Betonda çevresel etkiler tmmob imo yapi malzemeleri komisyonu 2015 GİRİŞ

BETONDA ÇEVRESEL ETKİLER

TMMOB İMO YAPI MALZEMELERİ KOMİSYONU 2015

GİRİŞ:

Gelişen ve ilerleyen inşaat sektörünün en önemli yapı malzemelerinden biri olan beton, üretiminden yerinde teslimine kadar dikkat edilmesi gereken etkilere maruz kalmaktadır. Bu konuda revize edilen standartlar ve yapılan bilimsel araştırmalarla yeterli bilinç oluşturulmuştur. Ancak betonun durabilitesini ve kullanılabilirlik ömrünü etkileyen koşulların çok daha önemli olduğu tartışılmaz bir gerçektir.

Beton kendine özgü kuralları olan hafife alınamayacak kadar önemli bir teknolojidir. Kompozit bir yapı malzemesi olması nedeniyle, betonun bileşenlerinin birbirini etkileyen kimyasal bir yapısının olduğunu bize hatırlatmaktadır. Bu kimyasal reaksiyonlar sadece bileşenlerinin birbirini etkilemesiyle oluşmamakta, dışarıdan alınan çevresel etkilerle daha farklı sonuçlara gitmektedir. Durabiliteyle çevresel etki birbirini önemli ölçüde tetikleyen faktörlerdir. Betonun dışarıdan alacağı kimyasal etkiler bünyesinde değişikliklere sebep olacaktır.
Ülkemizde halen basınç dayanımının ötesindeki özelliklerine çok fazla önem maalesef verilmemektedir. Betonun dayanım özelliklerinin belirlenmesi ise hazır beton mikserinden alınan “standard numuneler” olarak tabir edilen numuneler yardımıyla belirlenmektedir. Buradan elde edilen dayanım sonuçları yapıdaki betonun “gerçek dayanımından” ziyade “muhtemel dayanımını” vermektedir. Oysaki sadece dayanıma değil dayanıklılığa yani betonun servis ömrünü etkileyen faktörlere göre beton üretimine önem verilmelidir. Çevre şartları dikkate alınarak kullanılması gereken çimento sınıfları, kullanılan mineral katkılar, kimyasal beton katkıları, agreganın petrografik ve kimyasal özellikleri hatta kullanılan karışım suyuda dikkat edilerek beton üretimi sağlanmalıdır. Betonda dikkat edilmesi gereken en ince ayrıntılar TS EN 206 ve onun tamamlayıcı standardı TS EN 13515’te belirtilmektedir.
TS EN 206 VE TS EN 13515 STANDARTLARINA GÖRE ÇEVRESEL ETKİ

Yapı malzemelerinin ve yapıların işlevlerini servis ömürleri boyunca bozulmadan yerine getirmelerine durabilite, dayanıklılık veya kalıcılık adı verilir [1]. Betonda en yaygın aranan niteliklerden birisinin basınç dayanımı olmasına rağmen, günümüzde betonun dayanımdan ziyade dayanıklılık özellikleri ön plana çıkmaktadır. [2] Yapay bir malzeme olan beton dayanıklılığını koruyabilmesi için çevresel etikler dikkate alınarak tasarımının gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Çevresel etkileri sıralayacak olursak; fiziksel-mekanik etkenler ve kimyasal-biyolojik etkenleri sayılmaktadır. Fiziksel ve mekanik etkenler; donma-çözülme, buz çözücü tuzlar, deniz suyu etkisi, erozyon, yüzeysel aşınma, oyulma, yüksek sıcaklıklar, yangın vb. etkenlerdir. Kimyasal ve biyolojik dış etkiler ise; asitlerin, amonyum ve magnezyum tuzlarının sertleşmiş çimento ile reaksiyonu, betona sülfat saldırısı, gecikmiş etrenjit oluşumu, alkali-silika reaksiyonu, karbonatlaşma, korozyon vb. etkenlerdir. [3] Bu etkenler TS EN 206 ve TS EN 13515 standartlarında detaylandırılarak açıklanmıştır.

