BETON VE ÇİMENTONUN TARİHİ SERÜVENİ
Günümüzde kullanılan çimento kelimesi Latince‘de anlamı yontulmuş taş olan "caementum" kelimesinden türemiştir. Ateşin bulunmasından itibaren kireç ve alçı gibi malzemeler bağlayıcı malzemeler olarak kullanılmış olmasına rağmen ilk betonarme yapı 1852 yılında yapılmıştır. Eski Yunanlılar ve Romalılar kireç ve puzolan karışımlarının hidrolik özelliklerini fark etmişlerdir.
Çimento bağlayıcılık görevini su ile tepkimeye girdikten sonra kazandığı için hidrolik bağlayıcı olarak adlandırılır. Alkalin ve hidrolik öğelerin oranları bağlayıcı maddenin niteliğini belirler.
Çimento, su ile karıştırılıp plastik hamur durumuna geldikten bir süre sonra havada ya da su içinde yavaş yavaş katılaşır. Bu katılaşma olayına piriz adı verilir. Ancak bu olay içinde bulunulan koşullara bağlı olarak değişiklik gösterebilir, herhangi bir kimyasal priz geciktirici kullanılmadıysa ve hava sıcaklığı çok düşük değilse yaklaşık 10 saat gibi bir süreçte donma gerçekleşir.
Bağlayıcı malzemelerin kalitesi ve kullanımı konusunda gelişmeler 18.Yüzyılda gerçekleşmiştir. John Smeaton kirecin kimyasal özelliklerini keşfeden ilk kişi olarak bilinmektedir. "Roman Cement"(Roma Çimentosu), adı ile bilinen bağlayıcının Joseph Parker tarafından keşif edilmesiyle gerçekleşmiştir.
1812 yılında da Fransa’da Louis Vicat tarafından killi kalkerler 1200°C sıcaklığı kadar pişirilerek daha yüksek dayanımlı bir su kireci elde edilmiş ve çeşitli mineral katkılar ile priz sürelerinin ayarlanması mümkün olmuştur.
1824 yılında İngiltere'nin Leeds kentinde, Joseph Aspdin isimli bir duvarcı ustası yaptığı çalışmalar sırasında bir kısım doğal kil ile 3 kısım kalker karışımını pişirip öğüterek dayanımı ve dayanıklığı yüksek ilk çimentoyu elde etmiştir.
Elde edilen yeşil gri rengi olan ürün İngiltere'nin güneyinde yer alan Portland adasındaki yapı taşlarını andırıyordu; Joseph Aspdin, elde ettiği bu bağlayıcı için 1824 tarihinde "Portland Çimentosu" adı altında patent almıştır. ileri yıllarda çok sayıda bilim adamı çimento ile ilgili çalışmalar yapmıştır.
Günümüzde çoğu çimento fabrikaları yüksek enerji tasarruflu ve çevreye duyarlı ileri teknolojilere sahiptir. Üretilen çimentoların kalite, dayanım ve dayanıklılığı ilk zamanlarda üretilenlerden çok yüksektir. Betonun ilk icat edildiği zaman dilimi, “beton” teriminin nasıl yorumlandığına bağlıdır. Binlerce yıl boyunca bu malzemeler geliştirildi, diğer malzemelerle birleştirildi ve nihayetinde modern betona dönüştürüldü.
İlk çimentolu kompozit malzemeler tipik olarak, betonun kalıp olduğu, esasen modern betonun kullanıldığı bir kalıba dökülmesinin aksine, taşla inşa etmek için kullanılan harçla ezilmiş, yanmış kireçtaşı, kum ve suyu içeriyordu.
Beton kompozit bir yapı malzemesidir ve çimentonun sadece bir tanesi olduğu bileşenler zamanla değişmiştir. Performans özellikleri, betonun dayanması gereken farklı kuvvetlere göre değişebilir.
İlk beton benzeri yapılar, bir dizi vahayı işgal edip kontrol eden ve MÖ 6500 civarında Güney Suriye ve Ürdün’ün kuzey bölgelerinde küçük bir imparatorluk geliştiren Nabataea tüccarları veya Bedeviler tarafından inşa edildi.
Nabataea, beton yapımında, fazla su betona boşluklar ve zayıflıklar getirdiği için karışımı olabildiğince kuru veya düşük çökmeli tutma ihtiyacını anladı. İnşaat uygulamaları, yeni yerleştirilmiş betonun özel aletlerle sıkıştırılmasını içeriyordu.
