BETO KATKILARII DEĞERLEDİRİLMESİDE VE KALİTE KOTROLÜDE ÖEMLİ PARAMETRELER Günümüzde kimyasal beton katkılarının, hazır beton sektöründe gittikçe daha yaygın ve sürekli olarak kullanılması, bu katkıların kalite kontrolünün önemini gündeme getirmiştir. Hazır beton üreticilerinin (HBÜ), kimyasal katkılarda aradığı özellikleri tanımladıkları standartlar (şartnameler), katkı üreticisine her defasında, aynı performansta ve aynı özelliklerde katkı gönderme zorunluluğunu getireceğinden, hazır beton sektörü açısından son derece önemli ve yararlıdır. Ancak HBÜ bu katkıların onayı için gerekli şartnameleri nasıl oluşturacaktır? Bu yazı, bu konuda oluşabilecek sorunları ve düşülebilecek yanılgıları HBÜ ile paylaşmak amacı ile hazırlanmıştır. I-KATKI DEETİMİDE OLABİLECEK YAILGILAR: 1.1-Bir katkının sadece katı madde miktarı veya yoğunluğuna göre normal, orta (midrange) veya süper akışkanlaştırıcı olarak sınıflandırılması: Katkıların sadece yoğunluk, ph, katı madde miktarı v.b. değerlerine bakarak o katkının herhangi bir katkı sınıfına uygun olduğu söylenemez. Katkı üreticileri, hangi katkı sınıfı için, hangi ph, katı madde miktarı ve yoğunluk değerine göre katkı üretmiş ise, HBÜ kendi şartnamelerini buna göre oluşturulmalıdır. Bunun dışında şartname hazırlamak büyük yanılgılara sebep olabilir. Bu nedenle öncelikle katkının performansı denenmeli, sonra bu katkının üreticisinin belirttiği özellikler ( ph, katı madde miktarı, yoğunluk,...) kontrol amacıyla aranmalıdır. 1.2-Katkının yoğunluğu arttıkça, katı madde miktarının ( solid ) oranının artması: Hazır beton sektöründe kullanılan katkılar genellikle çözelti şeklindedir. Bu nedenle katkıda katı madde oranı arttıkça katkı yoğunluğu da artar. Ancak katkılarda etkin madde içeren katı fazın yoğunluğu doğrudan katının cinsine bağlıdır. Tablo 1'de de görülebileceği gibi beton katkısı olarak kullanılmakta olan maddelerin kimyasal yapısı, dolayısıyla molekül ağırlıkları farklıdır. Molekül ağırlıklarındaki bu farklılık, bu maddelerin özgül ağırlıklarını değiştirir. Bu nedenle, katı madde miktarları aynı olan iki kimyasal maddenin yoğunlukları farklı olabilir. Tablo 1 de görülen tüm kimyasal maddeler aynı katı madde oranında hazırlanmasına rağmen, farklı yoğunluklara sahiptir. Yoğunluk, farklı tip kimyasallar için aktif içeriğinin bir göstergesi olamaz, fakat aynı tip kimyasallar için bir gösterge olabilir. Örneğin lignin esaslı bir katkının, %30 luk ve %35 lik çözeltilerinin yoğunlukları farklı olacaktır ; fakat bu çözeltileri naftalin esaslı bir katkının %30'luk veya %35 lik çözeltilerinin yoğunlukları ile karşılaştırmak doğru değildir. Ayrıca katkı üreticisi, yeni polimer ve kimyasal maddelerle betona iyi özellikler kazandıracak yeni katkılar üretebilir. HBÜ nin, kullanımı araştırılan yeni polimer ve kimyasallarla üretilmiş olan bir katkıyı, betonda hiç denemeden örneğin; naftalin esaslı bir ürünün yoğunluk ve katı madde değerine göre oluşturmuş olduğu şartnameyi temel alarak değerlendirmesi ve bu yeni katkının kullanımına karar vermesi bu açıdan yanlış olacaktır. Aşağıda Tablo 1'de görüldüğü gibi, katkıların kimyasal bileşenlerinin birbirinden farklı olmasının doğal sonucu olarak katkı yoğunlukları değişiklik göstermektedir.
