tünellerin şatkrit (püskürtme) ve gunit kaplamalarında, boşluklar, şevler, yüzme havuzları, beton tamirleri, dolgu ve kazılarda, galeriler ve benzeri yerlerde ani destekleme yapar. Islak ve nemli yüzeylere kaplama yapımında, su geçirmezlik istenen yerlerde ve başüstü çalışmalarında kullanılır.

Priz hızlandırıcı katkılar istenen etki, ortam şartları ve çimento tipine bağlı olarak 100 kg çimento için; 500-3000gr katkı maddesi kullanılır. Rengi genellikle beyazdır. Yoğunluğu 20 ⁰C’ de yaklaşık 0.8 kg/lt’dir (Anonymous,1999; URL-2).
      Taze Betona Etkisi: Priz hızlandırıcı katkılar, çimentonun C3S grubu üzerinde etkili olarak hidratasyon sırasında reaksiyon hızını artırır. Bu şekilde betonun sertleşme süresini kısaltır. Kullanılan priz hızlandırıcının kimyasal bileşimine bağlı olarak % 5- %7 su kesme özeliği de vardır.
      Sertleşmiş Betona Etkisi: Betonda erken mukavemetler üzerinde etkili olur. Nihai mukavemetlere herhangi bir etkisi olmaz (Anonymous,1999).
Türk Standartlarına Göre Beton Katkı Maddesi Katılmış Betonların Prize Başlama ve Bitiş Süreleri ve Karışım Suyu Oranları
      Beton priz süresini hızlandırıcı kimyasal katkı maddeleri, (H)

      Beton priz süresini geciktirici kimyasal katkı maddeleri, (G)

      Beton karışım suyunu azaltıcı kimyasal katkı maddeleri, (A)

      Beton karışım suyunu azaltıcı ve beton prizini hızlandırıcı kimyasal katkı maddeleri, (AH)

      Beton karışım suyunu azaltıcı ve beton prizini geciktirici kimyasal katkı maddeleri, (AG)

Tablo 2.11.: Beton Katkı Maddesi Katılmış Betonların Prize Başlama ve Bitiş Süreleri (Anonymous,1984).

Kimyasal Katkı mad. Sınıfı	Beton Katkı Maddesi Katılmış Betonların Priz Süreleri
Prizin Başlama Süresi	Prizin Bitiş Süresi
(H)	Beton prizi, kıyaslama betonunun prize başlama süresine göre en az 1 saat, en çok 3 saat 30 dakika erken başlanmalıdır.	Beton prizi, kıyaslama betonunun priz bitiş süresine göre, en az 1 saat erken tamamlanmış olmalıdır.
(G)	Beton prizi, kıyaslama betonunun prize başlama süresine göre en az 1 saat, en çok 3 saat 30 dakika geç başlamalıdır.	Beton prizi, kıyaslama betonunun priz bitiş süresine göre, en çok 3 saat 30 dakika gecikerek tamamlanmış olmalıdır.
(A)	Beton prizi, kıyaslama betonunun prize başlama süresine göre en çok 1 saat erken, en çok 1saat 30 dakika geç olarak başlamalıdır.	Beton prizi, kıyaslama betonunun priz bitiş süresine göre en çok 1 saat erken veya en çok 1 saat 30 dakika gecikerek tamamlanmış olmalıdır.
(AH)	Beton prizi, kıyaslama betonunun prize başlama süresine göre en az 1 saat, en çok 3 saat 30 dakika erken başlamalıdır.	Beton prizi, kıyaslama betonunun priz bitiş süresine göre, en az 1 saat erken tamamlanmış olmalıdır.
(AG)	Beton prizi, kıyaslama betonunun prize başlama süresine göre en az 1 saat, en çok 3 saat 30 dakika geç başlamalıdır.	Beton prizi, kıyaslama betonunun priz bitiş süresine göre, en çok 3 saat 30 dakika gecikerek tamamlanmış olmalıdır.

        Priz Süresi: İçerisine kimyasal katkı maddesi katılmış olan betonların prize başlama ve bitiş sürelerinin, katkı maddesi katılmadan hazırlanmış olan kıyaslama betonunun priz sürelerine göre değişimi tablo 7’ de verilen değerlere uygun olmalıdır.