Şekil 1. Örnek bir yapının maruz kalacağı çevresel etki sınıfları [4]


Beton, Çizelge 1'de tarif edilen etkilerin birden daha fazlasına maruz kalabilir ve bu nedenle betonun maruz kaldığı çevre şartlarının, etki sınıflarının birleşimi olarak ifade edilmesi gerekli olabilir. Ancak, dışarıdan gelen klorür etkisine maruz kalan beton ve XD veya XS olarak sınıflandırılan çevre etki sınıfının olduğu yerde kullanılacak betonun, normal olarak karbonatlaşmadan kaynaklanan korozyon (XC) etkisi altında sınıflandırılması gerekli değildir. Önerilen beton kalitesi ve donatı için yeterli beton örtü tabakası kalınlığı (paspayı), karbonatlaşma kaynaklı korozyona karşı direnç için yeterlidir. Farklı çevresel etki sınıfları ve beton dayanım sınıfları için gerekli en az beton örtü tabakası kalınlıklarının belirlenmesinde TS EN 1992-1-1’de belirtilen değerler kullanılmalıdır. [5]
Çizelge 1. TS EN 13515 Çevresel Etki Sınıfları (1/2) [5]

Çevre etki sınıflarına, aşınma etkilerinden ve alkali silika reaksiyonundan kaynaklanan bozulma etkileri de ilave edilmiştir. Çizelgede 1’de görüldüğü gibi X0 çevresel etki sınıfı donatılı ve gömülü metal içermeyen betonlar için bir sınıflandırmadır. Korozyon ve risk etkisi olmadığı düşünüldüğü için ortam şartları detaylandırılmamıştır. TS EN 13515’de Çizelge 2’de belirtilen beton karışımı ve özellikleri için önerilen sınır değerlerde en düşük beton sınıfı C8/10 olarak belirtilirken, minimum çimento miktarı belirtilmemiştir. [5]

Çizelge 2. TS EN 13515 Beton Karışımı ve Özellikleri için önerilen sınır değerler (1/2) [5]
TS EN 206’da ise bu durum iki farklı şekilde ifade edilmiştir. Çok düşük rutubetli havaya sahip binaların iç kısımlarındaki betonlar X0 çevresel etki sınıfı kullanılmaktadır. X0, donatı ve gömülü beton içermeyen betonlarda; donma çözünme etkisi, aşınma veya kimyasal etki haricindeki bütün etkileri kapsamasının yanı sıra çok kuru ortam olmak şartıyla donatı ve gömülü metal içeren betonlar içinde kullanılmaktadır. Çizelge 3’te X0 çevresel etki sınıfındaki beton üretiminde kullanılması gereken minimum çimento dozajı verilmemektedir fakat en küçük dayanım sınıfı C12/15 olması belirtilmiştir. [6]

Karbonatlaşmanın sebep olduğu korozyon, XCn (XC1,XC2,XC3, XC4) olarak çevresel etki sınıfını oluşturmaktadır. Her iki standartta da aynı simge ve ortam şartlarını göstermektedir. TS EN 206 ve TS EN 13515 Standartların da XC1: Kuru veya sürekli ıslak, XC2: Islak, ara sıra kuru, XC3: Orta derecede rutubetli, XC4: Döngülü ıslak ve kuru gibi ortam detayları belirtilmektedir. TS EN 206 standardında Çizelge 3’te bakıldığında Su/çimento dozajları ve minimum çimento dozajı detaylar arasında bulunmaktadır. Mineral katkı kullanılması halinde k katsayısı dikkate alınarak minimum değerlerin sağlanması gerektiği belirtilmiştir. TS EN 13515 Standardında Su/çimento oranına ve minimum çimento dozajları, mineral katkı kullanılması ve kullanılmaması durumları ayrı belirtilmiştir. Agrega maksimum tane çapının 63 mm olduğu betonlarda minimum çimento dozajından 30 kg/m3 azaltma yapılmasına müsade vermektedir. [5]

