25 Eylül 2021
  1. Anasayfa
  2. Mühendislik-Mimarlık
  3. ÇİMENTO VE BETONUN TARİHTE KISA YOLCULUĞU

ÇİMENTO VE BETONUN TARİHTE KISA YOLCULUĞU

ÇİMENTO VE BETONUN TARİHTE KISA YOLCULUĞU

Yapı malzemesi teknolojileri, yapıların tasarımı ve uygulamasında çalışan mimar ve mühendislerin öncelikli problemlerindendir. İnsanlığın bugünkü çağdaş uygarlık düzeyinde çeşitli niteliklere sahip yapı malzemelerini üretmesi hiç de kolay olmamıştır. İnsan hayatının başlangıcından bu güne kadar uzanan teknik ve bilimsel uğraşlar, sürekli ve yüzyıllarca süren denemeler günümüzdeki yapı malzemelerinin nitelik ve nicelik zenginliğini oluşturmuştur. Bu anlamda yakın çağda ilk araştırmalar marnlı taşların pişirilmesi ile başlamıştır; marn, kil ve kireçtaşı karışımı bir kayaçtır. Daha sonra kil ve kireçtaşları belirli oranlarda karıştırılarak üretimler yapılmıştır. 1756 yılında kendini inşaat mühendisi olarak adlandıran John Smeaton İngiltere’de Eddystone deniz fenerini inşa işini yüklenmiş ve kireci çeşitli puzolanlarla karıştırarak ön deneyler yapmış ve yüksek oranda kil içeren kireçtaşlarının verdiği kireçlerin en iyisi olduğunu tespit etmiştir. Bu kireci İtalya’dan getirilen puzolanla karıştırmış ve harç üretmiştir. Bu tarihlerde Kasımpaşa’da yapılan gemi onarım kuru havuzlarında da kirece puzolan katılarak üretilen harçlar kullanılmıştır. (1796-1821).

1796’da İngiltere’de James Parker “doğal bir hidrolik çimento” için patent almış, Fransa’da Vicat 1813’de benzer yolla kil ve kireç taşını karıştırıp pişirerek bugün hidrolik kireç adını verdiğimiz bağlayıcıyı üretmiştir. Hidrolik kireç söndürüldüğünde; sönmüş kirece ve çimentonun ana karma oksiti olan Bikalsiyum Silikat’a dönüşür. İnce öğütülmüş kireçtaşını, ince bölümlenmiş kille karıştırıp fırına koyan ve tüm CO2 gazı uçana kadar pişiren Smeaton bu çimentoyla yapılan taşın Portland kasabasındaki doğal taş kadar dayanıklı olduğunu söyleyerek bu çimentoya Portland Çimento adını da koymuştur. (1756)

Bu öncül çalışmalardan sonra 19. yüzyıl ve 20. yüzyıl başlarında çimento endüstrisinde ve beton teknolojisinde çok büyük gelişmeler yaşandı. Kimyasal, mineralojik ve mekanik yönden çimento ve beton alanında ileri düzeyde bilimsel araştırmalar yapıldı. Bu endüstri dalındaki gelişmeler üç ana grupta toplanabilir: Çimento türlerini artırmak, endüstriyel atıkları çimento veya beton üretiminde değerlendirmek,
 

kimyasal katkılarla betonlara belirli  özellikler kazandırmak. Bu çalışmalarda  ekonominin sağlanması, beton  dayanım ve dayanıklılığının yükseltilmesi  daima belirleyici faktörler oldu. 

Belli niteliklere sahip özel çimentolar  arasında; genişleyen çimentolar, çabuk  priz alan ve sertleşen çimentolar, beyaz  çimento, yüksek sülfatlı çimentolar,  petrol kuyusu çimentoları(oil-well cements),  alüminli çimento örnekleri verilebilir.  Alüminli çimento haricinde tümünün  içinde Portland çimentosunun  klinkeri mevcuttur. Metalurji alanındaki  gelişmeler çimento ve beton endüstrisinde  kullanılabilecek yan ürünlerin yani  endüstriyel atıkların elde edilmesine  yol açmıştır. Bunların ilki çelik ve diğer  metallerin üretiminden oluşan cüruftur.  Özellikle çelik yüksek fırınlarının cürufları  puzolanik nitelikleri ve düşük düzeydeki  bağlayıcılıkları nedeniyle çimento  sanayiine giren ilk endüstriyel atıklardır. 

