Betonun Mühendislik Özellikleri

 

Betonarme yapıların dizaynında bazı beton özellikleri üzerinde varsayımlar yapılır. Bu varsayılan değerlerden biri de basınç dayanımıdır. Basınç dayanımının ortalaması karakteristik dayanımın 28. günde en az 1 MPa üzerindedir.

Betonun mekanik özelliklerinin, hizmet koşullarının hesaplanmasında önemi vardır. Daha yüksek sınıflarda beton kullanılmasının başlamasıyla aşağıdaki özellikler mühendisler tarafından daha da aranılır olmuştur.

• Basınç dayanımı
• Çekme dayanımı
• Elastisite modülü
• Sünme
• Büzülme
• Termal genleşme
• Yangın dayanımı

Sertleşmiş Betonda Basınç Dayanımı (Mukavemet)

Betonun mekanik özelliklerden en önemli ve değeri en büyük olanı basınç dayanımıdır. Bunun yanı sıra betonun tüm olumlu nitelikleri basınç dayanımı ile paralellik gösterir. Bu nedenle betonun basınç dayanımını saptamakla betonun kalitesi ve betonun sınıfı belirlenir. Betonun basınç dayanımı uygun koşullarda zamanla artar. Basınç dayanımı yanında diğer özellikler de şöyledir:

Ortalama Basınç Dayanımı Tahmini

Servis koşullarında betonarme yapı dizaynı yapanlara ortalama bir basınç dayanımı değeri gerekebilir. Bu değer genel olarak karakteristik basınç dayanımının 28. günde 3MPa üstü kadardır. Betonun karakteristik dayanımı, beton sınıfını tanımlama için kullanılan, istatiksel verilere dayanılarak belirlenen ve bu değerden daha küçük dayanım değeri elde edilmesi olasılığı olan (TS EN 206 ya göre %5) dayanım değeridir.

Basınç Dayanım Gelişimi

EN 1992 de verilen denklemlerle betonun basınç dayanım gelişimi verilmiştir. Örneğin su-çimento oranının düşük olması gibi durumlarda veya farklı katkı kullanımlarında bu oranlar farklılık gösterebilir. Eğer beton gelişme hızı daha detaylı olarak gerekiyorsa bir bilgisayar programı yazılarak tahmin yapılabilir.

BASINÇ DAYANIMINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER

Çimento tipi ve miktarı

Çimentonun cinsi ve dozajı (1 m³ betondaki çimento ağırlığı), beton basınç dayanımını etkiler. Yüksek dayanımlı çimentoların kullanıldığı ve çimento dozajının fazla olduğu durumda, beton kalitesinin arttığı bir yere kadar doğru olmakla beraber, beton basınç dayanımını belirleyen en önemli unsur su/çimento oranıdır.

Çekme dayanımı

Betonarme yapıların dizaynında betonun çekme dayanımı öngermeli elemanların çatlama momentlerinin hesaplanmasında, çatlama genişliklerinin kontrol edilmesi için donatı hesaplanmasında, erken yaş termal gerilmelerinin neden olduğu çatlakların belirlenmesinde, sehim hesabının yapılmasında kullanılır. Özellikle yüksek sınıf beton kullanımıyla yapı elemanındaki çatlak ve sehim miktarı azalır. Diğer yandan yüksek dayanımlı betonlarda erken yaş termal gerilmeler daha geniş aralıklarla daha geniş açıklıkta istenmeyen çatlaklara neden olabilir.

Malzeme, en zayıf halkasından kırılır. Deney uygulanan numune ne kadar büyükse o kadar büyük bir olasılıkla belli bir düzlemde boşluklar meydana gelir. Bu nedenle yapı boyutu önemlidir. Eğilmedeki çekme dayanımı yarmadaki çekme dayanımından daha büyük olur. Yarmada çekme dayanımı da direkt çekme dayanımından daha büyük olur.

Basınç dayanımının artırılması çekme dayanımını artırır. Pastanın miktarının artmasının çekme dayanımı üzerine fazla bir etkisi yoktur. İri agreganın, çekme dayanımı üzerine belirgin bir etkisi vardır.

Elastisite modülü

Elastisite modülü, gerilme ile şekil değiştirme arasındaki orandır. Beton tam bir elastik malzeme olmadığından gerilme ile şekil değiştirme arasındaki oran sabit değildir. Betonun elastisite modülü ya agrega yada beton sınıfı ile değiştirilebilir. Elastisite modülünü %20 artırmak için dayanım sınıfını 3 sınıf artırmak gerekmektedir. Bu maliyeti agreganın değiştirilmesiyle karşılaştırarak değerlendirmek gerekir. Pasta miktarının artışı yüksek dayanımlı betonlarda elastisite modülünü artırır.

Sünme

Sünme, sabit yük altında artan şekil değiştirme özelliği olarak tanımlanır. Diğer etkiler, büzülme, termal şekil değiştirme gibi etkiler çıkarıldıktan sonra elde edilir. Örneğin bir döşemeden kalıp söküldükten sonra döşeme şekil değiştirir. Bu ilk şekil değiştirme elastik şekil değiştirme olarak tanımlanır. Zamanla döşeme genel olarak sünme etkisiyle daha fazla şekil değiştirir. Sünme nedeniyle olan şekil değiştirme ilk şekil değiştirmeden daha fazla olabilir. Bu durum dizayn yapanlar tarafından dikkate alınmalıdır. Özellikle kiriş veya döşemenin altına hareketi engelleyici malzemeler konulduğunda bu hesaplamalara dikkat edilmelidir.

Sünme, öngermeli elemanlarda çekme gerilmelerini azaltır ve kolonlarda kısalmalara neden olur ve betondan donatıya olan yük transferini azaltır. Sünme, çekme gerilmelerinde faydalı  olabilir. Kuruma rötresi, termal gerilme veya yükleme nedeniyle oluşan gerilmeleri azaltır.

Bağıl nem; iç ortamda %50, dış ortamda ise %80 alınabilir. Betonun karakteristik dayanımının %45’inden daha az yük taşıdığı varsayılır. Bu sınırdan sonra betonda çatlamalar meydana gelir ve sünme artar.

Yangın dayanımı

Beton yanmaz, yangını iletemez ve duman oluşturmaz. Bu nedenle beton yangına karşı A tipi dayanıma sahiptir.   Beton ısıyı yavaş iletir, böylece bir kalkan vazifesi görür ve yangın sırasında dayanımının büyük kısmını muhafaza eder.  Betonu yangından etkileyen en büyük husus 300 ^oC’de başlayıp en fazla 500 ^oC’de görülen yüzey atmalarıdır. Betondaki yavaş ısı iletiminden dolayı yüksek sıcaklık yüzeyde kalır ve yüzeyde su buharına dönüşerek yüzey atmalarına sebep olur. Yüzey atmaları beton dayanımı yükseldikçe artar, betonun nem oranı arttıkça artar. EN 1992’de aks uzaklıklarına bağlı olarak donatının ulaşacağı sıcaklıklar hesaplanır.

Betonun yangın dayanımın artırılmasına gerek yoktur. Fakat kalker tipi agregaların kullanılması silissi agregalara göre dayanımını artırır. Hafif agrega kullanımı performansını artırır. Hafif agregalar suya doygun halde ise performansını da kötü hale getirebilir. Kalsiyum alimunatlı çimentonun yangın dayanımı daha fazladır. Fakat yapılarda değil daha çok refraktör üretiminde kullanılır.