Beton uygulamalarında sentetik fiber donatı, metal donatı yerine geçer mi? Hangi donatı yapısaldır, hangisi değildir? Hasır demirin yanlış pozisyonlanması, etkisini ve kullanım amacını ortadan kaldırır mı? Beton ve beton donatı elyaflarının nasıl doğru kullanılacağına yönelik tüm soruların yanıtlarını İstanbul Teknik İhracat Müdürü Murat Erbaş’tan aldık.
H.T.: Murat Bey merhaba, öncelikle biraz sizi tanıyabilir miyiz?
M.E.: 1971 yılında İstanbul’da doğdum. Ailem beş kuşaktır İstanbulludur. 1992 yılında İTÜ Elektrik Mühendisliği bölümünden mezun oldum. Yaklaşık yedi yıldır da İstanbul Teknik İnşaat’ta ihracat konusundaki faaliyetleri yürütmekteyim.
H.T.: Müsaadenizle doğrudan konuya girmek istiyorum. Beton donatı uygulamalarında sentetik fiber donatı, metal donatı yerine geçer mi?
M.E.: Eğer yapısal temel, kat betonu, kolon – kiriş ve perde duvardan bahsediyorsanız, mukayese edilemez. Metal donatı ve iyi sıkıştırılmış ve yerleştirilmiş beton tek kullanabileceğiniz malzemedir. Şayet biri size “fiber donatılı betonlar çok daha güçlü” diyorsa, cidden söyleyenin beton bilgisini ve değer ölçütlerini sorgulamak gerekir.
Köprü ayağı, sömel, pabuç, temel, vb. yapısal uygulamalar için metal donatının yerine geçecek yahut ikame edecek bir sentetik donatı fiber ya da elyaf ürünü yoktur. Ancak beton kullanımı sadece bu uygulamalar ile sınırlı değildir. Çok daha fazla ve özellikli sentetik fiber donatı kullanılabilecek beton uygulamaları da mevcuttur. Sadece sentetik donatı fiberi (mikro ve makro) kullanımının yeterli olacağı bir çok uygulama, günümüz inşaat teknolojisinde mümkündür.
Saha betonları, kaldırımlar, endüstriyel zemin uygulamaları, şaplar, otopark kaplamaları, beton yollar ve banketler gibi uygulamalarda geleneksel olarak üç seçeneğiniz bulunur; beton ve metal donatı çubukları, beton ve hasır demir, beton ve fiber donatı. Yapısal döşemelerde (taksi, pist, yol, liman, vb.) metal donatı çubukları kullanılması uygundur. Bazı özel durumlarda ve zemin koşullarında donatı çubuklarının miktarını azaltmak ve / veya ara açıklıklarını arttırmak için sentetik fiber (makro) kullanılabilir.
Yüzer döşemeler ise sentetik fiber donatıların en yaygın kullanım alanıdır. Misal; tesviye, eğim, düzeltme, tamir amaçlı şaplar, kaldırımlar, avlu, teras, çatı kaplamaları, banketler, vb. Ayrıca saha beton kaplamalarında yapısal olmayan ve tali donatı olarak kullanılan hasır demir donatının ikamesi için de sentetik fiber donatılar güvenle kullanılmaktadır.
H.T.: Hangi donatı yapısaldır, hangi donatı yapısal değildir?
M.E.: Bu, sentetik fiber donatı kullanımında doğru karar verebilmek için sorulması gereken oldukça kritik bir sorudur. Eğilme momentlerinin olduğu durumlarda ya da zemin yük taşıma karakteristik değerlerin yetersiz ve / veya riskli olan bölgelerde saha beton kaplamalarında mutlaka “yapısal donatı” kullanılır. Bu donatı, beton döşemenin nötr yük çizgisinin altındaki (toprağa yakın) bölgede olmalıdır. Nötr yük çizgisinin üst bölgesindeki donatılar “yapısal donatı” değildir. Daha çok rötre – büzülme – çatlamalarının engellenmesi için 5 mm2 – 6 mm2 çaplı hasır demir (Q131 – Q188) donatı kullanılır.
Diğer bir durum çalışma koşulları ve şartlarıdır. Metal donatının kullanılamayacağı elektro manyetik alanların ve kimyasalların (hidrokarbon ve organik atıklar, asidik, tuzlu, bazik, alkali, vb.) etkili olduğu ortamlarda sentetik fiber donatıların kullanımı zorunludur.
H.T.: Hasır demirin yanlış pozisyonlanmasının etkileri nelerdir?
M.E.: Rötre ve çökme çatlamalarını engellemek için kullanılan hasır demirin performansı ve iş görmesi doğru pozisyonlanmaya bağlıdır. Hasır demirin üst yüzeyden 50 mm altta yerleştirilmesi gerekmektedir. Nötr eksenine, orta merkeze, zemine yakın konumlandırılan hasır demir görevini tam olarak ve beklendiği gibi yapamaz. Boşuna işçilik, para ve zaman kaybından öteye geçmez.