MÖ 3000 civarında, eski Mısırlılar, tuğlaları oluşturmak için samanla karıştırılmış kerpiç e benzeyen çamur kullandılar. Piramitleri inşa ederken alçı ve kireç harçları da kullandılar. Giza’daki Büyük Piramit, bitmiş piramidin kaplama taşları için yatak malzemesi olarak kullanılan yaklaşık 500.000 ton harca ihtiyaç duyuyordu. Bu, taş ustalarının derzleri 1/50 inçten daha geniş olmayan kasa taşlarını oymalarına ve yerleştirmelerine izin verdi. Aynı zamanlarda, Çinliler tekne yapımında ve Çin Seddi’ni inşa ederken bir tür çimento kullandılar.
Spektrometre testleri, Çin Seddi’nde ve diğer antik Çin yapılarında kullanılan harçtaki önemli bir bileşenin glüten, yapışkan maddenin pirinç olduğunu doğruladı. Bu yapılardan bazıları adeta meydan okumuş modern yıkım aletlerinin yıkım faliyetlerine bile direnmiştir.
MÖ 600’de ise Yunanlılar, kireçle karıştırıldığında hidrolik özellikler geliştiren doğal bir puzolan malzemesi keşfettiler, ancak Yunanlılar betonla inşa etmede Romalılar kadar verimli değildi. Romalılar yapılarının çoğunu farklı büyüklükteki taşları istifleyerek ve taşlar arasındaki boşlukları harçla doldurarak inşa ettiler. Yerin üstünde, duvarlar hem içte hem de dışta beton için form görevi gören kil tuğlalarla kaplandı. Tuğlanın yapısal değeri çok azdı veya hiç yoktu ve kullanımları esas olarak dekoratiflikti.
Roma’daYaygın olarak kullanılan harçlar, havadaki karbondioksit ile reaksiyona girerek yavaş yavaş sertleşen basit bir kalker çimentosu idi. Oldukça zayıf bir yapı malzemesiydi. Romalıların daha büyük ve daha sanatsal yapıları ve daha fazla dayanıklılık gerektiren kara tabanlı altyapıları için harena fossicia adı verilen doğal olarak reaktif bir volkanik kumdan çimento yapmayı başardılar.
Deniz yapıları ve köprüler, rıhtımlar, yağmur kanalları ve su kemerleri gibi tatlı suya maruz kalanlar için pozzuolana adı verilen volkanik bir kum kullandılar. Romalılar ayrıca bu malzemeleri Roma Hamamları, Pantheon ve Kolezyum gibi büyük yapılar inşa etmek için kullandılar ve bu yapılar bugün hala ayakta. Katkı olarak hayvansal yağ, süt ve hayvan kanı kullandılar
insanlık tarihinin en önemli yapılarından biri olan Ayasofya’nın yapımında beton kullanıldı. 1.000’li yıllara doğru ise Orta Asya ve Anadolu’da Türkler ve Persler, “Horasan Harcı” adlı çok güçlü bir bağlayıcı geliştirdi.
Betonun mutlak hacmini %75 oranında agrega (kum, çakıl, mıcır), %10 oranında çimento, %15 oranında su oluşturur. Gerektiğinde, çimento ağırlığının %2'sinden fazla olmamak kaydıyla, katkı malzemesi ilave edilebilir.
Betonu günümüzün en yaygın taşıyıcı yapı malzemesi yapan özellikleri şöyle sıralamak mümkündür:
Ucuzluğu, Yüksek basınç dayanımlarına ulaşılması, Şekil verilebilme kolaylığı, Hafif agrega ile hafifletilmesi, pigmentlerle renklendirilmesi.Bilgisayar kontrollü santrallar, transmikserler, pompalar vb. ile üretim, taşıma ve yerleştirme aşamalarında büyük gelişmelerin sağlanmış olması, Çelik donatı ile (betonarme) çekme mukavemetinin yetersizliğinin dengelenmesi, Fiziksel ve kimyasal dış etkilere karşı dayanıklılığı (uzun ömür, bakım kolaylığı),
Betonu oluşturan ham maddeler çimento, su, agrega (kum, çakıl, kırma taş), kimyasal katkılar ve mineral katkılardır. Kimyasal katkılarla (akışkanlaştırıcı, priz geciktirici, geçirimsizlik sağlayıcı, antifriz vb.) mineral katkılar (taş unu, tras, yüksek fırın cürufu, uçucu kül, silis dumanı vb. ) betonun performansını istediğimiz yönde iyileştiren çağdaş teknoloji unsurlarıdır.
Çimentoyla suyun karışımından oluşan çimento hamuru ( BETON ) zamanla katılaşıp sertleşerek agrega tanelerini (kum, çakıl, kırma taş) bağlar, yapıştırır, böylece betonun mukavemet kazanmasına imkân verir.
