Deniz yapilari iÇİn beton teknolojiSİ 009-2010 GÜz hafta giRİŞ: İŞlenecek konular

1. Düşük basınçlı sıcak buhar kürü (low pressure steam curing) (DBBK)

2. Yüksek basınçlı sıcak hava kürü (high pressure curing), bu sürece otoklav süreci (autoclaving) adı da verilir (YBBK)

Her iki yöntem farklıdır, elde edilen ürünler de farklı niteliktedirler. Sıcak kürlemenin ana işlevi yeterli yüksek dayanımı erken elde edebilmektir. Kısa sürede kırılmadan taşınabilen çok sayıda yapı elemanı üretilir, ürün kalıpları çabuk alınır ve tekrarlı kullanılırlar. Böylece üretimde ekonomik süreç prefabrikasyonla geliştirilmiş olur.
Düşük basınçlı buhar küründe (DBBK) sıcaklık çevrimi önemlidir. Betonu dökülen yapı elemanı kalıbı içinde 2-6 saat kadar oda sıcaklığında ön beklemeye tabi tutulur, sonra sıcak buharın verileceği hücreye konulur. Sıcaklık kontrollü olarak saatte 10-30 ⁰C hızla artırılır. Bu hız ön bekleme süresine bağlıdır; ön bekleme kısa sürmüş veya yapılmamışsa sıcaklık yükseltme hızı düşük tutulur. Ortamdaki sıcaklık 60-85 ⁰C’a varınca, yapı elemanı 10 saat kadar bu sıcaklıkta sabit bırakılır. Bu sıcaklığa ıslatma devresi (soaking) denir. Islatma sıcaklığının süresi ve değeri betondan beklenen erken dayanımın değerine bağlıdır. Sıcaklık yüksek ise erken dayanım da yüksek olur, sıcaklık yüksekse süresi kısa olur ama son dayanım önemli miktarda daha düşük değer alır. Çevrimde geçen üçüncü aşama soğutmadır. Bu işlem de sabit bir hızla, örneğin saatte 22-33 ⁰C gibi sürdürülür. Islatma sıcaklığında beton termik şoka dayanır, ancak soğutma işleminin dikkatli yürütülmesi termik çatlamaların önlenebilmesi açısından gereklidir. Soğutma oda sıcaklığına varıncaya kadar sürdürülür. Oda sıcaklığında yapı elemanının normal ıslak küre tabi tutulması önerilir.
YBBK sürecinde uygulanan termik çevrim, DBBK termik çevrimi gibidir. Yapı elemanı ön bekleme sürecinden sonra özel, yüksek basınca dayanıklı otoklava yerleştirilir. Uygulanan ıslatma (soaking) sıcaklıkları 160 ⁰C-210⁰C arasında, basınçlar ise 6-20 atm arasındadır. Optimum uygulama 175 ⁰C ve 8 atm olarak önerilir. Islatma süresi 8 saattir. Bu maksimum sıcaklığa 3 saat zarfında erişilir. Buna karşın basıncı ve sıcaklığı düşürme, yani soğutma kısa sürede, 20-30 dak.’da bitirilir. Basınç düşmesinin de soğutmaya yardımcı olacağı doğaldır.
YBBK ile üretilmiş betonlarda 1 günde 28 günlük dayanıma erişilir ve ürün derhal kullanıma hazır olur. Betonların kuruma rötreleri, sünmeleri ve poroziteleri çok düşüktür, sülfatlara dayanıklılıkları yüksektir. Ancak DBBK ürünlerine oranla çok pahalıdırlar.
Deniz Suyu İçinde Beton Dökme Teknikleri
Su altında dökülecek betonların en önemli sorunları, denizin akıntıları ve dalgaları etkisiyle bağlayıcı nitelikli ince tanelerin yıkanarak beton kütlesinden ayrılması ve segregasyon sakıncasıdır. Su altı beton döküm tekniklerinde bu yüzden iki temel önlem uygulanır. İlk önlem betonu çevreleyen suyun hareketliliğini durdurmaktır. Bunun için betonlanacak yapı elemanının çevresi yeterli yükseklikli bir batardo ile kapatılır. Bu batardo ilerde yerinde bırakılabilecek çelik palplanş elemanlarla inşa edilir. İkinci önlem betonu sürekli kütlesi içine sevkederek dökmektir. Böylece suyla temasta olan üst tabaka bozulmadan yükselir. Yıkandığı için düşük nitelikli olacak bu üst tabaka, projede öngörülmüş beton hacmine elbette dahil değildir, mamafih sürekli olarak yapının üzerinde koruyucu olarak bırakılır.

