Genleştirilmiş Polistrenli Hafif Beton Uygulaması

Transkript

1 Genleştirilmiş Polistrenli Hafif Beton Uygulaması Mustafa Erdoğan Bursa Beton Sanayi ve Ticaret A.Ş. Ulu Cadde No: 20 Osmangazi / Bursa Tel: (224) E-Posta: m.erdogan@bursabeton.com.tr Serdar Karabölen Bursa Beton Sanayi ve Ticaret A.Ş. Ulu Cadde No: 20 Osmangazi / Bursa Tel: (224) E-Posta: s.karabolen@bursabeton.com.tr Serpil Ulu Bursa Beton Sanayi ve Ticaret A.Ş. Kalite Kontrol ve Ar-Ge Laboratuvarı Bursa İzmir yolu 20. km. Görükle / Bursa Tel: (224) E-Posta: s.ulu@bursabeton.com.tr Öz Bursa Merinos Fabrikasının Atatürk Kültür Merkezi ve Merinos Kültürparkı olarak düzenlenmesi kapsamında, yapının taşıyıcı çerçeve sistemi korunmak kaydıyla, yapılmış olan statik hesaplar neticesinde mevcut döşeme kaplaması kaldırılarak, yerine, taşıma gücü olmayan ancak sisteme en az yük getireceği planlanan ve aynı zamanda ısı yalıtım vazifesi göstereceği öngörülen hafif beton tercih edilmiştir. Yapılan laboratuar denemeleri sonucunda istenen özelliklere uygun tasarım belirlenmiş ve endüstriyel üretime geçilmiştir. Bu çalışmada, firmamız tarafından temin edilen granüle stiroporlu hafif beton uygulaması detaylı bir şekilde irdelenmektedir. Anahtar sözcükler: Genleştirilmiş polistren, Hafif beton, Birim ağırlık, Isı yalıtımı 155

2 Giriş Günümüzde, tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de kentsel dönüşüm projeleri önem kazanmaktadır. Bazen ekonomik ömrünü tamamlamış yapıların işlevleri değiştirilerek nitelikli ve kaliteli yeni bir değer oluşturulabilirken, bazı durumlarda da var olanı kaldırıp gereğinde yeniden inşa etmek ve kente yeni eklemeler yapmak çağdaş bir planlama yöntemi olarak kabul görmektedir. Cumhuriyet Türkiye'si sanayi devriminin simgelerinden biri olan Bursa Sümerbank Merinos Yünlü Sanayi Dokuma Fabrikası Kasım 1935 tarihinde temeli atılmış, 2 Şubat 1938 tarihinde Mustafa Kemal Atatürk tarafından hizmete açılmıştır. 1970'lere kadar gelişerek ve büyüyerek son derece verimli bir şekilde çalışan fabrika bu dönemden sonra eski verimini devam ettiremeyip, zarar eden bir işletme durumuna gelmiştir. Sümer Holding A.Ş. mülkiyetinde bulunan fabrika, Özelleştirme Yüksek Kurulu'nun tarihli kararı ile eğitim, halka açık kültür, sanat ve rekreasyon amaçlarında kullanılmak üzere Bursa Büyükşehir Belediyesi'ne devredilmiştir. Toplam m 2 yüzölçümlü Merinos fabrika alanının Atatürk Kültür Merkezi ve Merinos Kültürparkı olarak düzenlenmesi; Bursa ve yakın çevresini doğrudan ilgilendirdiği gibi tüm ülkenin de ilgi odağı olacak çok önemli bir kamu yatırımı ve ulusal ölçekte diğer kentlere de örnek oluşturabilecek bir dönüşüm projesidir (Bkz Resim ) [3]. Resim1 Projenin Vaziyet Planı 156

