YÜKSEK YAPI İNŞAATLARINDA YÜKSEK DAYANIMLI BETON İŞLERİ
A.Atacan ÜTE
İnş.Y.Müh.
1. Beton dağıtıcı:
Yüksek yapı inşaatlarında mobil pompaların uzanamadığı durumlarda beton dağıtıcı veya placing boom olarak adlandırılan sistemler kullanılmaktadır. Beton dağıtıcının montajı kulevinç vasıtası ile parçalar halinde taşınarak yapılmaktadır (Şekil-1).
Kule vinç kaldırma kapasiteleri belirlenirken kullanılacak olan beton dağıtıcıların boom ağırlığının da dikkate alınması gerekmektedir. Boom’lu dağıtıcılar son yıllarda inşaat sektöründe büyük önem kazanmaya başlamıştır. Bu sistemlerin ortaya çıkması ile inşaat sektöründe yapılan işler daha kolay bir hale gelmekte ve bunun yanında firmalara maliyet düşürücü özelliği ile avantaj sağlamaktadır. İşçi sayısı ne kadar çok olsa da placing boom sistemlerini kullanmadan yapılan dökümlerinde beton kalitesi düşmekte, betonu kalıba yerleştirme süreci de uzamaktadır.
Şekil-1. Beton dağıtıcı boom’unun kulevinç ile taşınması
Beton dağıtıcılar hidrolik ve mekanik olarak 2’ye ayrılmaktadır. Yüksek yapılarda genellikle hidrolik tip kullanılmaktadır. Beton dağıtıcıyı taşıyan ana gövde mast olarak adlandırılmaktadır. Şekil-2’de görüldüğü gibi mast 3 kat aşağı kadar döşemelere mesnetlenmekte ve kendi kendini yükseltebilmektedir. Bu sebeple betonarme döşemede beton dağıtıcının monte edileceği mastlar için geçici yırtıklar oluşturulmalı yada mevcut şaftlardan geçişi sağlanmalıdır.
Şekil-2. Hidrolik mast’ın kendini yükseltmesi ve Beton dağıtıcı
2. Sabit pompa ve iletim hattı:
Beton iletim hattı uzunluğu, boru çapı, beton kıvamı parametrelerine bağlı gerekli sabit pompa basınç değerlerinin hesaplanmasında kullanılan nomograf Şekil-3’te gösterilmiştir. Şekil-3’te beton yerleştirme kapasitesi sütunundan ok yönünde değerler birleştirilerek elde edilen basınç değerine;
a. Beton kapasitesi 42 m3/sa değerinden yüksek ise 15 bar küçük ise 10 bar ilave edilmeli
b. Sistemde her 9 m yükseklik için 0.76 bar
c. İletim borularında her 90 derece bükümde 1 bar, her 45 derece bükümde 0.5 bar,
d. Plastik hortumdaki her 9 m için 1.5 bar ilave edilmelidir. Bu düzeltmeler yapıldıktan sonra toplam basınca %10 kayıp ilave edilir.
Şekil-3. Betonun pompalanması için gerekli olan basınç [0]
Sabit beton pompası inşaat sahasında uygun bir yerde konumlandırılır. Sevkiyat hattı döşenir. Bunun için yatay ve düşeyde belirlenen güzergâhlara Şekil-4’te görüldüğü gibi çelik borular belli aralıklarda kelepçeler ile tespit edilir, çift flanşlı hortumla beton dağıtıcısına irtibatlandırılır.
Şekil-4. (a) Sabit pompa, (b) yatay iletim hattı, (c) düşey iletim hattı
3. Yüksek katlara betonun pompalanması:
İlk betonu basma sürecinde tüm sistem zorlandığından beton pompalarında ilk pompalama çok önemlidir. Betonun temas ettiği noktalardaki aşınma, ilk temas anında en yüksek noktadadır. Hidrolik sistem arızaları, hidrolik hortumların, filtrelerin patlaması %90 olasılık ile hep bu ilk basım sürecinde ve genellikle şerbetsiz başlangıçtan dolayı oluşur. Beton içerisindeki mıcırlar beton pompasının kuru boru hattına sürtünerek, bir araya toplanırlar, iç çeperleri kazıyarak ilerler ve temas ettikleri her noktayı kısa sürede aşındırırlar. Beton sevk silindirleri, beton boruları, beton boru dirsekleri, elefant (beton uç veya fil) hortumu bu aşınma sürecinden nasibini alan aşınma parçalarıdır.
