Dürabilite İçin CEM I 42.5 R’ye Alternatif Çimento

Kasım 19, 2018, 11:38 am
11 dakika

 

Prof. Dr. Erbil Öztekin
Chryso Teknik Danışmanı

 

 

Giriş
İstanbul’da hazır beton sektörü ağırlıklı olarak CEM I 42.5 R çimentoyu tercih etmektedir. Yaygın kullanılan Akçansa, Nuh, Traçim, Çimentaş, Aslan ve Limak gibi üreticilerde söz konusu çimentonun 28 günlük standart basınç dayanımı 55-62 MPa aralığına oturmakta, 42,5 Mpa’lık karakteristik sınırın ve Anadolu üretici ortalamalarının epey üstünde yer almaktadır. Söz konusu yüksek dayanım düzeyi, beton üretiminde, bir yandan öğütülmüş yüksek fırın cürufu (ÖYFC) veya uçucu kül (UK) gibi mineral katkıların yüksek oranlarda kullanılmasına, diğer yandan da beton bileşiminde toplam bağlayıcı dozajının oldukça düşük seyretmesine olanak tanımaktadır. Ömerli, Cebeci, Gebze, Çerkeşli ocaklarının iyi kalker agregaları, kaliteli bir doğal kum, uygun bir agrega granülometrisi ve akıllı seçilmiş kimyasal katkıyla, 215-230 kg/m3 bağlayıcı ile C25, 230-250 kg/m3 bağlayıcı ile C30, 240-260 kg/m3 bağlayıcı ile C35, 260-280 kg/m3 bağlayıcı ile C40 santralda S3 kıvamla üretilip şantiyede “redoz katkı” uygulamasıyla S4 kıvamda teslim edilebilmektedir. Beton bileşimlerinde 50-100 kg/m3 kadar ÖYFC de bulunabildiği dikkate alındığında çimento dozajı nadiren 200kg/m3’ün üstüne çıkmaktadır. Örneğin 160+60kg/m3 çimento+ÖYFC ile C25, 200+80 kg/m3 çimento+ÖYFC ile C40 yapılabilmektedir.

Dürabilite Sorunu
Hazır beton sektörünün birincil önceliği basınç dayanımı
olsa da, dayanıklılık (dürabilite) ve uzun ekonomik
ömür de önem taşımakta ve standartlarda yerini
almaktadır. TS EN 206 ve TS 13515 beton standartları
dürabilite açısından çevre etkilerini sınıflandırmakta
ve gruplandırmaktadır.

XO: Korozyon veya zararlı etki tehlikesi yok.
XC: Karbonatlaşmanın sebep olduğu korozyon.
XD: Deniz suyu haricindeki klorürlerin sebep olduğu korozyon.
XS: Deniz suyundan kaynaklanan klorürlerin sebep olduğu korozyon.
XF: Donma/çözülme etkisi.
XA: Betonun kimyasal etkilere maruz kalması.
XM: Mekanik aşınma etkisi.
XW: Alkali silika reaksiyonu nedeniyle betonun tahribatı.

Başkaca zararlı hiçbir etki söz konusu olmasa bile “betonarme betonu”, içerdiği donatı nedeniyle, havada bulunan oksijen, karbondioksit ve nem sonucu “karbonatlaşmanın sebep olduğu korozyon“ riski altındadır ve risk TS 13515 de Çizelge 1’deki gibi sınıflanmıştır.

Çizelge 1 – Karbonatlaşmanın sebep olduğu korozyon

Çizelge 1’deki etki sınıflarının en hafifi, en az zararlısı XC1’dir ve donatı içeren betonarme betonunun en az XC1 sınıfının gereklerini karşılaması zorunludur. Bu husus revize edilen Deprem Yönetmeliği‘ne de girmiştir ve 1 Ocak 2019’dan itibaren zorunlu yürürlükte olacaktır.

Diğer taraftan İstanbul, kuzeyinde Karadeniz, güneyinde Marmara Denizi ile çevrilmiş, içinden İstanbul Boğazı’nın geçtiği, yakında da Kanal İstanbul’un geçeceği bir deniz kentidir. Deniz suyundan kaynaklanan klörürlerin sebep olduğu korozyon riski altındadır. (Çizelge 2).

Çizelge 2 – Deniz suyundan kaynaklanan klörürlerin sebep olduğu korozyon

Çizelge 2’deki en hafif sınıf XS1’dir ve tanımından anlaşılacağı gibi İstanbul’daki yapıların önemli bir bölümünün betonu, sahilde veya sahile yakın yerde bulunduğu için, hava ile taşınan tuzların etkisine maruzdur ve bu sınıfın gereklerini karşılamak durumundadır.

Standardın söz konusu çevre etki sınıfları için aradığı gerekler Çizelge 3’te özetlenmiştir.