Tablo 2.12.: Kimyasal Katkı Maddeleri Katılmış Betonların Karışım Suyu (Anonymous,1984).

Karışım Suyu	Beton Kimyasal Katkı Maddeleri
(H)	(G)	(A)	(AH)	(AG)
Kıyaslama Betonu Karışım suyunun % si olarak en çok	-	-	88	95	95

      Karışım Suyu: Katkı maddesi katılmış olan betonların karışım suyunun, kimyasal katkı maddesi katılmadan hazırlanmış olan kıyaslama betonunun karışım suyuna oranı tablo 8’ de verilen değerlere uygun olmalıdır.

Tablo 2.13.:Beton Katkı Maddesi Katılmış Betonların Basınç Dayanımları (Anonymous,1984).

Beton Yaşı	Basınç Dayanımının, Kıyaslama Betonu Basınç Dayanımına oranı, % En Az
(H)	(G)	(A)	(AH)	(AG)
1 gün	-	-	140	-	-
3 gün	125	90	125	125	110
7 gün	100	90	115	110	110
28 gün	100	90	110	110	110

      Basınç Dayanımları: Kimyasal katkı maddesi katılmış olan betonun 1 gün, 3 gün, 7 gün ve 28 gün sonundaki basınç dayanım değerlerinin, katkı maddesi katılmamış fakat aynı koşullarda hazırlanmış olan kıyaslama betonunun aynı yaşlardaki dayanım değerlerine oranı Tablo 2.13’da verilen değerlere uygun olmalıdır.

Tablo 2.14.: Beton Katkı Maddesi Katılmış Betonların Eğilmede Çekme Dayanımları

Beton Yaşı	Beton Kimyasal Katkı Maddeleri
(H)	(G)	(A)	(AH)	(AG)
3 gün	110	90	110	110	100
7 gün	100	90	100	100	100
28 gün	90	90	100	100	100

      Eğilmede Çekme Dayanımları: Kimyasal katkı maddesi katılmış olan betonun 3 gün, 7 gün ve 28 gün sonundaki eğilmede çekme dayanımı değerlerinin, katkı maddesi katılmamış fakat aynı koşullarda hazırlanmış olan kıyaslama betonunun aynı yaşlardaki eğilmede çekme dayanımı değerlerine oranı tablo 10’da verilenlere uygun olmalıdır.

Tablo 2.15.: Beton Katkı Maddesi Katılmış Betonların Boy Değişimi

Boy Değişimi	Beton Kimyasal Katkı Maddeleri
(H)	(G)	(A)	(AH)	(AG)
Beton boyu değişiminin kıyaslama betonu boy değişimine oranı, %, en çok	135	135	135	135	135
Beton boyu değişimi %’si ile kıyaslama betonu boy değişi mi % arasındaki fark en çok	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10

      Boy Değişimi: Beton kimyasal katkı maddesi katılmış olan betonların 14 gün sonundaki boy değişimi, aynı koşullarda hazırlanmış fakat beton katkı maddesi katılmamış olan kıyaslama betonunun aynı süre içindeki boy değişimine oranı ve boy değişimleri arasındaki fark tablo 11’de verilen değerlere uygun olmalıdır (Anonymous,1984).

2.4.1.7. Hava Sürükleyici Katkı Maddeleri
Hava sürükleyici katkı maddeleri, taze betonun hava miktarını artırarak ve hava boşluklarını birbirinden ayrı olarak yaklaşık 0.20 mm çapında boşluklar halinde üniform bir şekilde dağılmasını sağlayan ve bu boşlukların kararlılığını beton prizi tamamlanıncaya kadar sürdüren katkı maddeleridir (Anonymous,1984).