Tablo 1 Bazı kimyasalların bileşimleri ve %40 lık olarak hazırlanan çözeltilerinin yoğunlukları Kimyasal Adı Kimyasal Yapısı Yoğunluk 1-Lignin Çözeltisi CH 2 OH 1.1800g/ml CHO CHSO 3 OCH 3 OH OCH 3 2-Melas Çözeltisi Yan ürün olduğundan kimyasal yapısı gösterilmemiştir 1.1740g/ml 3-aftalin Sülfonat Çöz. CH 2 1.2200g/ml SO 3 a 4-Melamin Sülfonat Çöz. CH 2 X CH 2 Y 1.2368g/ml CH 2 n CH 2 SO 3 a 5-Vinil kopolimer Çözeltisi COOH 1.2100g/ml CH CH CH 2 CH O=C H =O SO 3 a 6-Modifiye Karboksilat çöz. R R 1.1027g/ml CH 2 C CH 2 C m n COOH CO-X-(CH 2 CHRO-)R
II-DEEYSEL ÇALIŞMA: Beton katkılarının yoğunluk / performans ilişkilerini gözlemlemek amacı ile, süper akışkanlaştırıcı katkılara yönelik olarak deneysel bir çalışma yapılmıştır. Kullanılan malzemelerin kimyasal ve fiziksel test sonuçları ile bilgiler aşağıda gösterilmiştir. 2.1 Malzeme Özellikleri 2.1.1. Çimento Bütün karışımlarda uh çimento fabrikasının TS 19'a göre üretmiş olduğu PÇ 42,5 çimentosu kullanılmıştır. Kullanılan çimentonun özellikleri Tablo 2' de verilmiştir. Tablo 2. uh PÇ 42.5 Çimentosunun Özellikleri Kimyasal Özellikler (%) Minerolojik Bileşim (%) SiO 2 20.48 C 3 S 49,91 Al 2 O 3 4.97 C 2 S 21,06 Fe 2 O 3 4.22 C 3 A 6,03 CaO 62.79 C 4 AF 12,84 MgO 1.21 Fiziksel ve Mekanik Özellikler SO 3 2.33 Özgül Ağırlık (gr/cm 3 ) 3.11 Çözünmeyen Kalıntı 0.85 Özgül Yüzey (Blaine,cm 2 /gr) 3224 Kızdırma Kaybı 2.08 Basınç Mukavemeti (2.Gün,kgf/cm 2 ) 280 Serbest Kireç 0.98 Basınç Mukavemeti (7.Gün,kgf/cm 2 ) 462 2.1.2. Agrega İnce agrega olarak kullanılan Sakarya dere kumu ve Gebze taş ocaklarından alınan kırma kumun özgül ağırlıkları sırası ile 2590 kg/m 3 ve 2690 kg/m 3 'tür. Gebze taş ocaklarından temin edilen Kırmataş I ve Kırmataş II kaba agregalarının özgül ağırlıkları ise 2740 kg/m 3 'tür. Kullanılan agreganın maksimum tane boyutu 25 mm'dir. 2.1.3. Kimyasal katkı aftalin sülfonat, melamin sülfonat, vinil kopolimer, modifiye karboksilat olmak üzere dört farklı kimyasal katkının % 40'lık çözeltileri testlerde kullanılmıştır. 2.2 Beton karışımları Karışımların hepsinde sabit olarak kullanılan ve TS 706 esas alınarak belirlenen Kum:Kırma Kum: K.taş I : K.taş II oranları sırası ile 1:0,27:0,72:0,72 'dir. 350 kg/m 3 olacak şekilde tek bir çimento dozu kullanılmıştır. Beton karışımlarında kullanılan su miktarı değiştirilmemiş, böylelikle sabit su /çimento oranı (sabit su kesme) ve sabit kıvam esas alınmıştır. Sadece katkı miktarı değiştirilerek, her bir karışımı aynı kıvama (15 cm çökme) getirecek olan katkı yüzdesi tespit edilmeye çalışılmıştır. Yapılan beton deneylerinde, çimento ağırlığına göre modifiye karboksilat çözeltisinin %0.4, vinil kopolimer çözeltisinin %0.6, naftalen sülfonat çözeltisinin %1.5, melamin sülfonat çözeltisinin %1.2, oranlarında kullanılması ile aynı su ve çimento miktarları kullanılarak benzer kıvamda betonlar üretmenin mümkün olduğu görülmüştür. Tüm deneylerde kullanılan katkılar betona bir defada katılmıştır. Deney için üretilecek betonlar aynı hacimde ve toplam 3 dakika karıştırılarak hazırlanmışlardır. Denenen dört farklı kimyasal katkı kullanılarak ve katkısız olarak üretilen betonlarda esas alınan malzeme miktarları Tablo 3'de verilmiştir.