Çizelge 3. TS EN 206 Beton Karışımı ve Özellikleri için önerilen sınır değerler [6]
Deniz suyu haricindeki klorürlerin sebep olduğu korozyon ile oluşan çevresel etkiler her iki standartta da XDn ( XD1, XD2, XD3) ile sembolize edilmektedir. Donatı veya diğer gömülü metal ihtiva eden betonun, buz çözücü tuzları da ihtiva eden, deniz suyu haricindeki kaynaklardan gelen klorürleri ihtiva etmesi halindeki etki üç farklı sınıfla belirtilmektedir. [5]

Hava ile taşınan klorüre maruz beton yüzeyleri orta dereceli rutubetli olarak sınıflandırılmakta ve XD1 sembolü kullanılmaktadır. Klorür içeren endüstriyel sulara maruz kalan betonlar, yüzme havuzları gibi; ıslak ara sıra kuru olan betonda çevresel etki sınıfı XD2’dir. XD3 ise klorür ihtiva eden serpintilere maruz köprü kısımları; yol kaplaması, araç parkı ve zemin döşemelerindeki betonlar için kullanılmaktadır. TS EN 206 VE TS EN 13515’te minimum çimento dozajları Çizelge 2 ve 3’te gösterilmektedir. Minimum 300 kg/m³’lük çimento dozajları kullanıldığı görülmektedir.

Çizelge 4. TS EN 13515 Beton Karışımı ve Özellikleri için önerilen sınır değerler (2/2) [5]


Deniz suyundan kaynaklanan klorürlerin sebep olduğu korozyonda, donatı veya diğer gömülü metal ihtiva eden betonun deniz suyunda bulunan klorürlere veya deniz suyundan kaynaklanan tuz taşıyan hava ile temas etmesi halinde etki olarak açıklanmaktadır. TS EN 206 ve TS EN 13515’te çevresel etki sınıfı XSn ( XS1, XS2, X3) olarak sınıflandırılmaktadır.

XS1, hava ile taşınan tuzlara maruz, fakat deniz suyu ile doğrudan temas halinde olmayan betonlar için kullanılan bir sınıftır. Sahilde ve sahile yakın yapıları kapsamaktadır. XS2, sürekli olarak deniz içinde bulunan yapılar için kullanılmaktadır. XS3; gelgit, dalga ve serpinti bölgelerinde ki betonlar için kullanılmaktadır. Çizelge 2’de TS EN 13515’in TS EN 206’dan farklı olarak mineral katkı kullanımında minimum çimento dozajları verilmektedir.

TS EN 206’da buz çözücü maddenin de bulunduğu veya bulunmadığı donma/çözülme etkisinin bulunduğu betonlarda XF1, XF2, XF3 ve XF4 şeklinde çevresel etki sınıfları verilmektedir. Yağmura ve donmaya maruz düşey beton yüzeyler için XF1, donma ve hava ile taşınan buz çözücü madde etkisine maruz yol yapılarının düşey beton yüzeylerinde XF2, yağmur ve donmaya maruz yatay beton yüzeylerde XF3 çevresel etki sınıfında yer almaktadır. Ayrıca buz çözücü maddelere maruz yol ve köprü tabliyeleri, buz çözücü tuz ihtiva eden su serpintisine doğrudan ve donma etkisine maruz beton yüzeyler, deniz yapılarının dalga etkisi altındaki donmaya maruz bölgeleri ise XF4 çevresel etki sınıfına girmektedir. Kullanılan agregalar TS EN 12620’ye uygun donma/çözülme dayanıklılığına sahip olmalıdır. [6] Çizelge 5’te de TS EN 13515 standardında etkisi sınıfının meydana gelebileceği yerler verilmektedir.
Çizelge 5. TS EN 13515 Çevresel Etki Sınıfları (2/3) [5]

Her iki standarda çevre koşulları en ince ayrıntısına kadar detaylandırılarak incelenmiştir. TS EN 206 ve TS EN 13515 standartlarında zararlı kimyasal ortamdan kaynaklanan etkilerde dikkate alınmıştır. Betonun, tabii zeminler ve yer altı sularından kaynaklanan zararlı kimyasal etkilere maruz kalması durumunda etki, XA1, XA2 ve XA3 simgeleriyle belirtilir. TS EN 206’ya XA1:hafif derecede tesirli kimyasal ortam, XA2: orta derecede tesirli kimyasal ortam XA3:yüksek veya kuvvetli derecede tesirli kimyasal ortamı temsil etmektedir. Ortamda bulunan sülfat miktarı XA2 ve XA3 çevre etki sınıfına işaret etmesi durumunda, EN 197-1’e veya zorunlu milli standartlara uygun sülfata dayanıklı çimento kullanılması gereklidir. [6]