Sistem kurulduktan sonra beton döküm işlemine geçmeden önce pompa içerisindeki sürtünmeyi azaltmak ve borunun tıkanmasını engellemek için şerbet olarak tabir edilen su- çimento karışımı iletim hattına pompalanmaktadır. Önerilen şerbet miktarı 125 mm iç çapındaki beton borularının her bir 100 metresi için yaklaşık olarak 0.5 m3tür veya başka bir deyiş ile toplam boru hacminin yarısı kadar şerbet hazırlanmalıdır. Tablo-1’de gösterilen çimento ve kum miktarlarına yeterli miktarda su karıştırılıp betondan önce sisteme sevk edilir.
Tablo-1. Çimento ve kum miktarları
Pompa boru uzunluğu (metre) | Boru çapı (100-125 mm) | Boru çapı (150-180 mm) | ||
Çimento (kg/m3) | Kum (kg/m3) | Çimento (kg/m3) | Kum (kg/m3) | |
50 | 200 | 100 | 300 | 150 |
100 | 300 | 150 | 400 | 200 |
200 | 500 | 250 | 750 | 350 |
300 | 750 | 350 | 1000 | 500 |
400 | 1000 | 500 | 1500 | 750 |
500 | 1500 | 750 | 2000 | 1000 |
4. Pompalanacak yüksek dayanımlı betonun tasarımı :
Beton pompalandığında, karışımdaki serbest su, pompa basıncını betona iletir. Agrega aralarındaki boşluklar yeteri kadar harçla dolmamış ise yada harç çok akıcı kıvamda ise pompa basıncı Şekil-5’te gösterildiği gibi suyu karışımdan ayrıştırabilir. Bu durumda boru çeperini kaplayan tabaka (lubricating layer) kaybolur, kaba agregalar birbirine kenetlenir, taneler ile boru çeperi arasında sürtünme artar ve betonun boru içinde hareket etmesi durur. Bundan sakınmak için, agrega taneleri arasındaki boşluklar daha ince daneli malzemeler ile doldurulmalıdır. Beton karışımında çok fazla miktarda ince malzeme bulunması da pompalamada zorluk çıkarmaktadır. Buradaki problem segregasyon sorunu olmayıp karışımın kohesif (yapışkan) kıvamda olmasından dolayı harç ile boru yüzeyi arasındaki adhezyonun üstesinden gelmek için ilave basınca ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tarz pompalama problemleri daha ziyade yüksek dayanımlı betonlarda veya taş tozu gibi yüksek miktarda ince malzeme içeren betonlarda görülmektedir [5].
Şekil-5. Boru içerisinde beton akışı
28 günlük dayanımı 41 MPa’dan daha büyük olan betonlar yüksek dayanımlı beton olarak tanımlanır [1].
Yüksek yapılarda emniyetli çalışma ortamı sağlamak, zamandan tasarruf etmek, işçilik maliyetlerini azaltmak vb. sebeplerle hidrolik tırmanır kalıp sistemleri kullanılmaktadır. Bu sistemlerin kullanıldığı durumlarda kalıbı tırmandırabilmek için beton içerisinde kalıcı ankrajlar bırakılmakta olup; proje şartnamelerinde betonun erken yaş mukavemeti yüksek olması gerekmektedir. İzmir’de yapımı devam eden yüksek yapı projesinde 2 günlük dayanım en az 20 MPa civarında istenmektedir. Ayrıca yüksek yapılarda betonun nihai dayanımının da süneklilik açısından bir üst beton sınıfını geçmemesi önerilmektedir.