Bu katkı maddesinin amacı, betonun işlenebilirliği ve dayanıklılığını artırmaktır. Çimento taneciği iriliğinde (10- 100 mikron) milyonlarca hava kabarcığını beton içinde homojen bir şekilde dağıtarak betonu, donma - çözünme olaylarından korumak için kullanılır.Hava sürükleyici katkılar, yoğunluklu olarak beton yollar, pist betonları, havaalanları ve su yapıları gibi yerlerin betonunda kullanılır. Hava sürükleyici katkı maddeleri, çimento ağırlığının % 0.03 - % 0.15’ i arasında kullanılır. Örneğin; 100 kg çimentoya 30 – 150 gr hava sürükleyici katkı maddesi kullanılır.

      Taze Betona Etkisi: Hava sürükleyici katkı maddesi, taze betonun işlenebilirliği üzerinde olumlu etkisi vardır. Betonun içinde hapis olan hava miktarı % 1.5 - % 2.0’ den % 3.0 - % 6.0’ ya çıkar.
      Sertleşmiş Betona Etkisi: Hava sürükleyici katkı maddesi, betonu donma– çözünme etkilerinden korumada etkin rol oynar. Böylelikle betonun dayanıklılığı (dürabilite) artırılmış olur. Basınç dayanımına önemli derecede etki yaptığı için betonun havası sık sık kontrol edilmeli, hava % 6’ yı geçmemelidir(Anonymous,1999).

2.4.2. Sertleşmiş Betona Ek Nitelik Kazandıran Katkılar
2.4.2.1. Silis Dumanı Katkı Maddesinin Beton Mukavemetine Etkisi
Silis dumanı, silisyum ve ferrosilisyum alaşımlarının üretimi sırasında elektrik ark fırınlarında yaklaşık 200 ⁰C’ de yan ürün olarak elde edilen bir puzolonik maddedir. Çimentoya oranla çok ince taneli olup yaklaşık %90 oranında amorf silis içermektedir. Betonun performansını iyileştirmek için mineral katkı maddesi olarak kullanımı yaygınlaşmıştır.

Silis dumanı; ferro-silis, siliko-ferrokrom, ferrokrom ve zirkonyum elementlerinin üretimi sırasında elde edilen çok üstün nitelikli bir puzolonik maddedir. Çok ince olması, bileşiminde %63 ile %98 aralığında Silisyum-di-Oksit (SiO₂) bulunması ve bunun büyük bir kısmının amorf yapıda olması, silis dumanının diğer puzolonlara göre çok daha üstün nitelikte olmasını sağlamaktadır.

Silis dumanı betonda ilave olarak veya kısmen çimento yerine ya da çimentonun katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Silis dumanı çimentodan daha ince olması nedeniyle çimentonun hidratasyonu sırasında açığa çıkan Ca(OH)₂ile hızla reaksiyona girerek kalsiyum silikat hidrateler oluşturur. Bunun sonucunda suda çözülebilen Ca(OH)₂stabilize edilmektedir. Reaksiyona girmeyen taneler ise çimento taneleri arasındaki boşlukları doldurarak betonun daha geçirimsiz bir yapıya sahip olmasına neden olmaktadır.

Beton basınç dayanımına olumlu katkısı açısından çimento ağırlığının %20-25’i arasında bir miktarın silis dumanı ile değiştirilmesi optimum bir değer olarak verilmektedir. Ancak silis dumanı oranının yükselmesi beton işlenebilirliğinin yeterli düzeyde sağlanması için süper akışkanlaştırıcı katkı maddelerinin beraber kullanılmasını gerektirmektedir. Ayrıca taze betonda terleme azaldığı için plastik rötre eğilimi artmaktadır. Bu nedenlerle % 10- % 15 arasındaki oranlarda kullanımı betonda istenilen iyileşmenin sağlanmasında yeterli olduğu belirtilmektedir.