Tablo-3 Deneysel çalışmalarda kullanılan beton karışımı Katkısız Beton Katkılı Betonlar Miktar Miktar (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) Çimento 350 350 Su 197 155 Kum 667 691 Kırma kum 182 189 Mıcır (o1) 483 500 Mıcır (o2) 483 500 BETO BASIÇ MUKAVEMETLERİ İLE KİMYASAL KATKI YÜZDESİ VE YOĞULUKLARII DEĞİŞİMİ Basınç Mukavemeti (kgf/cm 2 ) 700 600 Katkı % si, Yoğunluk 2 500 400 300 d =1,1027 d=1,2100 d=1,2200 d=1,2368 1 1 Gün 3 Gün 7 Gün 28 Gün Katkı (%) Yoğunluk (gr/ml) 200 100 0 MODİFİYE KARBOKSİLAT VİİL KOPOLİMER AFTALE SÜLFOAT MELAMİ SÜLFOAT 0 Şekil 1- Aynı işlenebilirlikte ve su / çimento oranında üretilen betonların basınç mukavemetlerinin, kullanılan kimyasal katkı yoğunluğu ile ilişkisi 2.3.Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi: Şekil 1'in incelenmesi sonucu görülmektedir ki, denenen 4 farklı katkı içinde yoğunluğu en düşük olan (1.1027g/ml) modifiye karboksilat çözeltisi, diğer katkılara göre daha düşük oranda (% 0.4) kullanılmasına rağmen, elde edilen işlenebilme ve su kesme değerleri açısından, yoğunluğu 1.22 g/ml olan aftalin Sülfonat çözeltisinin % 1.5 kullanılması ile ulaşılan performansı yakalamıştır. Bu durum, katkı değerlendirmesi açısından sadece yoğunluğu ölçüt olarak almanın ne denli yanıltıcı olduğunu yeterince açıklamaktadır. Beton katkılarında teknoloji sürekli değişmekte ve yeni tip polimerler piyasaya girmektedir. Hazır beton üreticilerinin eski tip polimer veya kimyasallarla geliştirilen katkılara göre hazırladıkları şartnamelerdeki yoğunluk ve katı madde değerleri yeni kuşak polimerlerle hazırlanan katkılara göre yüksek kalabilir. Yeni polimerlerle hazırlanmış katkıları eski tip polimerlerle hazırlanmış katkıların şartnamelerine göre değerlendirmek, hem katkı üreticisini zor durumda bırakmakta, hem de hazır beton üreticilerini sınırlandırmaktadır.
