Ana Sayfa / Yazılar / Yapı Malzemeleri MLZ-01
Su/Çimento Oranı: Betonun En Önemli Sayısı
Betona fazladan bir kova su eklemek onu dökmeyi kolaylaştırır ve hem dayanımını hem ömrünü kısaltır. Su/çimento oranı bu takası tek bir sayıyla ölçer. Bu yazı, bu sayının neden bu kadar önemli olduğunu ve neden tek başına bir dayanım tahmini için yeterli olmadığını anlatıyor.
1. Su iki iş yapar
Betondaki suyun iki görevi vardır. Birincisi kimyasaldır: Çimentonun hidratasyonu için su gerekir. İkincisi fizikseldir: Taze betonun akabilmesi, kalıbı doldurabilmesi ve sıkıştırılabilmesi için su gerekir. Sorun şu ki, işlenebilirlik için gereken su genellikle hidratasyon için gerekenden fazladır. Tepkimeye girmeyen fazla su zamanla buharlaşır ve geride birbirine bağlı kılcal boşluklar bırakır.
Su/çimento oranı (w/c), karışımdaki suyun çimentoya kütle oranıdır. Fazla suyun miktarını, yani gelecekteki boşluk hacmini dolaylı olarak ölçer.
2. Abrams kuralı
Duff Abrams 1918'de, aynı malzemelerle yapılmış betonlarda dayanımın büyük ölçüde w/c'ye bağlı olduğunu ve w/c arttıkça azaldığını gösterdi. Bu ilişki "Abrams kuralı" olarak bilinir ve beton teknolojisinin temel ilkelerinden biridir. Ama ampiriktir: Sabitleri çimentonun türüne, agregaya, katkılara ve kür koşullarına göre değişir.
3. Bir tablo, bir kural değil
ABD'de yaygın kullanılan ACI 211.1-91 yönteminin Tablo 6.3.4(a)'sı, bu ilişkiyi tipik malzemeler için bir tablo olarak verir. Sitenin ACI karışım motorundan alınmış değerler:
| 28 günlük silindir dayanımı (psi) | ≈ MPa | w/c, hava sürüklenmemiş | w/c, hava sürüklenmiş |
|---|---|---|---|
| 2000 | 13,8 | 0,82 | 0,74 |
| 3000 | 20,7 | 0,68 | 0,59 |
| 4000 | 27,6 | 0,57 | 0,48 |
| 5000 | 34,5 | 0,48 | 0,40 |
| 6000 | 41,4 | 0,41 | 0,32 |
İki şey dikkat çekiyor. Birincisi, hava sürüklenmiş betonda aynı dayanım için daha düşük w/c gerekir; sürüklenen hava kabarcıkları dayanımı düşürür ama donma-çözülme dayanıklılığı sağlar. İkincisi, tablo birim dönüşümü dışında Türkiye'deki malzemelere doğrudan uygulanamaz. Bu bir kural değil, belirli bir malzeme ailesi için derlenmiş bir başlangıç noktasıdır; deneme karışımlarıyla doğrulanması gerekir.
4. Dayanım kadar dayanıklılık
w/c'nin etkisi dayanımdan çok dayanıklılıkta hissedilir. Kılcal boşluklar birbirine bağlandığında su, klorür ve karbondioksit betonun içine kolayca girer. Bu yüzden betonun maruz kalacağı çevre ağırlaştıkça standartlar, dayanım gerekmese bile, daha düşük bir en büyük w/c öngörür. Bu konu bir sonraki yazının, MLZ-02'nin konusudur.
5. Gizli su: agrega nemi
Karışım hesabındaki su, karışıma eklenen sudur. Ama agrega da nem taşır ve bu nem karışıma katılır. Hesaba katılmazsa gerçek w/c tasarlanandan büyük olur.
Bir örnek: 350 kg çimento, 175 kg su, yani tasarım w/c = 0,50. Kum 750 kg ve hesaba katılmamış %2 serbest nem taşıyor: Karışıma 15 kg fazladan su girer ve gerçek w/c = (175 + 15) / 350 = 0,543 olur. Yukarıdaki ACI tablosuna göre bu, beklenen dayanımı 32,9 MPa'dan yaklaşık 29,7 MPa'ya, yani yaklaşık %10 düşürür. Kütlece küçük görünen bir ölçüm hatası, dayanımda büyük bir fark yaratır.
6. Bu sitenin motoru neden tahmin yapmaz?
Sitenin Türkçe beton karışım motoru, girilen malzemelerden gerçekleşen w/c'yi hesaplar ve hedefle karşılaştırır; ama w/c'den dayanım tahmin etmez. Bu bilinçli bir tercihtir. Abrams bağıntısının sabitleri malzemeye ve kür koşullarına göre değişir; tek bir sabit seçip her kullanıcıya uygulamak, gerçekte doğrulanmamış bir sayıyı kesin bir sonuç gibi göstermek olurdu. ACI aracı ise tahmini yalnızca kaynağını açıkça belirttiği tablo üzerinden yapar.
Bu, sitenin genel ilkesinin bir örneğidir: Bir sayı, dayandığı varsayımla birlikte gösterilemiyorsa hiç gösterilmemelidir.
Kaynaklar
- Abrams, D. A. (1918). Design of Concrete Mixtures. Bulletin 1, Structural Materials Research Laboratory, Lewis Institute, Chicago.
- ACI 211.1-91 (2009). Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete, Tablo 6.3.4(a). Değerler sitenin engine/aci-mix-us.js motorundan alınmıştır; nem örneği aynı tablonun tersinden hesaplanmıştır.
- Neville, A. M. (2011). Properties of Concrete, 5. baskı, Bölüm 6–7. Pearson.
Yazıdaki sayılar sitenin motorlarıyla üretilmiştir; yönetmelik değerleri kaynak madde numarasıyla verilmiştir.