Silis dumanının kısmen çimento yerine kullanılması ile beton dayanımında artış sağlanmaktadır. Bu artış, çimento hamurunun özeliklerinin ve hamur fazı ile agrega fazı arasındaki bağın iyileşmesi sonucudur. Silis dumanı, çimento tanelerinin, kum taneleri hamur fazı ile agrega tanelerinin arasındaki boşlukları doldurmaktadır. Bu olay filler etkisi olarak da adlandırılmaktadır.
2.4.2.3. Bitümlü Şist Katkısının Beton Aşınma Dayanımına Etkisi
Bitümlü şist külünün katkı maddesi olarak betonda sürtünme ve darbe yolları ile meydana gelen aşınmalar üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bitümlü şistlerin 700 ⁰C’ de yakılmaları sonucu elde edilen kül beton karışımlarına çimentonun ağırlıkça % 30’una kadar varan oranlarda katılmıştır. Genel bir uyum içinde olan deney sonuçlarına göre çimentonun ağırlıkça % 15’ ine kadar katılan bitümlü şist külü ile 28 günlük beton aşınma dayanımında bir miktar artış sağlanabilmektedir.

Beton yüzeylerin yıpranmasında erozyon, oyulma, çarpma ve sürtünme yolu ile aşınma gibi mekanizmalar rol oynar. Bu tür yıpranmalar en fazla yol, hava alanı pisti, döşeme, köprü, baraj gibi dış etkilere ve çarpma veya sürtünme yolu ile etki yapan yüklere maruz beton yapıların yüzeylerinde meydana gelir. Betonda aşınma dayanımı basınç dayanımı ile de yakından ilişkili olup basınç dayanımını etkileyen su / çimento oranı, çimento hamuru ve agrega kalitesi, agrega-hamur ara yüz dayanımı gibi faktörler aşınma dayanımı üzerinde de etkili olur.

Bitümlü şist genellikle ince taneli ve yapraklı yapıya sahip tortul bir kayaçtır. İçerisinde bulunan “kerojen” adı verilen organik madde nedeniyle gerek doğrudan yakılarak gerekse damıtılıp sıvı yakıt elde edilerek alternatif bir enerji kaynağı olabilmektir. Bu amaçla bir çok ülkede termik santral ve çeşitli endüstrilerde doğrudan yakılmakta, veya çimento ham maddesi olarak kullanılmaktadır.

Kömüre oranla çok daha fazla kül bıraktığı için bitümlü şist külünün değerlendirilmesi, ekonomik kullanımı önemli ölçüde etkilemektedir(Anonymous,1996)...

2.4.2.4. Alunit-Uçucu Kül Karışımının Beton Basınç Dayanımına Etkisi
Beton özeliklerine olan etkileri birbirinden oldukça farklı ve hatta bazen aykırı olan mineral esaslı alunit ve uçucu kül katkı maddeleri değişik oranlarda PÇ 42.5 türü yüksek dayanımlı bir çimentoya ikame edilerek betonlar üretilmiştir. Bu betonların erken ve ileri yaşlardaki basınç dayanımları incelenmiştir. Araştırmada, her iki katkının ayrı ayrı ve farklı oranlarda birlikte kullanılması durumlarında dayanımdan meydana gelen değişimler gözlemlenmiştir. Alunit oranının % 5, uçucu külün ise %10 (özelikle % 20) un üzerinde kullanılmasının dayanımda ciddi kayıplar meydana getireceği ortaya konmuştur.

Katkı maddeleri genelde betonun taze ve sertleşmiş durumdaki niteliklerini değiştiren ve betonun toplam performansını yükselten maddeler olarak tanımlanmaktadır. Kimyasal ve mineral olarak bilinen bu maddelerin bazen birkaçı aynı bileşimde birlikte kullanılabilmektedir. Bunlardan uçucu kül, beton teknolojisinde mineral katkı maddesi olarak kullanılan ve puzolonik özeliğe sahip bir toz malzeme olup, termik santrallerin bacalarından çıkan gazlarla birlikte yukarıya sürüklenen çok ince partiküllerin elektro filtrelerle tutulmasıyla elde edilir.