3 Resim 2 Maket Görünüş. Resim 3 Maket Görünüş. Proje kapsamında, Koruma Kurulu kararına göre tescil edilen 11 adet ve korunması tavsiye edilen 2 adet olmak üzere toplam 13 adet yapının restorasyonu gerçekleştirilecek ayrıca tüm açık alan kamusal kentsel park oluşturma amacına yönelik olarak Kültürpark biçiminde düzenlenecektir. Ana Bina Kongre Kültür Merkezi olarak değerlendirilecek, diğer binalar ise kültür ve rekreasyon amaçlı düzenlenecektir. İlave yapılacak yapıların projeleri hazırlanıp bununla birlikte alanda bulunan mevcut yapıların röleveleri çıkartılarak restorasyon amaçlı ön projeleri hazırlanıp koruma kurulu onayı alınmıştır tarihinde uygulama ihalesi yapılmış olup ihaleyi kazanan müteahhit firmalar tarafından çalışmalara başlanmıştır. Müteahhit firmanın kongre binasına dönüştüreceği ana bina olan fabrika binasının toplam alanı m² dir. Bu yapının taşıyıcı çerçeve sistemi korunmak kaydıyla, yapılmış olan statik hesaplar neticesinde mevcut döşeme kaplamasının kaldırılarak, yerine, taşıma gücü olmayan ve sisteme en az yük getireceği planlanan ve aynı zamanda ısı yalıtım görevi göstereceği öngörülen hafif beton tercih edilmiştir. Müteahhit firma, bu bağlamda, firmamızdan birim ağırlığı kg/m³, 28 günlük basınç dayanımı en az 3 MPa ve ısıl iletkenlik katsayısı en fazla 200 mw/mk olan hafif beton talep etmiştir. 157

4 Hafif beton kullanılmasını gerekçe kılan sebebe bakacak olursak; Eski Durum Toplam ağırlık = 648 kg/m² Yeni Durum Toplam ağırlık = 685 kg/m² Yeni projeye göre döşeme kotunun yükseltilmesi neticesinde beraberinde ağırlık problemi de getireceği için; yukarıdaki kesitlerden de görüleceği üzere; hafif beton yerine normal beton kullanılması durumunda; 900 x 0,15 = 135 kg/m² yerine 2400 x 0,15 = 360 kg/m² ilave yük oluşacaktır. Bu artış, toplam ağırlığın ( ) = 910 kg/m² ye çıkmasına ve yapının statik açıdan riskli duruma gelmesine sebebiyet vermektedir. Hafif beton kullanılması durumunda ise; sadece 37 kg/m² fazladan ağırlık ile bu sorun aşılırken, yapı = 225 kg/m² fazla yükten kurtulmuş olacaktır. Yapılan kot taraması sonucu ortalama 15 cm. kalınlıkta uygulanması öngörülen hafif beton miktarı yaklaşık olarak m³ olup, tebliğin hazırlandığı sıralarda m³ ü dökülmüş durumdadır. 158