Halbuki sentetik fiber donatıların (ister mikro, ister makro formda olsun) konumlandırma / pozisyonlama problemleri yoktur. Her durumda ve her zaman doğru, yeterli ve gereği gibi konumlanarak yüksek performans sağlar.
Teknik olarak “Slab on ground” olarak adlandırılan ve ülkemizde “gro-beton” olarak bilinen saha kaplamaları dünyada sentetik fiber donatının en yaygın kullanıldığı segmenttir. Bu sayede beton kaplamanın performans, sağlamlık, mukavemet, dayanıklılık ve durabilite (dayanıklılık) özellikleri geliştirilir. Her zaman doğru pozisyonlanır, üç boyutta tali donatı özelliği sağlar.
H.T.: Sentetik donatı fiberlerinin performans özellikleri ile de kısaca bizi bilgilendirir misiniz?
M.E.: Aklımızdan çıkartmamamız gereken bir ilkemiz var; uygun olmayan bir betona fiber katarsanız, belirgin bir sonuç ve fayda gözlemleyemezsiniz. Halbuki uygun ve gereği gibi tasarlanmış ve katkılanmış bir betona sentetik fiber donatı katarsanız mükemmel sonuçlara ulaşırsınız.
Betondaki birçok problemi düşük çökmeli – kuru kıvamlı – yüksek mukavemetli C25 – C30 sınıfı ve hava sürükleyicili (donma – çözünme çevrimine direnç) ve yalancı derz kesimi (iç gerilmeler nedeniyle düzensiz çatlamaları önler) ile çözebiliriz.
Saha beton kaplamalarında kenar, köşe, kıvrım ve derzlerde sağlamlık için sentetik fiber ile beraber hasır demir donatı da kullanılmalıdır. Bu ekstra donatı desteği hareketli ağır yüklerin (araç) olması durumunda çok faydalı olacaktır.
Bütün betonlar istisnasız çatlar ve büzülür. Bazı çatlamalar gözle görülmez ve çatlamamış intibası oluşturabilir. Bunun yanı sıra oturma, çökme ve büzülme nedeniyle düzensiz ve kontrolsüz kılcal çatlamalar ve yarılmalar gözlenebilir. Yüzey hasarları beton dökümünde bir hata olarak görülür. Sentetik fiber donatı kullanımı ile bir garanti ve teminat alınarak söz konusu yüzey kusurları azaltılabilir ve hatta ortadan kaldırılabilir. Ayrıca yalancı derz kesimleri de çatlakların hangi yönde ve nasıl olacağı konusunda öngörü sağlar.
Helikopter, girdap, fırça, görünür agregalı dekoratif yüzey işleme ve bitişleri sentetik fiber donatı kullanımında memnuniyetsizliğe yol açabilir. Özellikle mikro fiber uygulamalarında yüzeyde kıvırcık, havlı ve tüylü bir görünüm ile karşılaşılabilir. Aslında bu mikro sentetik fiberlerin mükemmel dağıldığını ve görevini doğru yaptığının bir göstergesidir. Bu görüntü kirliliğinden kurtulmak kolayca mümkündür. Açık alevli bir pürümüz ile yüzey yalanarak fiberlerin erimesi sağlanabilir. Uzun dönemde trafik yoğunluğuna bağlı olarak birkaç günde ya da hafta içinde yüzeydeki fiberler koparak da uzaklaşırlar.
Bir saha beton kaplamasının performansı ve durabilitesi (dayanıklılığı) doğrudan zemin parametrelerine bağlıdır. Şayet zayıf bir zemin üzerine uygulama yapılacaksa, bir takım zemin stabilizasyon teknikleri kullanılarak gerekli ve yeterli tedbirler alınabilir. En basitinden zemine 10 – 12 cm’lik kırma taş temel dolgu yapılarak zemin sağlamlaştırılabilir. Bu gerçekten zeminlerin çoğu için yeterli mukavemeti sağlar. Zeminin stabil ve sağlam olması durumda üst yapı olan beton kaplama çok daha bütünsel ve kararlı olacaktır.
Bir çok projede mühendis ve mimarlar beton kaplamanın nasıl güzel, dayanıklı ve sağlam olacağı konusunda kaygı duyarlar. Aslında bu gözüken “deri” – üst yapı – kısmına hak ettiğinden çok daha fazla önem verirler. Halbuki kırma taş temel ve onun dayanıklılığı çok daha önemli bir kriterdir.
H.T.: Sentetik donatı fiberlerin kullanım amaçları ile ilgili de bizleri bilgilendirir misiniz?