Uçucu kül, puzolonik etkinliğinin yanı sıra betonun prizini geciktirmekte ve buna bağlı olarak sertleşme hızını yavaşlatmaktadır. İleri yaşlarda ise beton dayanım ve dayanıklılığında pozitif etkiler oluşturduğu yapılan bir çok çalışmada ortaya konmuştur. Buna karşın alunit, betonun priz ve sertleşme süresini kısaltarak daha hızlı dayanım kazanmasını temin etmektir. Ancak ileri yaşlarda beton niteliklerinde negatif etkiler oluşturabileceği yapılan diğer bazı çalışmalarda belirtilmektedir(Anonymous,1996).
Alunit
Doğal bir şap taş olarak kabul edilen alunit, KAL₃(SO₄)₂(HO)₆ formülü ile ifade edilmektedir. Volkanik kayaçların hidrotermal yolla başkalaşımı sonucu meydana gelen bu maddelerin bileşiminde girift bir vaziyette % 10- % 50 arasında değişen oranlarda SiO₂ bulunmaktadır. Alunit cevheri 700- 750 ⁰C’ de kalsine edildiğinde hidrate elemanlar oluşmaktadır. Alunit cevheri 1300-1380 ⁰C’ de 15 dakika tutulursa boşluklu bir yapı kazanır ve genleşme özeliği artar. Portland çimentosuna kalsine edilmiş alunit ilavesi C₃S, C₂S ve C₄AF bileşiklerinin teşekkülünü kolaylaştırmaktadır. Alunit içerisinde sülfat bileşiklerinin betonun priz ve sertleşmesinin hızlanmasında önemli bir etkisi vardır. Sertleşme hızı, kalsinasyon sıcaklığı ve alunit miktarı ile orantılıdır.

Kalsine edilmiş alunit katkısı, portland çimentosunun ilk günlerdeki dayanımını artırır. Alunit katkılı çimento ile üretilen bir betonun 1. gün sonundaki dayanımı, alunitin kalsinasyon şartlarına bağlı olarak % 5- % 85 civarında artmaktadır. Bu çimentolarla üretilen betonlarda, ilk günlerde dayanımdaki hızlı artış nedeniyle kalıp alma süresi, dolayısıyla inşaat süresi de kısalmaktadır. Ancak 28 gün sonra dayanımda bir miktar azalma olduğu görülmüştür. Portland çimentolarında görülen bu azalma % 0- % 11, puzolonik çimentolarında ise % 8- % 27 arasında kalmaktadır.

Alunit, puzolanlı çimentolar için priz ve sertleşme hızlandırıcısı olarak da kullanılabilmektedir.

Yapılan bir diğer çalışmada, portland çimentosu içerisine % 0- % 15 arasında dört farklı oranda alunit katılarak betonlar üretilmiş ve bu betonlarda alunitin, kısa ve uzun süreli beton basınç dayanımı ve elastisite modülleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu çalışmada, en uygun alunit oranın % 3- % 5 arasında olması gerektiği ve bunun üzerine çıkılması durumunda ileri yaşlarda beton niteliğinde ciddi kayıplar olacağı ifade edilmiştir(Anonymous,1996).

Uçucu Kül
Uçucu kül, kömürle çalışan termik santrallerin baca çıkışlarından elektro filtrelerle tutulması ile elde edilen çok ince toz şeklinde ve puzolonik niteliğe sahip bir malzemedir. Uçucu küllerin kimyasal ve fiziksel özelikleri santrallerde kullanılan kömürün özeliklerine ve yanma sistemine bağlı olarak değişiklik gösterirler. Genellikle gri renkte olup içlerinde yanmamış kömür partikülleri fazla olduğunda rengi kahverengi olur. Yapısında % 85 veya daha fazla oranda SiO_2, Al₂O_3, Fe₂O₃, MgO yer almaktadır. Uçucu kül çimentoya üretim aşamasında katılabileceği gibi doğrudan betona da katılabilmektedir.

Uçucu kül katılarak elde edilen betonların özelikleri katılan kül tipine ve miktarına bağlı olarak değişmektedir. Taş kömüründen elde edilen uçucu küller (F tipi) daha kaliteli bir yapıdadır. Sülfat miktarı biraz daha fazla olan limitlerden elde edilen uçucu küller (C tipi) ise daha düşük kalitededir. Linyit kaynaklarının daha zengin olması nedeniyle ülkemizde uçucu küller genelde C tipi kalitesinde olup bunların ancak çok az bir kısmı değerlendirilmektedir.