5 Uygulama Deneysel Çalışma Önceki yıllarda da ( 2003 yılında ) benzeri projelerde fiili uygulaması gerçekleştirilen hafif betonun bu projedeki endüstriyel üretimine başlamadan önce, müteahhit firma tarafından talep edilen beton özelliklerini karşılamak amacıyla; birim ağırlık, hava içeriği, 30 dakikalık kıvam kaybı, ısıl iletkenlik katsayısı, günlük basınç dayanımları ve granüle ekspande polistrenin yoğunluğundaki değişkenlikleri kapsayan bir seri deneysel çalışma yapılmıştır. Yukarıda bahsi geçen deneyler tarihleri arasında firmamızın Görükle de kurulu Kalite Kontrol ve Ar-Ge laboratuarında gerçekleştirilmiştir. Denemelerde, 20 ± 2 cm. kıvam hedef alınmış olup, yapılan karışımlara ait veriler Tablo 1 de görülmektedir. Tablo 1 - Beton deneme karışımları tablosu. Deney tarihi Karışım No K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 Çimento (CEM I) (kg/m³) Uçucu kül (kg/m³) Kırma kum (kg/m³) Kimyasal katkı (süper akş.) (%) 1,0 Kimyasal katkı (hava sür.) (%) 1,2 Granüle EPS (kg/m³) 10,45 10,50 10,60 10,60 10,50 10,50 10,45 10,40 10,50 10,35 Su/çimento 0,41 0,40 0,39 0,39 0,38 0,38 0,37 0,37 0,36 0,36 Beton sıc. (ºC) Hava sıc. (ºC) Çökme (cm.) (başl.) Çökme (cm.) (30 dk.) Birim ağırlık (kg/m³) Hava (%) Basınç 3 gün 0,9 1,0 0,8 1,2 1,6 1,4 1,5 1,4 1,6 1,5 dayanımı 7 gün 1,3 1,6 1,6 2,1 2,9 3,2 3,0 3,0 3,4 3,5 (MPa) 28 gün 2,2 2,5 2,8 2,9 3,8 4,3 4,0 4,4 4,2 4,7 Yapılan laboratuvar çalışmaları içinden seçilen 5 adet farklı karışıma ait deney numuneleri ısıl iletkenlik deneyi (TS 825, TS 388, TS ISO 8301, TS EN 12667) gerçekleştirilmek üzere İzocam A.Ş. Ar-Ge laboratuarına gönderilmiş olup buradan elde edilen değerler Tablo 2 de verilmektedir (Yıldız ve Kaya, 2004). Tablo 2 Isıl iletkenlik deney tablosu Numune no Isıl iletkenlik (mw/mk) Birim Ağırlıklar (kg/m 3 ) K 5 161,3 893 K 7 180,4 902 K 3 172,3 913 K 4 154,3 878 K 6 198,

6 Malzemeler Çimento Denemelerde Bursa Çimento Fabrikası A.Ş. tarafından üretilen CEM I tipi çimento kullanılmış olup özellikleri Tablo 3 de görülmektedir. Tablo 3 - Kullanılan çimentonun özellikleri. Özgül ağırlık Blaine özgül yüzeyi (cm²/gr) 3, μm üstü % 12 Kızdırma kaybı (%) SO 3 (%) Basınç dayanımı (N/mm²) Cl (%) 1 gün 2 gün 7 gün 28 gün 3,45 2,47 0,011 12,8 22,7 41,4 53,4 Mineral Katkı Orhaneli Termik Santrali nden temin edilen uçucu kül kullanılmıştır. Kullanılan uçucu külün fiziksel ve kimyasal özellikleri Tablo 4 de görülmektedir. Agrega Tablo 4 - Kullanılan mineral katkının özellikleri. Özgül ağırlık 2,05 İncelik (45 μm elek üstü, %) 31,2 Puzolanik aktivite 28 gün 80,8 indisi (%) 90 gün 97,3 Kızdırma kaybı (%) 0,46 Klorür (%) 0,009 SO 3 (%) 2,87 Serbest CaO (%) 2,13 Genleşme (mm) 3 Gürsu / Bursa bölgesinden temin edilen kırma kum kullanılmıştır. Kullanılan agreganın özellikleri Tablo 5 de görülmektedir. Tablo 5 - Kullanılan agreganın fiziksel özellikleri. Fiziksel Özellikler 5,6 mm mm mm. 64 Elekten geçen (%) 1 mm. 43 0,5 mm. 30 0,25 mm. 21 0,125 mm. 14 0,063 mm. 9 İncelik modülü (F.M.) 3,36 Özgül ağırlık (DKY) 2,64 Su emme (ağırlıkça, %) 1,33 Metilen mavisi değeri 0,5 160