Kırmataş agrega kullanıldığı durumlarda beton karışımında kullanılacak maksimum tane çapı boru çapının 1/3’ü büyüklüğünde olmalıdır. İnce agrega özellikleri pompalanabilir karışım oranlamasında kaba agregadan daha önemli rol oynamaktadır. İnce agreganın incelik modülüne bağlı olarak pompalı karışımlarda kullanılacak kaba agreganın miktarının belirlenmesinde aşağıdaki tablo basitleştirilmiş bir öneride bulunmaktadır
Karışımların pompalanabilirliği genellikle incelik modülünün azalmasıyla geliştirilmiştir. Başka bir deyişle daha ince kumların kullanılmasıyla. 2.40 ila 3.00 arasında incelik modülüne sahip kum tatmin edicidir. İncelik modülü 3.00’ü geçen kum kullanımı pompalamada zorluk çıkartmaktadır.
Pompalanabilir betonlar için 5- 15 cm aralığında slump değerine sahip betonların en uygun değerler olduğuna dikkat çekmiştir. Yüksek slumplı karışımlarda, agregalar çimento hamuru ve harçtan ayrılarak boruda tıkanmalara sebebiyet verecektir. Fazla ıslak karışımlarda ayrıca kanama, sürüklenmiş hava kaybı ve büzülmede artış sergiler.
5. Numune alma :
Normal dayanımlı betonlardan farklı olarak yüksek dayanımlı betonlarda 15x15 cm küp kalıplar ile alınan numunelerin basınç dayanımları, 15x30 cm silindir numuneler ile hemen hemen aynı sonuçları vermektedir. Normal dayanımlı betonlarda silindir/küp basınç dayanım oranı 0,80 civarında iken yüksek dayanımlı betonlarda bu oran 1,00’e yaklaşmakadır.
C45/55 beton sınıfı kullanılarak inşa edilen bir yüksek yapı projesinde; 15x15 cm küp, 15x30 cm silindir ve 10x20 cm silindir kalıplarla numuneler alınmış, elde edilen 28 günlük basınç dayanım sonuçları Tablo-2’de gösterilmiştir.
Tablo-2. C45 betonun 28 günlük basınç dayanım sonuçları
15x15 cm küp numune | 15x30 cm silindir numune | 10x20 cm silindir numune |
57,3 | 61,7 | 57,3 |
63,7 | 61,7 | 61,2 |
58,3 | 60,2 | 62 |
61,4 | 62,3 | 60,9 |
65,2 | 64,9 | 62,3 |
56,3 | 52,9 | 53,7 |
58,9 | 59,7 | 58,1 |
59,7 | 59,4 | 59,8 |
59,6 | 56,8 | 55,5 |
61,9 | 61,8 | 63 |
62,5 | 61,5 | 56,4 |
59,6 | 58,6 | 60,3 |
58,3 | 55,9 | 56,2 |
63,9 | 61 | 60,1 |
Tablo-2’den C45/55 beton’un 28 günlük ortalama silindir ve küp numune basınç dayanımlarının 60 MPa olduğu, 15x30 cm silindir numuneler ile 10x20 cm silindir numunelerin yaklaşık sonuçlar verdiği görülmektedir. Küp numunelerde olması gereken değerin (55 MPa) yakalanabilmesi için karışım dizaynında çimento dozajı artırılmış, ancak silindir numune ile yapılan kontrollerde ise olması gereken değerin (45 MPa) çok üzerinde bir sonuç elde edilmiştir.
Yüksek dayanımlı betonlarda küp numune ile yapılan çalışmalar ışığında, gerçekte olduğundan daha düşük dayanımlı tespit edilen beton için gerekenden fazla çimento ve katkı maddesi kullanımı ekonomik açıdan doğru olmadığı gibi, çimento hamuru zengin, dolayısı ile hacim sabitliği düşük beton üretilmesine yol açmaktadır. Şimdilik, standartlar betonun basınç dayanımına üst sınır getirmese bile, son zamanlarda, bazı projelerin özel şartnamelerinde betonun basınç dayanımına üst sınır getirildiği görülmektedir. Deprem riskinin yüksek olduğu ülkemizde sünekliliği sağlamak için bu sınırlamaların gerekli olduğu, özellikle yüksek dayanımlı betonlarda silindir numune kullanımının daha sağlıklı sonuç vereceği değerlendirilmektedir.