Büyük hacimli su altı beton dökümlerinde iki yöntem vardır: Tremi yöntemi ve prepakt beton üretimi. Küçük hacimli döküm işlerinde ise çuval, kova, pompa tekniklerinden yararlanılır. Bu tekniklerin hemen hemen hepsinde son yıllarda yıkamayı önleyen (YÖ, antiwashout admixtures) katkılar kullanılmaktadır. Ayrıca bu katkı da önlem almayı gerektirmeyen uygulamalar yapılmasına da olanak verebilmiştir.

Su Altı Beton Döküm Teknikleri
Çuval Yöntemi: Basit yöntemlerin ilki çuval yöntemidir. Kanaviçe çuvallara doldurulan taze beton döküm yerine kendi ağırlığı ile indirilir. Dalgıçlar yardımıyla istenilen yere götürülür ve bağcıkları çözülen çuvalların içinden yerine dökülür. Bu uygulama donatısız betonlarda uygulanan bir süreçtir. Çuvalların boşaltılmadan birbirlerine yaslanarak yerleştirilmesi ile dalgakıranlara temel olan yapay taş işlevi elde edilebilir. Bu çözüm doğal taşların oluşturduğu dolgu yapıya oranla daha sürekli ve boşluksuz bir kütle elde etmeye imkan sağlar.
Kova Yöntemi: Betonu özel kovalarla su altına indirmek de basit bir yöntem olarak uygulanmaktadır. Bu silindirik kovaların 0.5-1.0 m³ hacimleri vardır, üstleri açık veya kapalı olur. Alt kısımlarındaki kapak yatay bir dönüşle yukarıdan kumanda edilerek yavaşça açılır. Üstte kapak varsa boşaltmanın su içinde mümkün olabilmesi için, kapağa ince bir boru kaynaklanmıştır. Bu boru yardımıyla kovadaki betona basınçlı hava gönderilebilir; hidrostatik su basıncı etkisiyle betonun alttan boşalması önlenirse bu basınçlı hava iletimi zorunlu olur. Kreyn ile dibe indirilen kovanın alt kapağı yana doğru açıldığından suda bir çalkalanmaya yol açmaz. Tüm betonlama kovalarla yapılacaksa, ilk kovadan sonraki kovalar, ilk beton yığınının içine bir miktar gömüldükten sonra alt kapak açılır. Böylece betonun sadece üst tabakasının suyla temasına izin verilmiş olur. Alt kapağın açılması mekanik veya pnömatik yolla ve yukarıdan kumanda ile yapılır.
Pompa betonu: Üçüncü basit yöntem pompalama süreci ile beton dökümü yapmaktır. Deniz zeminine çakılan çelik çeperli kazıkların, köprü ayaklarının, bu ayakların temellerinin betonla doldurulmasında bu yöntemden yararlanılır. Doldurulacak silindirik yapı elemanının, bu eleman kazık, kolon veya keson olabilir, çapının fazla büyük olmaması başarılı sonuç elde etmede önemlidir. Dökülecek beton herhangi bir araçla, yöntemle pompa haznesine yüklenir ve kazık veya keson içine en dipten başlayarak pompa borusu ile beton iletilir. Pompanın ucu daima dökülen eski betonun içinde tutulur ve sürekli su ile temasta kalan tabaka, korunarak yükselir. Bu uygulama 20 m derinlikteki işlemlerde kullanılmıştır
Prepakt Beton Tekniği: Deniz yapıları dışında da kullanılan bir tekniktir. Türkçemizde prepakt olarak geçen bu sözcük, “prepacked”, önceden paketlenmiş sıfatından gelir. İngilizcede bu betonlara prepacked veya preplaced aggregate concrete denilmektedir. Derinliği az olan su içindeki yapılarda uygulaması olan bir teknikte, iri agregalar belirli bir yükseklikten düşürülerek üretilerek üretilecek beton hacminin tümünü doldururlar. Yerleştirilen bu agregaların görünen boşluk hacmi %30-35 düzeyindedir. Boşluk hacmi ikinci aşamada çok ince kum, çimento, mineral ve kimyasal katkılarla üretilmiş harç enjekte edilerek doldurulur.

