Soğuk hava koşullarının beton üzerine etkisi

Soğuk hava koşulları ile sadece mevsimsel olarak değil, diğer taraftan inşaat yapılacak bölgenin rakımı ve mevsim geçişleri esnasındaki özel hava koşulları durumunda da karşılaşılabilir. Genel olarak kış koşullarında beton dökümü oldukça zahmetlidir. Beton sıfırın üzerindeki sıcaklıkların belirli bir aralığında sertleşebilir ve hedeflenen dayanımına göreceli olarak az zaman içerisinde ulaşabilir. Aslına bakarsak hava sıcaklığı sıfırın altına düştüğünde, betonun sertleşmesi için uygun koşullar sağlanarak beton dökümü yapılabilir. Ancak bu daha iyi planlama, ek enerji, uygun malzeme seçimi ve nitelikli işçilik ile iyi bir kalite kontrol uygulaması ihtiyacını oluşturur.

Soğuk hava koşullarında beton dökümünde karşılaşılacak dayanım ve dayanıklılık sorunlarının sebebi betonda hidratasyon için gerekli olan karışım suyunun beton sertleşmeye başlayıp yeterli dayanıma ulaşmadan donmasıdır. Su donduğunda hacminde %9 civarında artış oluşmaktadır. Donma sırasında suyun yapısında oluşan bu farklılık yüksek bir basınca sebep olur. Bu sebeple kapalı bir kaba tamamen doldurulmuş su donarsa kaba çok yüksek bir basınç uygulaması olacaktır. Beton da içerdiği suyun donması durumunda buzun oluşturduğu böylesi yüksek basınçların beton içerisinde sebep olduğu çekme gerilmelerine karşı duramayacak ve zarar görecektir. Ancak beton henüz taze haldeyken plastik kıvamdadır. Bu sebeple bakarsak beton içerisindeki suyun buza dönüşmesinden meydana gelen hacim artışı beton taze haldeyken çok yüksek içsel gerilmelere sebep olmaz.

Karışım hazırlandıktan sonra taze beton bünyesinde donma olayı meydana gelir ise, donan su hacim artışına sebep olur ve betonun içeriğindeki katı parçacıklar bağımsız bir şekilde birbirinden uzaklaşır. Beton henüz plastik kıvamda olduğundan dolayı bu hacim artışı sebebi ile buzun katı parçacıklar arasındaki boşluklara hareketine karşı gelemez. Bu şekilde katı parçacıkların taze beton bünyesinde buz itkisi sonucu hareketi ile kütle transferi oluşur. Kütle transferi nedeniyle betonu oluşturan bileşenlerin homojenliği sağlanmamış olur.

Taze betonun sıfırın altındaki sıcaklıklarda donması beton bünyesinde aşama aşama oluşmaktadır. Yerine yerleştirilmiş taze beton soğuk hava ile birleşmekte olan yüzeyinden başlayarak donmaya başlar. Beton içerisindeki göreceli olarak soğuk olan bölgelerdeki düşük kısmi basınç sebebi ile betonun daha donmamış bölgelerindeki su soğuk kısma doğru hareket eder. Çimentonun su ile tepkimesi ekzotermik bir tepkimedir. Esas olarak, donmaya başlayan taze beton içerisinde hala bir miktar daha donmamış su içermektedir ve bu bölgelerde çimentonun su ile olan tepkimesi bitmemiştir. Bu tepkimenin sebebi ile bu bölgelerde çimento partiküllerinin yüzeyinde ısı açığa çıkmaktadır. Bu durum suyun soğuk bölgelere doğru hareketine sebep olur ve beton içerisindeki buz kütlesinde artış meydana gelir.

Beton dökümü esnasında hüküm süren soğuk hava şartları sebebiyle don olayı oluşursa taze betonun karışım suyu donar. Beton içerisindeki suyun donması sebebiyle sonradan olacak performans kaybının derecesi donma oluştuğunda taze betonda prizin başlayıp başlamamış olması ile oldukça ilişkilidir. Priz olayı başlamadan önce karışım suyunun donmasıyla birlikte hidratasyon için elzem olan su donmuş olduğu için çimento ile suyun kimyasal tepkimesi başlamayacak ve beton priz almayacaktır. Çözülmenin gerçekleşmesinden sonra taze betonda priz yeniden başlayabilir ama bu durumda taze betonun homojenliğinin oluşabilmesi için yeniden karıştırmaya ihtiyaç duyulacaktır. Ancak yerine yerleştirilmiş betonun yeniden homojen bir şekilde karıştırılması kolay olmayacaktır. Bu sebeple temel olarak don tehlikesinin bulunduğu hava şartlarında dökümü sonraya bırakmak akla gelen ilk tedbir olmalıdır.

Donma olayı taze beton prizini aldıktan sonra ancak daha kayda değer bir dayanıma ulaşmadan oluşursa betonda geri dönüşümü olmayan zararlar meydana gelebilir. Ancak beton prizini aldıktan sonra belirli bir dayanım düzeyine ulaşmış ise donmadan kaynaklanan zararı biraz engelleyebilir. Bunun sebebi yalnızca belirli bir dayanımdaki betonun, suyun donmasından kaynaklanan buzun genleşmesinin oluşturduğu içsel gerilme artışına karşı durması değil hem de ilerleyen hidratasyon sebebiyle karışım suyunun büyük bir kısmının çimento ile tepkimeye girmiş olması ve küçük boşluklara yerleşmiş olmasıdır.

Beton belirli bir basınç dayanımına vardığında, doygunluk derecesi kritik değerin altına iner ve dışarıdan betonun içine su girişi olmasını engeller. Bu dayanıma, iyi bir karışım oranına sahip bir beton iki günde ulaşabilmektedir. Donma olsun veya olmasın, düşük sıcaklıklar, hidratasyonu ve sonuç olarak betonun sertleşmesini ve dayanım kazanmasını erteler. Soğuk hava şartlarında yerine yerleştirilen betonun priz alma süresi normal sıcaklıklarda yerleştirilen betonlara oranla daha uzun sürelidir. Eğer beton donarsa ve donmuş olarak bırakılırsa yavaşça mukavemet kazanır. Bu sıcaklığın altında çimentonun hidratasyonu ve betonun dayanım kazanması ilerlememiş olur.