Elektrik enerjisi ihtiyacı kömürle çalışan  termik santrallerin sayısını ve kalitesini  önemli ölçüde artırmıştır. Bunların  baca külleri de puzolanik nitelik  taşırlar, çevreyi kirleten bu yan ürün  günümüzde çimentolara tras oranında  katıldıkları gibi doğrudan beton üretiminde  Portland çimento ile birlikte  kullanılmaktadır. Son yıllarda (1990-  2000) beton üretiminde bu uçucu  küllerin çimentonun %90’ına varan  oranlarda yerini aldıkları görülmektedir.

 Elektrik çağının gelişmesi ve yarı iletkenlerin  ortaya çıkması da beton bağlayıcılarında  yeni bir devir açtı. Transistörlerin  ana maddesi olan silisyumun elde  edilmesi için geliştirilen elektrik ark  fırınlarında bacalarda oluşan silis dumanları  portland çimento tanelerinden  10-20 kat daha ince aktif silis (SiO2)  içermektedir. Bunlar da uçucu küller  gibi çimento üretiminde veya yüksek  performanslı betonların elde edilmesinde  direkt olarak düşük oranlarda  (%5-10) kullanılmaktadır (1980-2000). 

20. yüzyılın önemli bir buluşu polimerlerdir.  Günümüzde polimerlerin  hayatımızda girmediği alan neredeyse  kalmamıştır. Çimento ve beton sana  yii de polimerler alanındaki buluşlardan  elbette yararlanmıştır. Polimerler  beton teknolojisinde 1960’lı yıllardan  beri kolay işlenebilirlik, esneklik, geçirimsizlik  ve yüksek dayanım sağlamak  amacıyla kullanılmaktadır.
 

Endüstriyel atıkların değerlendirilmesi,  tarımsal atıkların da değerlendirilebileceği  fikrini doğurdu. Bunlar arasında  özellikle pirinç kabuğu külü ilgi çekici  oldu (1980). Pirinç kabuğu yüksek  oranda silis içermekte ve yakıldıktan  sonra amorf, aktif karakter kazanan kabuk  külü silis dumanından da yüksek  bir incelik göstermektedir. Bu maddenin  silis dumanı yerine kullanılması  yönünde çalışmalar sürdürülmektedir.  Tras ve endüstriyel atıklara mineral katkı  maddeleri veya çimentolaşan maddeler  denilmektedir. Çimento-beton sanayiinde  bunlar dışında kimyasal katkı  maddeleri de vardır ve bunlarda da çok  önemli ilerlemeler sağlanmış ve “Beton  kimyasalları” adı verilen bir endüstri dalı  oluşmuştur. Aslında kimyasal katkı kullanımı  beton üretiminin ilk çağlarında  da ihmal edilmemiştir. Örneğin Romalıların  betonlarına hayvansal yağlar, süt  ve kan kattıklarını biliyoruz. Daha ziyade  işlenebilmeyi artırmak amacıyla katılan  bu maddelerden kan, hemoglobin  sayesinde hava da sürüklüyor ve betonun  dona dayanıklılığını artırıyordu.
 

Kimyasal katkılar, taze betonun işlenebilmesini  artırmayı, priz ve sertleşme  süresini uzatma veya kısaltmayı, taze  veya sertleşmiş betonun donma-çözülmeye  ve kimyasal etkilere dayanıklılığını  geliştirmeyi sağlamak üzere kullanılırlar.  Dayanımı aşırı yükselten, çok düşük  su/bağlayıcı oranı ile yüksek işlenebilirlik  sağlayan süper akışkanlaştırıcı  betonların çimento taneleri arasındaki  boşlukları silis dumanı ile doldurulunca  sağlanan dayanım artışı göz kamaştırıcı  oldu: eskiden oldukça zorlukla sağlanan  30 MPa’lık dayanım yerine günümüzde  artık 120-130 MPa dayanımlı betonlar  üretilebilmektedir. Son yıllarda (1990’dan  itibaren) süper akışkanlaştırıcılarda da  ilerlemeler sağlandı ve melamin, naftalen  sülfonat esaslı katkılar yerine geliştirilmiş  karboksilik katkılarla hiper akışkanlaştırıcılar  üretilmeye başlandı, agrega boyutları  çok küçültülerek ve S/Ç oranları 0.09’a  indirilerek reaktif toz harçları elde edildi,  bunların dayanımı 700-800 MPa’ı buldu.. 

ESKİ ÇAĞLARA
ÖZLEM VE GELECEK

İnsanlar 19. yüzyıldan itibaren geçmişlerini  öğrenmek hususunda büyük çaba  göstermeye, eski uygarlıkların eserlerini  bulmaya, tanımaya, ortaya çıkarmaya  başlamışlardır. Yapılan arkeolojik kazılar  pek çok soruya cevap bulmaya imkân  sağlamıştır. İnşaat teknolojisinin nasıl  geliştiği, bugünkü düzeye hangi aşamalardan  geçerek vardığı merak edilmiş ve  hatta bu merak sonucu yepyeni buluşların  yapılması da mümkün olmuştur. 