Ayrıca iri agregalarda beton dökülecek hacimdeki çelik donatı sıklığı, yapı elemanı genişliği dikkate alınır. Örneğin maksimum tane çapı (D_max) donatı aralığının 2/3’ünü, eleman genişliğinin ¼’ünü aşmamalıdır. Tanelerin yuvarlak çakıl veya kırmataş olmaları da D_max’ın seçiminde bir faktördür, zira yuvarlak çakılların yerleşmeleri daha kolaydır ve iri agrega yığınının boşluğu daha az olur. Aslında başarılı bir prepakt betonda D_max’ı büyük tutabilmek doluluk ve ekonomi açısından olumludur. İri agregaların çok temiz olmaları gerektiği de unutulmamalıdır.

Harç iletimine başlamadan önce iri agregaların ıslatılması, hatta daha önceden havuzlanması gerekir. Bu gerekçe beton dökülecek hacmin suyunun boşaltılması konumunda anlam taşır. Harç, iri agrega ortamına önceden yerleştirilmiş 29 mm çapında, dipten 10-15 mm yükseklikte başlayan, 1-1.5 m aralıklı borularla iletilir. Bu borular tüm hacim içinde bir batarya sistemi teşkil ederler. Harç tüm betonlara aynı zamanda aynı debi ile sevkedilir. Böylece betonun tüm hacminde eşit yükseklikte artmasına ve üst tabakanın bozulmadan korunmasına dikkat edilir. Yükselişi denetlemek için boruların belirli yüksekliklerine ultrasonik kaptörler yerleştirilebilir. Enjeksiyon süresince oluşabilecek sıkışan hava kabarcıklarının deşarjı, önceden yerleştirilmiş borular vasıtasıyla sağlanır.
Harcın enjeksiyonu sırasında iri agregaların yerlerinde kalmaları şarttır. Tanelerin ağır olmaları bu bakımdan tercih edilir. Bu gereklilik, prepakt dökümün, nükleer yapıların koruma perdelerinde uygulanmasında da bir sebep sayılabilir.
İri tanelerin birbirlerine değmesi kuruma rötresi değerini düşürür, bu geçirimsizlik sağlanması açısından yararlı bir sonuçtur. Deniz yapılarında kuruma rötresi sorunu yoktur. Ancak betonun tüm boşluk oranının çok düşük olmasının geçirimsizlik ve dürabilite yönünden deniz yapıları için de önemli olduğu unutulmamalıdır. Kesikli granülometrili betonlarda boşluk oranının çok düşük olabildiği hatırlanırsa prepakt betonun yüksek doluluklu (kompasite) geçirimsiz bir beton olacağı anlaşılır.
Prepakt betonlar su derinliğinin 30 m’yi aştığı yörelerde kullanılamıyor, bu bölgelerde tremi yöntemine başvurmak zorunlu oluyor. Ayrıca prepakt beton süreci özenli bir çalışma, bilgili bir işgücü ve iyi bir donanım gerektiriyor. Bu yüzden de ekonomik bir çözüm olamıyor.