Çizelge 6. Doğal zeminler ve yer altı sularından kaynaklanan kimyasal etkiler için etki sınıflarının sınır değerleri [5]


Ayrıca kimyasal ortamlar çizelge 6’da ki değerlere göre tabi zemin ve yer altı suyuna maruz beton tespiti yapılmaktadır. Kimyasal olarak etkili zemin ve yeraltı suyunun oluşumu, beton üzerine etkileriyle ilgili detaylı bilgi ve alınacak önlemler için TS 3440 standardına başvurulmalıdır. Çizelge 6’da zararlı kimyasal ortamların sınıflaması, doğal zemin ve yer altı suyunun 5⁰C ilâ 25⁰C arasında sıcaklığa sahip olması ve su akış hızının durguna yakın derecede yavaş olması esas alınarak yapılmıştır. Kimyasal özelliğe ait en baskın herhangi tek değer, sınıfı belirler. İki veya daha fazla zararlı kimyasal özelliğin aynı sınıfı belirtmesi durumunda çevre, bir sonraki daha yüksek sınıfa dahil olarak alınmalıdır. Ancak bu özel durum için yapılan çalışmanın bir üst sınıf seçmenin gerekli olmadığını göstermesi durumunda bu işlem uygulanmaz [6]
TS EN 13515’in TS EN 206 farklı olarak Çevresel etki sınıflarından biri olan AŞINMA konusu sadece TS 13515'de detaylandırılmıştır. Beton, kullanım esnasında önemli derecede mekanik aşınmaya maruz kalacaksa etki XM1, XM2 ve XM3 sınıflandırmaları uygulanmaktadır. Her bir sınıf için ayrı su/çimento oranları ve minimum çimento miktarları belirtilmektedir. Çizelge 8’de her bir çevresel etki sınıfı için meydana gelebileceği yerlere ait bilgiler ve çevresel etki tanımları detaylandırılmıştır. Çizelge 7’te ise gerekli olan minimum çimento dozajları ve kullanılması uygun olan en düşük beton sınıfları gösterilmektedir.[5]
Çizelge 7: TS EN 13515 Beton Karışımı ve Özellikleri için önerilen sınır değerler (2/2) [5]


TS EN 13515 ile TS EN 206 arasındaki bir diğer fark ise TS EN 13515’te betonda alkali silika reaksiyonunun oluşabileceği ortamlarda ki etkilerdir. XWO, XWF, XWA ve XWS kriterleri ile belirtilmektedir. Çizelge 8’de etki sınıfının meydana gelebileceği yerlere ait bilgiler detaylı bir şekilde verilmektedir. Ancak kullanılması gereken minimum çimento dozajları ve en düşük beton sınıfı belirtilmemiştir. En yaygın olarak bilinen alkali-agrega reaksiyonu, agrega içerisinde bulunan reaktif silis minerali ile çimentodan gelen alkaliler arasında meydana gelendir. Silis mineralinin reaktif oluşumları arasında en tehlikeli olanları opal, kalsedon ve tridimit sayılabilir. Bu reaktif malzemeler opalin veya kalsedonik çörtlerde, silisli kireçtaşında, riyolit ve riyolitik tüflerde, dasit ve dasit tüfünde, andezit ve andezit tüfünde ve fillitlerde oluşabilmektedir. Agregaların petrografik ve kimyasal analizleri mutlaka yaptırılmalıdır. Yaptırılmayan agregalarda ASR etkisi var olarak kabul edilmektedir. [5]
Çizelge 8. TS EN 13515 Çevresel Etki Sınıfları (3/3) [5]