3 – Beton bileşimi için önerilen sınıf değerler

Çizelge 3’ten görüldüğü gibi zorunlu ve en hafif çevre etki sınıfı, XC1’in karşılanabilmesi için,
– Ya en az 250 kg/m3 çimento;
– Ya en az 240 kg/m3 çimento ve 12.5 kg/m3 ÖYFC (çim. eşd. katsayısı k=0.8 ile)
– Ya en az 240 kg/m3 çimento ve 25 kg/m3 UK (çim. eşd. katsayısı k=0.4 ile) zorunlu görünmektedir. Halbuki Giriş bölümünde verilen örneklerden bu C20, C25 ve C30 sınıfı betonların daha düşük çimento dozajları ile üretilebildiği ve üretildiği bilinmektedir. Dolayısı ile dürabilite ve 50 yıl ekonomik ömür koşulları karşılanmamaktadır.

Çözüm Alternatifleri
Akla gelebilen ilk ve en kolay çözüm mevcut CEM I çimento ve mineral katkı kullanımına devam etmek, ancak çimento dozajını zorunlu çevre etki sınıfı XC1’in 240 kg/m³ (veya XS1 gerekiyorsa 270 kg/m³) düzeyine çekmektir. Bu çözüm mevcut bileşime kıyasla beton metreküp maliyetini ve dayanımını yükseltecektir. Maliyet artışı zaten aşırı rekabetçi ve kârsız olan hazır beton üreticisini zora sokacaktır.

Dayanım ve maliyet artışını kısmen dengelemenin yolları, çimento ve mineral katkı değiştirilmek istenmiyorsa, agregaları ve kimyasal katkıları değiştirmekte aranabilir:
– Performansı ve maliyeti daha düşük bir kırmataş ocağına geçilebilir.
– Performansı ve maliyeti daha düşük bir doğal kum kaynağına geçilebilir.
– Performansı ve maliyeti daha düşük kimyasal katkıya geçilebilir; kullanım oranı düşürülebilir.

Hazır beton üreticileri asgari çimento dozajı, maksimum S/Ç oranı içeren teknik şartnameli kamu projelerinden alışık oldukları bu tarz optimizasyon arayışlarına girecek ve kısmen de olsa başarılı çözümler üreteceklerdir. Örneğin Cebeci kalkeri kullandıkları tesise Cendere kumtaşı taşıyacak; Arnavutköy yerine Sinekli doğal kumu ikame edecek, süper akınkanlaştırıcı katkı yerine mini süpere geçeceklerdir.

Standardın XC1 çevre etki sınıfı için şart koştuğu asgari 250 kg/m³ çimentonun CEM I 42.5 R olması zorunlu değildir. Standart çimentonun CEM II A veya B, CEM III A veya B, bazı sınırlamalarla CEM IV veya CEM V olmasına izin vermektedir. CEM I 42.5 R’den daha düşük dayanımlı ve mantıken daha ucuz olması beklenen bu çimentoyu CEM * olarak adlandıralım.

CEM * grobetonlarda, şaplarda ve benzerinde doğrudan CEM I yerine sakıncasız kullanılabilir. CEM * düşük dayanım sınıflarında da tek başına rahatlıkla kullanılabilir. Sınıf dayanımı yükseldikçe muhtemelen onu CEM I 42.5 R ile birlikte karma kullanmak hem erken hem de nihai dayanımı ve metreküp beton maliyetini optimize etmek açısından daha uygun yaklaşım olabilir. Karma kullanımda CEM * çimento, ÖYFC yerine ikame edilmiş gibi de değerlendirilebilir.

Çizelge 4 – Alternatif CEM * çimentolu betonlar

Çizelge 4’teki CEM * çimentosu CEM I 42.5 R’den ~20 TL/ton (~%8) daha ucuzdur. 320 kg/m³ CEM I 42.5 R yerine 20 kg/m³ (~%6) artışla 340 kg/m³ kullanılması 28 günde eşdeğer dayanım verebilmektedir; 1 günlük dayanımı daha düşük olmakla birlikte, kullanılabilecek düzeydedir, ikame edilebilecek gibi görünmektedir. Çizelge 4’den CEM * çimentosunun ÖYFC yerine ikame edilebileceği de görülmektedir: 100 kg/m³ ÖYFC yerine 100 kg/m³ CEM * kullanılması dayanımları olumlu etkilemiştir. Muhtemelen CEM * çimentosu ÖYFC’ den biraz daha pahalıdır, maliyete biraz olumsuz yansıyacaktır; ayrıca kütle betonlarında hidratasyon ısısı sorununa da yarar sağlamayacaktır. Ama standart ve yönetmeliklerin dürabilite koşullarına çözüm oluşturacaktır.

Sonuç
Betonarme betonu açısından dürabilitenin dayanım kadar önem verilen ve aranıp gözetilen bir özelliğe dönüşmesi olumlu bir gelişmedir. Hazır beton sektörü bu dönüşüme hızla ayak uyduracak, çimento üreticileri de CEM I 42.5 R çimentolarına alternatif CEM II, CEM IV, CEM V üretimlerini devreye sokacak veya mevcutları çeşitlendireceklerdir. Zamanla optimal çözümler oluşacaktır.

 

  • (gizli tutulacaktır)