20 mm agrega anma büyüklüğüne sahip, 28 günlük silindir basınç dayanımları 32-75 MPa aralığında yer alan 152 parti beton üzerinde tamamlanan bir çalışmada; 15x30 cm ve 10x20 cm silindir numuneler üzerinde ölçülen basınç dayanımları arasında yüksek korelasyon katsayılı doğrusal ilişki bulunduğunu, 15x30 cm silindir numune yerine 10x20 cm silindir numunenin, bire bir eşdeğer olarak kullanılabileceği bildirilmiştir [6].
6. Atık betonun uzaklaştırılması ve beton iletim hattının temizliği:
Yüksek yapı projelerinde betonun pompalanması için yatay ve düşey düzlemde kurulan beton iletim hattın temizlenmesi Şekil-6’da gösterildiği gibi sahada ayrı bir temizlik istasyonunun kurulması ile yapılmaktadır. Şekil-6’da görüldüğü gibi 1 no.lu uç sabit pompaya bağlanarak yüksek katlara pompalanmaktadır. İlk pompalama esnasında güç fazla olduğundan beton kılavuzun içerisine alınmıştır. Pompalama işi bitip boru hattının temizleneceği zaman 1 no.lu uç 2 no.lu uca bağlanıp, placing boom ucundan yüksek basınçta sünger top basılarak atık betonlar mikser ile geri dönüşüme gönderilmektedir.
Şekil-5. Boru içerisinde beton akışı
7. Sonuç ve Öneriler:
1. Kulevinç seçiminde Placing boom sistem ağırlığınında dikkate alınması gerekmektedir.
2. Deniz kenarında bulunan yapılarda durabilite açısından deniz suyundan rüzgar etkisiyle tuz serpintisi beton karışım dizaynında dikkate alınmalı,
3. Hidrolik tırmanır kalıp vb. sistemler kullanıldığında zamandan tasarruf için kalıbın beton dökümünü müteakip bir üst kata tırmandırılması gerektiğinden 2 günlük basınç dayanımı 20 Mpa civarında olmaktadır,
4. Yüksek yapılarda kullanılan beton sınıfıda yüksek olması çimento dozajını artırmaktadır. Karışımda çimento dozajındaki artış, hızlı buharlaşmayı gündeme getirdiğinden yüksek katlarda dökülen betonun rüzgar etkisinden dolayı hızlı buharlaşmaya maruz kalmaması için iyi kür edilmesi gerekmektedir.
5. Beton pompa sisteminin (placing boom, yatay-düşey borular, boru temizliği vb.) kurulması esnasında iş güvenliği tedbirlerinin alınması,
6. Kullanılan beton sınıfı bir üst beton sınıfını geçmeyecek şekilde tasarlanmalı,
7. Pompalanan beton ile boru yüzeyi arasındaki sürtünmeyi azaltmak için önden şerbet betonu pompalanmalı,
8. Beton pompa sisteminin kurulmasını müteakip boru içinde kalan atık betonun geri dönüşüm sistemine aktarılması dikkate alınmalı,
9. Pompalamadan dolayı oluşan sürtünme etkisinden dolayı kıvam kayıplarının kontrol edilmesi için mikser ucunda ve beton dağıtıcı pompa ucunda slump kontrolleri yapılmalı,
10. Yüksek dayanımlı betonlarda basınç dayanımı tayininde küp numune yerine silindir numune alınması ve yapı denetim firmalarının da bu şekilde altyapı oluşturmaları önerilmektedir.
Kaynaklar:
0. ACI 304.2R-96 “Placing Concrete by Pumping Methods”
1. “Yüksek yapılarda yüksek dayanımlı beton”, M. Hulusi Özkul, Mustafa E. Karagüler,
2. Buldam Remzi, “Pompajla beton dökümü”, Türkiye Mühendislik Haberleri, Eylül 1975
3. Rrrr
4. Concrete Pumping and Spraying: A Practical Guide, Tom H. Cooke, 1990
5. Erbil Öztekin, Çağla eker, Ender Derin, Betonun Basınç Dayanımının Ölçülmesinde 150/300 veya 100/200 mm Silindir Numune Kullanımı, THBB, Mart- Nisan 2012