Tremi Yöntemi: Su altı beton üretimi denilince ilk akla gelen tremi yöntemidir. Tremi sözcüğü fransızca kökenlidir (trémie), ilk zamanlarda değirmenlerde buğday tanelerinin azar azar öğütme taşları arasına düşmesini sağlayan kare kesitli huniye verilen admış; sonra beton teknolojisinde uluslararası bir deyim olmuş. Tremi kesik koni (huni) biçiminde betonla üstten doldurulan bir haznedir, alt kısmına bir boşaltma borusu tespit edilmiştir. Tremiye beton herhangi bir iletim aracı (transmikser, kova, pompa beton borusu, konveyör) ile taşınır. Tremi ve borusu köprü vinçler yardımıyla düşey yönde hareket ettirilebilir. Tremi borusuyla doldurulabilecek olan en çok 2.5 m çapında bir dairedir. Dökülecek alan çok büyükse tremi sayısı artırılır, çünkü beton seviyesini tüm alanda aynı zamanda ve eşit seviyede yükseltmek şarttır.
Tremi boruları 15-30 cm çapında, 3-5 m uzunlukta flanşlı çelik borulardır. Bunlar kolaylıkla sökülebilir ve birbirine eklenebilirler. En uçtaki borunun ağzında yaylı özel bir kapak vardır, suyun hidrostatik basıncı kapağın açılmasını önler. Beton ağırlığı artınca yavaşça açılır ve döküm başlar. Suda çalkantı, türbülans meydana gelmez. Bir diğer yöntemde boruyu kapakla örtmek yerine kauçuk veya hafif agregalı (vermikülit gibi) harçtan üretilmiş küresel bir tıkaçla kapatmaktır. Beton ağırlığının artması ile bu tıkaç kendiliğinden dışarı fırlar, beton akışı başlar. Tıkacın su yüzüne çıkması da akışın başladığının bir göstergesi olur. Bu önlemler tremi döküm işleminin ilk aşaması için alınmıştır, bu aşama boru en dibe kadar indirilmiştir. Döküm başladıktan sonra borunun ucu daima eski dökülmüş beton içinde kalır ve döküm işlemi hiç kesilmeden sürekli biçimde sürdürülür. Borularda tıkanma veya beton iletiminde aksama sonucu işlem durursa, başlangıçta uygulanan süreçle işe başlanır ve sürdürülür. Dökümün tam yerine yapılıp yapılmadığı, yükselen üst tabakanın korunup korunmadığı, dalgıç kontrolü ile denetlenir.
Daha olumlu bir başlangıç için kova yöntemiyle dipte 60-70 cm yükseklikte bir beton tabakasını önceden oluşturmak ve tremi borusunun ucunu bu tabaka içine sokarak sürece başlamak önerilir.
Yükselen üst tabakanın döküm işi tamamlandıktan sonra üstte bırakılması doğaldır. 50-60 cm kalınlıklı bu beton tabakasının yapı elemanına ek bir yük vereceği unutulmamalıdır ve projelendirmede dikkate alınmalıdır.
Beton yerine kendiliğinden yerleşecektir. Vibrasyon uygulaması yapılamaz. Bu nedenle betonun yüksek akışkanlığa sahip olması zorunludur. Ancak denizin etkisi ile yıkanmaması, segregasyona uğramaması da gereklidir, bu betonun kohezyonunun yüksekliği ile mümkündür. Bu iki çelişkili niteliğin elde edilmesi için beton tasarımı, birleşimi önem taşır. Agrega tane maksimum çapı D_max 16 mm’yi aşmaz, çimentoyla birlikte kohezyonu artırmak amacıyla çok ince puzolanik mineral katkı (uçucu kül, yüksek fırın cürufu) kullanılması şarttır. Akışkanlık geciktirici etkisi de olan bir süperakışkanlaştırıcı ile sağlanır, çökme (slump) 200 mm’den az olamaz. Günümüzde su altında dökülen betonlarda yıkanmayı önleyen (YÖ, antiwashout admixture) katkı kullanımı bazı ülkelerde standartlara girmiş ve zorunlu olmuştur.