Dolayısıyla betonun mukavemeti, çimento hamurunun mukavemetine, agrega tanelerinin mukavemetine, agrega taneleri ile çimento hamuru arasındaki yapışmanın gücüne (aderans) bağlıdır.
Beton için gerekli olan çimento ve agrega, ayrı sanayi dallarında hazırlanır. Son adım, karışımın hazırlanııp betonun kullanılması safhasıdır. Uygun karışım oranlarının seçilmesi; ekonomi, işlenebilme, mukavemet, dayanıklılık ve görünüş gibi özelliklerin dengeli elde edilmesini sağlar.
Bunlar kullanıldığı yere göre değişir. Agreganın durumuna, çimento cinsine göre pek çok karışım oranı hesap metodu teklif edilmiştir. Karışım suyunun çimento miktarına oranı, betonun mukavemetine tesir eden en önemli bir etkendir. Karışım, sabit karıştırıcılarda yapılabildiği gibi, hareketli karıştırıcılarda da gerçekleştirilebilir. Bu çeşit merkezi beton santrallerinin faydası, karışımın kontrollü olarak yapılmasıdır. Uygun kum ve çakıl bulunduğunda kolayca iyi kalitede beton elde edilebilir.
Betonun elde edilmesinde en son adım, dökülmüş betonun bakımı ve sertleşmesidir. Sertleşme portland çimentosunun hidratasyonu, su ile kimyasal reaksiyona girmesi sonucu meydana gelir. İlk günlerde nemli şartların belirli süre devam ettirilmesi önemlidir. Bunun için betonun dış yüzü, su ile ıslatılabileceği gibi, nemli örtüler de kullanılabilir.
Tam hidratasyonun elde edilmesi için çimento türü ve sıcaklığa bağlı olarak uzun bakım süresine ihtiyaç duyulabilir. Çoğu hallerde yedi gün kafidir. Genellikle betonun suyunun buharlaşması sonucu sertleştiği zannedilir. Gerçekte bu doğru değildir. Su olmaksızın ne hidratasyon ne de sertleşme olabilir. Su, çimentonun hidratasyonu sonucu kaybolur ve ancak fazla suyun buharlaşmasına müsaade edilebilir. Betonun geçirdiği devrelerdeki kimyasal reaksiyonlar oldukça karmaşıktır.
Artık üretilen betonlarda oluşan sorunlar nedeni ile üretilen katkı malzemeleri kullanılmaktadır. Bu katkılar hem betonun mukavvemetini yükseltip suyun zararlarından korur hem de katkının kıvamına göre akışkan ya da katı olmasının ayarlanmasını sağlar. Beton dayanıklılığı dış ortamdaki agresif ögelere karşı direncidir.
Betonun doğal kimyasal zararlara karşı dayanıklı olması, fizikokimyasal dış etkenler sonucu niteliklerini kaybetmemesi gerekir.
Beton çeşitli zararlı etkiler altında bir takım kimyasal reaksiyonlar nedeniyle sahip olduğu mukavemeti zamanla kaybedebilir. Herşey gibi Betonun da bir ömrü vardır. Bilim adamları Beton Ömrünün 100 yılı geçmeyeceği gerçeğini öne sürerek beton kullanımı ile ilgili uyarılarınıda ortaya koymaktadırlar
Dogal felaketler ve özellikle depremlerden etkilenen beton sistematik olarak miadi ömrünü tamamlamış eski binalar yada hatalı beton imalatı ile elde edilen beton (Yıkanmamış kum mıcır yada deniz kumu kullanımı beton için gerekli ve yeterli demirin atılmaması vsr.)ürünü kullanımından kaynaklanmaktadır.
Konut, site otel, iş merkezi, hastane, okul vb. gibi bina inşaatları , Yapıştırma ve derz dolgu imalatında (seramik karo ve fayans döşemeler, mermer, granit döşeme için yapıştırıcı, yapı derzi)Mendirek, liman, iskele, marina vb. gibi deniz yapıları, Şebeke sistemi, yer altı yapıları ve kanalizasyonlar ,Otoyol projeleri, köprü, viyadük, tüneller Su drenaj kanalları, baraj ve göletler, kanalet vb. gibi su yapıları, Beton yollar ,Ağırlık istinat duvarı yapımı Sanat ürünleri (heykel, rölyef, anıt vb. gibi) Hava alanı, uçak pisti inşaatları Hazır sıva ve harç imalatı
İşlerinde cinsine göre yoğun biçimde BETON kullanılmaktadır.