7 Genleştirilmiş Polistren Üretici firmadan temin edilen granül haldeki genleştirilmiş polistrenin birim ağırlığı 20 kg/m 3 dür. Kimyasal Katkı Deneme karışımlarında iki farklı kimyasal katkı kullanılmıştır. Bunlardan ilki karışım suyunu azaltmak amacıyla kullanılan süper akışkanlaştırıcı katkı (ligno+naftalin sülfonat esaslı); ikincisi ise betonu hafifletmek amacıyla kullanılan sodyum tuzları karışımından oluşan hava sürükleyici katkıdır. Kullanılan kimyasal katkılara ait fiziksel ve kimyasal veriler Tablo 6 da görülmektedir. Tablo 6 - Kullanılan kimyasal katkıların özellikleri. Katkının cinsi Süper akışkanlaştırıcı Hava sürükleyici Görünüm, renk Koyu kahverengi sıvı Koyu kahverengi sıvı Yoğunluk (gr/cm³) 1,190 1,008 Kuru madde (%) 39,1 3,6 ph 8,4 8,6 Suda çözünür klorür (%) < 0,1 < 0,1 Alkali miktarı (%, Na 2 O) < 5,0 < 5,0 Endüstriyel Üretim Endüstriyel üretimin gerçekleştirilmesi amacıyla hafif betonun kullanılacağı şantiyeye (Atatürk Kültür Merkezi ve Merinos Kültür Parkı) mesafesi en yakın (8km) ve üretim kapasitesi 60 m 3 /saat olan tesis seçilmiştir. Endüstriyel olarak üretilen betonlara birim ağırlık, hava miktarı, kıvam, kıvam kaybı ve basınç dayanımı deneyleri uygulanmıştır. Üretim prosesinde, her transmikser doluma girmeden önce gerekli EPS miktarı yüklenmiş, diğer bileşenler konvansiyonel betondaki gibi santralde yüklenmiştir. Bu şekilde bir transmikserin dolumu toplam 30 dakikayı bulmuştur. Ancak, betonun hafifliğinden dolayı kolay ve az zamanda gerçekleşen döküm süresi göz önüne alındığında toplam sürenin konvansiyonel beton döküm süresinden farklı olmadığı ortaya çıkmaktadır. Ancak, üretim esnasında yapılan zemin kodu okumaları neticesinde zaman zaman kalıp hacmi ile sevk edilen beton hacmi arasında farklılıklar gözlemlenmiştir. Bunun nedeni olarak, granüle haldeki EPS üreticisinden temin edilen hammaddedeki (fabrikadaki üretiminden kaynaklanan) yoğunluk değişkenliği ve öngörülen hava miktarındaki değişkenlik ön plana çıkmıştır. Bu değişkenliklerden dolayı, endüstriyel üretim için öngörülen beton karışım oranlarının sık sık gözden geçirilmesi gereği ortaya çıkmıştır. 161

8 Tablo da endüstriyel üretime ait bilgiler yer almaktadır. Endüstriyel üretim süresince alınan 76 takım taze beton numunesine ait verilerin ortalama değerlerini ve istatistiksel bilgileri içeren tablo aşağıda görülmektedir. Tablo 7 Taze ve sertleşmiş GPHB deney sonuçları Birim Ağırlık Hava İçeriği Çökme Çökme Kaybı (30 dk.) Beton Sıcaklığı Hava Sıcaklığı Hafif Beton (kg/m³) (%) (cm) (cm) (ºC) (ºC) Basınç Dayanımları (MPa) 3 gün 7 gün 28 gün Standart Sapma Minimum ,9 1,8 2,8 Maksimum ,4 2,4 3,9 Ortalama ,1 1,9 3,5 0,11 σ 28 Tablo 8 Isıl iletkenlik ve yoğunluk deneylerine ait istatistiksel değerler Isıl İletkenlik Katsayısı Genişletilmiş Polistren Yoğunluk Hafif Beton (mw/mk) (kg/m³) Minimum 167,1 17 Standart Sapma σ 28 Maksimum 190,3 22 Ortalama 176,8 19 0,8 Tablo 9 GPHB karışım tablosu. Miktarı (kg) BETON BİLEŞENLERİ ( kg / m³ ) Çimento Su W/C Kimyasal Katkı-1 Kimyasal Katkı-2 EPS Mineral Tipi (kg) (kg) (%) CİNSİ (kg) (%) CİNSİ (kg) Katkı ( kg ) 350 CEM I 140 0,38 4,00 1,00 DARACEM 4,80 1,20 AE 3 10, ,5 R 556 E Taş Kumu 0/5 (kg) Toplam (kg/m³)