M.E.: Taze beton yerleştirildiğinde yüzeydeki nem kaybı, beton kütlesinin nem kaybından çok daha hızlı ve kontrolsüz olmaktadır. Yüzey kürünü aldıkça, yüzeyin altında kalan kısımda iç gerilmeler oluşur ve her yönde, rastgele ve düzensiz mikroskobik çatlamalar oluşacaktır. Oluşan mikroskobik çatlamaları engelleyecek ve durduracak bir tali donatı yok ise bu kılcal çatlamalar uzayıp, genişleyerek yarık şeklini alacak ve beton kaplamanın performansını ve estetik görünümünü bozan bir hal alacaktır.
Ancak sorun alt zeminden kaynaklanıyorsa, bu yarılmalar ve çatlamalar statik ve yapısal sorun olacaktır ve mikro sentetik fiberin bu durumda bir faydası olmayacaktır.
Bazı yüzey çatlamaları geniş açıklılıklarda eğilme ve esneme nedeni ile oluşan aşırı içsel bükülme gerilmeleri taşıyacak bir donatının olmaması nedeniyle oluşur. Bu çatlaklar ve yarıklar yapısal nedenlerden dolayı meydana gelir ve gelişigüzel değil, tahmin edilebilir boyutta ve genişlikte olmaktadır. Yapısal çatlaklar çok az ve nadiren saha betonu kaplamalarında gözlenirken, yaygın olarak demir donatı çubuklarının veya hasır demir donatının kullanılmadığı kat ve döşeme betonlarında oluşur. Şayet bir saha betonunda bükülme / eğilme kuvvetlerinden dolayı yapısal çatlamalar ve yarıklar gözleniyorsa, bunun başlıca kaynağı alt temelin zayıf olmasıdır.
Mikro fiber tali donatılar taze betonda oluşan rötre çatlamalarının engellenmesi konusunda çok başarılıdırlar. 1996 yılında dökülen betonlarda hala çatlak görülmemektedir. Aşırı dozajda olmamak koşulu ile mikro fiber donatı kullanımının betonun basınç dayanımına etkisi yoktur.
Fiber kullanımında dikkat edilmesi gereken konulardan biri de kullanılan beton katkısı ile fiber ve elyafların uyumudur. Özellikle mikro donatı – ince – fiber katkıların polaritesi ve kimyasal yapılarıyla etkileşimi mümkündür. Bu etki taze betonda topaklanma ya da dağılmama olarak karşımıza çıkar. Yaygın kullanıma geçmeden önce katkı ve fiber uyumu test edilmelidir.
Sentetik fiberler beton içinde rastgele ve üç boyutta dağılır. Doğru ve faydalı donatı yoğunluğu için metreküp başına en az 5000 lineer metre makro fiber ilave edilmelidir. Bu perspektiften; basit bir donatı hesabı yapılırsa; eşdeğer çapı 0,90 mm ve 40 mm uzunluğunda 2,85 kg /m3 makro fiber ihtiyacı oluştuğu ortaya çıkar. Gerekli minimum donatı yoğunluğu için bu değer referans alınabilir.
Diğer bir konu işlenebilirliliktir. Genel olarak mikro ya da makro fiber kullanımının yüksek dozda olmamak ve iyi sıkıştırmak şartları ile betondaki hava / boşluk miktarına etkisi yoktur. Fakat kıvama (slump) etkisi belirgindir. Fiber katılması ile kıvamda 5 cm’e varan bir azalma gözlenebilir. Bu gibi durumlarda bir miktar akışkanlaştırıcı beton katkısı, işlenebilirliği sağlamak için betona ilave edilebilir.
Eğer sorumuza geri dönersek, sentetik fiber kullanımı metal donatı yerine geçer minin yanıtı bazı sınırlar içerisinde “evet” olacaktır. Bu sınırlamalar;
- Döşeme ve taşıyıcı betonlar
- Yapısal beton plakalar
- Zeminin zayıf ve yük taşıma kapasitesinin düşük olduğu saha betonları olarak çerçevelendirebilir.
Bunun dışındaki tüm uygulamalar ve çözümlerde Sentetik Fiber Donatılar, tali donatı olarak güven ve yüksek performans ile kullanılabilir.
Tekrar belirtmekte fayda görüyoruz; sentetik fiber donatılı saha betonları için ön koşul zeminin geoteknik mühendisliğinin öngördüğü sıkıştırma değerine sahip olması ve gerekiyorsa geogrid donatı ile güçlendirme yapılmasıdır. Şayet yerel oturmalar ve çökmeler gözlenirse, sentetik fiberlerin rötre çatlamalarını engellemenin ötesinde yarıkları ile çatlamaları önlemesi ve çatlak genişliğini / boyunu azaltması beklenemez. Ayrıca standartlarda tavsiye edilen ano açıklıklarına ve yüke göre tespit edilmiş beton sınıfı ve kalınlıklarına uyulmalıdır.
Kullanılacak sentetik fiber tipi, teknik özellikleri ve dozaj – miktar – için malzeme tedarikçinize ve mühendislik firmalarına danışılmalıdır.
H.T.: Murat Bey, zaman ayırıp sorularımızı yanıtladığınız için teşekkür ederiz.