Donatının korozyonuyla ilgili üç ortam vardır: XC, XD ve XS Beton donatı veya gömülü metal içeriyorsa, bu üç etki sınıfından biri tanımlanmalıdır. Deniz suyu kimyasal olarak beton için korozif etkiye sahiptir ve bunun dikkate alınması gerekir. XC1 etki sınıfı tek etki sınıfı olabilir. XC1 etki sınıfında bulunan beton sürekli olarak ıslak durumdaysa ve donma-çözülme etkileri varsa, XC1 ile XF3 sınıfı birlikte düşünülmelidir. XC2, donma/çözülme etkisinin mevcut olduğu bölgenin dışında zemine gömülü betonarmede tek başına meydana gelebilir. Aynı zamanda, XF1 veya XF3 etki sınıfları veya kimyasal olarak korozif etki sınıflarından biriyle birlikte etki gösterebildiği belirtilmektedir. [5]

Donatısız betonlar için etkinin sınıflandırılması X0, XA ve/veya XF etki sınıflarıyla sınırlıdır. XC, XD ve XS sınıfları, donatının korozyonu riskiyle özellikle ilişkili olduğu için donatısız betonlarda kullanılmaz. Donatısız beton herhangi bir gömülü metali içeriyorsa, söz konusu beton donatılı olarak sınıflandırılmalı ve XC, XD veya XS etki sınıflarıyla ilişkili uygun sınır değerleri seçilmelidir. TS EN 206 standardında da belirtilen betona zararlı etkisi olan kimyasal maddeler, Portland çimento tipleriyle yapılmış betona zarar verebilmektedir. Bu tür etkilere maruz kalan betonlarda TS EN 12390-8 standardına uygun olarak yapılan deney sonucunda su işleme derinliği 30 mm’yi aşmamalıdır. Farklı kimyasal zararlı maddeler ve daha fazla detaylı bilgi için TS 3440 standardına bakılması gerektiği belirtilmektedir [5]

SONUÇ:

TS EN 206 ve onun tamamlayıcı standardı olan TS EN 13515’te betonda çevresel etkinin ne kadar önemli olduğu detaylı şekilde vurgulanmaktadır. Görüldüğü gibi tamamlayıcı standart TS EN 13515’te önemle üstünde durulması gereken mekanik aşınma ve alkali silika reaktivitesi sonucu aşınma konuları yer almaktadır. Betonun üretiminin kolay olması onun basit bir yapı malzemesi olduğunu göstermemektedir. Kimyanın ve inşaatın hızlı gelişmesi ile beraber betonun bileşenlerinin çevresel koşulların özelliklerine göre seçilmesi gerektiği anlaşılmıştır. Her bir çevresel sınıf için kullanılacak çimento sınıfları belirlenmiştir. Kullanılan suyunda beton üzerinde etkisi önemle incelenmiştir. Artık betonda önemli olan kısmın 28 gün sonrasındaki basınç dayanımı olmadığı, durabilitesinin çok daha önemli olduğu anlaşılmıştır. Sağlam ve dayanıklı beton üretimi birbirinden ayrılmaz bir bütün olmuştur.

KAYNAKLAR:

[1] Baradan, B., Yazıcı, H., Ün, H., 2010, “Beton ve Betonarme Yapılarda Kalıcılık (Durabilite)”, Türkiye Hazır Beton Birliği Yayınları, İstanbul.
[2] Yaman Ö., Özgür İ., Kaya H., Kaya S.,???? “Yapı Denetimde Betonun Yeri”,…….
[3] Baradan B., Yazıcı H., 2003, “Betonarme yapılarda durabilite ve TS EN 206-1 standardının getirdiği yenilikler”, TMH – Türkiye Mühendislik Haberleri, Sayı 426
[4] Akçansa teknik notlar 5, TS 13515 TS EN 206-1’in uygulamasına yönelik tamamlayıcı standard, http://www.akcansa.com.tr/docs/20121005190710_teknik-notlar-5.pdf, erişim 2015

[5] TS EN 13515, (2014). “TS EN 206’nın uygulamasına yönelik tamamlayıcı Standard”, Türk Standardları Enstitüsü, Ankara, Türkiye, 60 s.
[6] TS EN 206, (2014). “ Beton- özellik, performans, imalat ve uygunluk”, Türk Standardları Enstitüsü, Ankara, Türkiye, 88 s.