III-KATKILARI DEĞERLEDİRİLMESİ İÇİ GEREKLİ OLUŞTURULABİLİR? ŞARTAMELER ASIL HBÜ, yeni bir katkının kullanımına karar vermek veya kullandığı beton katkısının kalitesini kontrol altına almak amacı ile, eski kuşak katkılardan edindiği deneyimlere göre hazırladığı şartnameleri, aşağıdaki açıklamaları göz önünde bulundurarak yeniden gözden geçirebilir: 3.1- Her katkı üreticisi, ürettiği katkının kimyasal yapısına göre belirlediği yoğunluk, katı madde miktarı, ph gibi parametrelerin alt ve üst sınırlarını bir analiz sertifikası ile müşterisine vermelidir. ISO 9000 standardına göre katkı üreticilerinin, talep edildiği sürece, her sevkiyat için ürün analiz sertifikasını müşterilerine gönderme zorunluluğu bulunmaktadır. [1] HBÜ, bu sertifikaları temel alarak şartname oluşturabilir veya katkıyı ISO 9000 sertifikasına sahip bir firmadan alıyorsa, kalite kontrol testi yapmaksızın analiz sertifikasına göre onay verebilir. 3.2- HBÜ, hazırladığı şartnamede aldığı katkıda bulunmasına izin verilen maksimum klorür miktarını belirtmesi gerekir. Böylece katkı üreticisi, ürününde bulunabilecek klorür miktarını sürekli kontrol etmek zorunda kalacaktır. HBÜ, katkı üreticisinin gönderdiği analiz sertifikası vasıtası ile veya çok basit bir nitel analiz ile katkının klorür içerip içermediği anlayabilir ve takip edebilir. [2] HBÜ için beton katkıları, betonun diğer bileşenlerine göre (özellikle kum ve karma suyu) kalitesi kontrol altına alınabilmesi en kolay girdisidir. Her ne kadar standartlar katkıda düşük oranda klorür bulunmasına izin veriyor ise de, agrega ve karma suyundan da klorür gelebileceği düşünülerek beton katkılarını uluslararası standartların izin verdiği klorür oranlarında üretmek gerekir. Bu da E-934-2 ye göre max. 1000 ppm dir. Standartların klorür miktarını kontrol altına almasındaki ana amaç beton içindeki donatının korozyonudur. Bu yüzden, örneğin öngerilmeli beton üretiminde veya su deposunda kullanılacak betonlarda klorür içeren katkıların kullanımı kesinlikle istenmez. [3] pr E 206-1 Avrupa Standardında, donatısız betonlarda çimento ağırlığına göre betonda bulunmasına izin verilen klorür miktarı max. %1 iken donatı içeren betonlarda bu oran %0.1 ile %0.4 arasında değişmektedir. 3.3- HBÜ, her sevkiyatta aldığı katkıdan E 934-2 standardında belirtilen testleri de göz önüne alarak yaptığı kalite kontrol ile, üreticinin analiz sertifikasında belirttiği değerlerde katkı gönderip göndermediğini denetleyebilir. Özellikle katkının aktif içeriğinin göstergesi olan yoğunluk ve katı madde miktarının bu analiz sertifikasında belirtilmesi katkı kalitesinin seyrini gözlemek yönünden HBÜ ne büyük fayda sağlar. Yoğunluk ve katı madde miktarı testlerinin yanı sıra, ürünün homojenliğinin kontrolü için görünüm testinin, alkali veya asitliğin ifadesi olan ph testinin yapılması katkı kalite kontrolünde önemli parametrelerden bazılarıdır. (ph, bir solüsyonun hidrojen iyon konsantrasyonunun negatif logaritması olarak tanımlanan ve sıvı solüsyonun alkalilik veya asitliğini gösteren bir değerdir [4]) Bu testlerin önceliği HBÜ tarafından belirlenir ve katkı üreticisinden talep edilir. Bu testler, katkı seçiminden çok, o katkının her sevkiyatta katkı üreticisinin beyanı doğrultusunda HBÜ nin hazırladığı şartnamelere uygun olarak gönderilip gönderilmediğini anlamak için yapılır. Eğer, HBÜ kalite kontrol sırasında üreticinin analiz sertifikasında belirtilenden farklı bir değer buluyorsa üretici ile temasa geçmesinde fayda vardır. 3.4- Her sevkiyatta gönderilen katkının kalite kontrolü, HBÜ ne aynı adla satılan ürünün yaz ve kış aylarında farklı formüllerle üretilip üretilmediğinin kontrolünü de sağlar. Çünkü ISO 9000 gereği üretici ürünün örneğin kışın formülünü değiştiriyorsa adını da değiştirmek zorundadır. Bu durum ayrıca, tankında bir önceki mevsimden katkı kalan santralde sorun yaratabilir. Tankta kalan yaz katkısının üstüne, aynı adla kış formülüne göre üretilen katkı basılırsa, bu durum beton prizinde gecikmelere neden olabilir.