9 Sonuçlar ve Değerlendirme Gelişen toplumlarda, sosyo-ekonomik seviye yükseldikçe değişen tüketici talepleri, üreticileri tüketicilerin beklentilerini karşılayacak yeni ürünler üretmeye zorlamaktadır. Tüketicinin ihtiyaçlarına cevap veremeyen firmalar ise rekabet ortamında ciddi sıkıntılar yaşamaktadırlar. Özellikle son 20 yılda, dünyada ve Türkiye'deki genel nüfus artışı, büyüme ve uluslararası haberleşme ve ticaretin artmasına paralel olarak, tüketiciler daha kaliteli ve ihtiyaca yönelik ürünleri talep etmişlerdir. Bu bağlamda Atatürk Kültür Merkezi ve Merinos Kültürparkı projesinde kullanılmak üzere talep edilen hafif betonun önceki yıllarda da üretiminin gerçekleştirilmiş olması ve beraberinde edinilen tecrübelerin bahsi geçen projedeki hafif beton uygulamasında ciddi katkısı olmuştur. Buna rağmen üretilen hafif betonun birim hacmindeki sık değişimler, üretici olarak bizi bunun sebeplerini araştırmaya itmiştir. İncelemelerin sonucunda ekspande polistren üretiminden kaynaklanan hammaddedeki yoğunluk değişkenliği ile hava sürükleyici katkının betonun transferi esnasında geçen süreye bağlı olarak gösterdiği performansdaki değişkenliğin hedeflenen beton hacminin elde edilmesindeki farklılıkların en önemli sebebi olarak görülmüştür. Türkiye de başlıca EPS li hazır beton uygulamaları arasında en büyüklerinden biri olarak yer alan bu çalışmada talep sorunsuz bir şekilde karşılanmıştır. Böylelikle hazır beton sektöründe alternatif bir ürün pazara tanıtılmış ve kazandırılmıştır. Tablo 7 ye bakıldığında, talep edilen; birim ağırlığı kg/m³, 28 günlük basınç dayanımı en az 3 MPa ve ısıl iletkenlik katsayısı en fazla 200 mw/mk olan hafif beton üretilmiş ve yerine yerleştirilmiştir. Eğer birim ağırlığı 2300 kg/m 3 olan donatısız bir beton bu projede tercih edilseydi, m 2 ye ilave 345 kg yük geleceği gibi, ısıl iletkenlik katsayısı da 1740 mw/mk olacaktı. Bu anlamda özellikle deprem bölgelerinde binaları gereksiz yüklemelerden korumak için granüle EPS li hafif beton uygulamasının optimum bir çözüm olduğu söylenebilir. Teşekkür Yapılan bu deneysel çalışmalarda gerek yardımlarını, gerek teknik desteklerini esirgemeyen Gintaş A.Ş. ye teşekkür ederiz. Kaynaklar TS 388 (1977), Plaka Metodu ile Isı İletkenliğinin Tayini, Türk Standartları Enstitüsü. TS 825 (1998), Binalarda Isı Yalıtım Kuralları, Türk Standartları Enstitüsü. TS EN (2003), Yapı Malzemeleri ve Mamullerinin Isıl Performansı-Mahfazalı Sıcak Plaka ve Isı Akış Sayacı Metotlarıyla Isıl Direncin Tayini-Yüksek ve Orta Isıl Dirençli mamuller, Türk Standartları Enstitüsü. TS ISO 8301 (2002), Isı Yalıtımı - Kararlı Halde Isıl Direncin Ve İlgili Özelliklerin Tayini - Isı akış Tayini İçin Metotlar, Türk Standartları Enstitüsü. Yıldız, S. ve Kaya, A. (2004), Styropor Kullanılarak Elde Edilen Hafif Betonların Fiziksel Özelliklerinin Deneysel Olarak Araştırılması, Fırat Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 16(2),

10 164