Yapıtaşları konusunda en dikkati  çeken hususlardan biri Mısır’daki  piramitlerin hala bozulmadan kalmalarıdır.  Bu piramitlerin nasıl inşa  edildikleri, 2-2.5 ton ağırlıklarındaki  taşların o yüksekliğe 20 gün zarfında  nasıl taşındıkları, harca gereksinim  duyulmayacak oranda düzgün yüzeyli  hazırlandıkları pek çözülmüş değildir. 

1980’li yıllarda ABD’de Davidovitz yepyeni  bir varsayım geliştirmiş ve bunu  kanıtlayan deneylere başvurmuştur.  Davidovits’e göre piramitlerdeki kalker  taş bloklar taşınmamış, yerinde kalıplara  dökülerek üretilmiştir. Yani bunlar  betondur ve bu beton günümüz betonundan  farklıdır, çünkü piramitleri tamir  için kullanılan günümüz harçları 15-20  yıl içinde hasara uğradıkları halde, bu  eski beton bloklar 4000 yıldır Mısır’ın  değişken, sert iklimine dayanmışlardır.  Davidovits’e göre kırılmış kalker taşları  Nil’in toprağı (içinde boksit gibi alüminli  birleşenler bulunan) ve mumyalarda  kullandıkları natronla (sodyum karbonat)  karıştırılarak bu betonlar üretilmiş  ve kuvvetle sıkıştırılmış, bölgenin sıcağı  etkisiyle 4 saat gibi kısa bir sürede  sertleşme meydana gelmiştir. Burada  toprağın ve taşın analsim türü iyon  değiştiren bir zeolit içerdiği görülmüştür.  Sertleşme bir polimerizasyon ve  zeolitik bir reaksiyonla meydana geliyor.  Davidovits bu betona geopolimer  betonu adını vermiş ve günümüzde  de üretilebileceğini beyan etmiştir. 

Geçmişte yapılmış eserlerin onarımında  da gerekli uyumu sağlamak estetik bir sorun  olarak ortaya çıkmaktadır. Bugün Sinan’ın  köprülerini çimento ile onarmak pek  doğru olmasa gerek. İngiltere’de 18. ve 19.  yüzyıllarda doğal çimentolarla yapılan binaların  veya sıvaların onarımı için o devirlerde  üretilen doğal çimentoların yeniden  üretilmesine çalışılıyor. Doğal olarak o  zamanki teknolojiyi bugün tekrar kurmak  masraflı, ayrıca üretim kısıtlı kalacağından  ekonomik açıdan verimli de değildir.  Mamafih, çalışmalar yine de o çimentoları  üretmek ve onlara eşdeğer modern  çimentolarda ufak değişiklikler yaparak  eski çimentolara benzer nitelikte çimentolar  elde etmek şeklinde yürütülüyor. 

Eskiye göre bu çalışmalar dışında geleceğe  dönük tasarımlar da mevcut. Amerikan  Beton Enstitüsü ve Standartlar  Enstitüsü (NILST ve ACI) 1980’li yıllarda  özel bir çalışma grubu oluşturdu. Konu  ay betonu. İnsanoğlu aya gittiğinde aydaki  barınağı yine aydaki yapı taşlarından  üretecek, ayda çimento üretmek,  beton yapmak nasıl olacak, hammadde,  su problemi nasıl halledilecek? Şimdi  bu probleme de el atmak hayal olmaktan  öte somut bir yaklaşımla ele alınıyor.

 Yontma taş devrinden beri insanoğlunun  geliştirerek sürdürdüğü yapı malzemesi  konusundaki arayışı ve araştırmaları,  uygarlığın vazgeçilmez ve ayrılmaz  bir parçası olarak tüm zamanlarda vardı.  Gelecekte de insan araştırmaları ve uygulamaları  ilgi çekerek devam edecektir.

Yazıya katkılarından dolayı BEYTULLAH  İLERİ'ye teşekkürlermizle

image description
image description
image description
image description
image description

Melih Fazlı Ekşi

Şubat 2021

Ben Melih Fazlı Ekşi. Rizeliyim. Makine Mühendisliği öğrencisiyim. Arabalara, uçaklara, trenlere kısacası mühendislik ürünü olan her şeye ilgim var. Sizleri yazılarımla hem eğlendirirken hem de bilgilendireceğim. Yazılarda buluşmak üzere :)

0 Yorum Yapılmış

Yorum Yap

https://inovatifbakis.com.tr/assets/