3.5- Katkının kalite kontrol sonuçları kayıtlandırılırken, katkının üretici adı, malzeme miktarı, tarih ve üretim numaralarının yazılması, oluşabilecek sorunlarda üretici firmanın ürününün izlenebilirliğinin sağlanması yönünden faydalıdır. IV-KATKI SEÇİMİDE DİKKAT EDİLECEK HUSUSLAR Katkı maddelerinin tercihi yapılırken, HBÜ betonda mutlaka detaylı performans testleri (su kesme, mukavemet, priz süresi v.s.) yapmalı ve fayda-maliyet analizine göre karar vermelidir. Yapılan deneysel çalışmalara göre katkıların fiyatları aynı olduğu varsayımı ile firmalar arasında %10 a varan performans farklılıkları çıktığı görülmüştür. Düşük performans gösteren bir katkının fiyatının fazla olduğu düşünüldüğü zaman analiz yapmamanın faturası % 40-50 lere çıkabilir. (1m³ betondaki katkının maliyeti) [5] Performans testi yapmadan sadece yoğunluk, katı madde ve ph test sonuçlarına göre karar vermek aynı zamanda maliyet/performans analizlerinin yapılmasını da engelleyecektir. V-SOUÇLAR Katkı kalite kontrolü, üreticinin şartnamesinde belirtilen sınırlara göre yapılmalıdır. Katkının kimyasal yapısını bilmeden bir şartname oluşturmak son derece yanlıştır. Bir katkının kontrolü, üreticinin vaat ettiği değerleri her sevkiyatta yerine getirip getirmediğini ölçmek için yapılır. Katkı seçimi yapılırken yoğunluk, ph ve katı madde değerlerine katı kurallar getirmek yerine, beton özelliklerine ait deneyleri yaparak ve bu deneyleri klorür v.s dahil olmak üzere çeşitli kimyasal testlerle desteklemek, deneylerle elde edilen verilerle fayda / maliyet analizi yaparak kullanılacak katkıya karar vermek daha doğru olacaktır. KAYAKLAR 1- TS ISO 9000-1994- Kalite kayıtları 2- PARLAK, azmiye ; Klorür Kontrolü, Sika Teknik Bülten, Yıl 1, Sayı 4, 1999 3- AKMA, M. Süheyl, Yapı Malzemeleri, İ.T.Ü İnşaat Fakültesi Matbaası, 1987 4- LEWIS R.J.; Hawley s Condensed Chemical Dictionary,Twelfth Edition,Van ostrand Reinhold Company, ew York, 1993 5-MUTLU, Mehmet ; ÜAL, Türker Katkı Maddesinin Tercihi ve Kontrolü" 4. Ulusal Beton Kongresi; İstanbul 1996 TEŞEKKÜR Bu çalışmadaki desteklerinden dolayı Sika Yapı kimyasalları A.Ş. üst yönetimine, yönlendiriciliğinden dolayı Sn. Prof. Dr. M. Hulusi ÖZKUL' a ve deneysel kısmın gerçekleştirilmesindeki katkılarından dolayı Sika Laboratuar personeline teşekkür ederiz.