Genleştirilmiş Polistrenli Hafif Beton Uygulaması

Genleştirilmiş Polistrenli Hafif Beton Uygulaması
Mustafa Erdoğan
Serdar Karabölen
Bursa Beton Sanayi ve Ticaret A.Ş. Ulu
Cadde No: 20 Osmangazi / Bursa
Tel: (224) 251 21 90
E-Posta: m.erdogan@bursabeton.com.tr
Bursa Beton Sanayi ve Ticaret A.Ş. Ulu
Cadde No: 20 Osmangazi / Bursa
Tel: (224) 251 21 90
E-Posta: s.karabolen@bursabeton.com.tr
Serpil Ulu
Bursa Beton Sanayi ve Ticaret A.Ş. Kalite Kontrol ve Ar-Ge Laboratuvarı
Bursa – İzmir yolu 20. km. Görükle / Bursa
Tel: (224) 483 31 50
E-Posta: s.ulu@bursabeton.com.tr
Öz
Bursa Merinos Fabrikasının “Atatürk Kültür Merkezi ve Merinos Kültürparkı” olarak
düzenlenmesi kapsamında, yapının taşıyıcı çerçeve sistemi korunmak kaydıyla,
yapılmış olan statik hesaplar neticesinde mevcut döşeme kaplaması kaldırılarak, yerine,
taşıma gücü olmayan ancak sisteme en az yük getireceği planlanan ve aynı zamanda ısı
yalıtım vazifesi göstereceği öngörülen hafif beton tercih edilmiştir. Yapılan laboratuar
denemeleri sonucunda istenen özelliklere uygun tasarım belirlenmiş ve endüstriyel
üretime geçilmiştir. Bu çalışmada, firmamız tarafından temin edilen granüle stiroporlu
hafif beton uygulaması detaylı bir şekilde irdelenmektedir.
Anahtar sözcükler: Genleştirilmiş polistren, Hafif beton, Birim ağırlık, Isı yalıtımı
155
Giriş
Günümüzde, tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de “kentsel dönüşüm projeleri” önem
kazanmaktadır. Bazen ekonomik ömrünü tamamlamış yapıların işlevleri değiştirilerek
nitelikli ve kaliteli yeni bir değer oluşturulabilirken, bazı durumlarda da var olanı
kaldırıp gereğinde yeniden inşa etmek ve kente yeni eklemeler yapmak çağdaş bir
planlama yöntemi olarak kabul görmektedir.
Cumhuriyet Türkiye'si sanayi devriminin simgelerinden biri olan Bursa Sümerbank
Merinos Yünlü Sanayi Dokuma Fabrikası Kasım 1935 tarihinde temeli atılmış, 2 Şubat
1938 tarihinde Mustafa Kemal Atatürk tarafından hizmete açılmıştır. 1970'lere kadar
gelişerek ve büyüyerek son derece verimli bir şekilde çalışan fabrika bu dönemden
sonra eski verimini devam ettiremeyip, zarar eden bir işletme durumuna gelmiştir.
Sümer Holding A.Ş. mülkiyetinde bulunan fabrika, Özelleştirme Yüksek Kurulu'nun
25.10.2004 tarihli kararı ile eğitim, halka açık kültür, sanat ve rekreasyon amaçlarında
kullanılmak üzere Bursa Büyükşehir Belediyesi'ne devredilmiştir.
Toplam 261 806 m2 yüzölçümlü Merinos fabrika alanının “Atatürk Kültür Merkezi ve
Merinos Kültürparkı” olarak düzenlenmesi; Bursa ve yakın çevresini doğrudan
ilgilendirdiği gibi tüm ülkenin de ilgi odağı olacak çok önemli bir kamu yatırımı ve
ulusal ölçekte diğer kentlere de örnek oluşturabilecek bir dönüşüm projesidir (Bkz
Resim 1 – 2 – 3 ) [3].
Resim1 Projenin Vaziyet Planı
156
Resim 2 Maket Görünüş.
Resim 3 Maket Görünüş.
Proje kapsamında, Koruma Kurulu kararına göre tescil edilen 11 adet ve korunması
tavsiye edilen 2 adet olmak üzere toplam 13 adet yapının restorasyonu
gerçekleştirilecek ayrıca tüm açık alan kamusal ‘’kentsel park oluşturma’’ amacına
yönelik olarak “Kültürpark” biçiminde düzenlenecektir. Ana Bina Kongre Kültür
Merkezi olarak değerlendirilecek, diğer binalar ise kültür ve rekreasyon amaçlı
düzenlenecektir. İlave yapılacak yapıların projeleri hazırlanıp bununla birlikte alanda
bulunan mevcut yapıların röleveleri çıkartılarak restorasyon amaçlı ön projeleri
hazırlanıp koruma kurulu onayı alınmıştır. 20.03.2006 tarihinde uygulama ihalesi
yapılmış olup ihaleyi kazanan müteahhit firmalar tarafından çalışmalara başlanmıştır.
Müteahhit firmanın kongre binasına dönüştüreceği ana bina olan fabrika binasının
toplam alanı 109 424 m²’dir. Bu yapının taşıyıcı çerçeve sistemi korunmak kaydıyla,
yapılmış olan statik hesaplar neticesinde mevcut döşeme kaplamasının kaldırılarak,
yerine, taşıma gücü olmayan ve sisteme en az yük getireceği planlanan ve aynı zamanda
ısı yalıtım görevi göstereceği öngörülen hafif beton tercih edilmiştir.
Müteahhit firma, bu bağlamda, firmamızdan birim ağırlığı 850 – 950 kg/m³ , 28 günlük
basınç dayanımı en az 3 MPa ve ısıl iletkenlik katsayısı en fazla 200 mW/mK olan hafif
beton talep etmiştir.
157
Hafif beton kullanılmasını gerekçe kılan sebebe bakacak olursak;
Eski Durum
Toplam ağırlık = 648 kg/m²
Yeni Durum
Toplam ağırlık = 685 kg/m²
Yeni projeye göre döşeme kotunun yükseltilmesi neticesinde beraberinde ağırlık
problemi de getireceği için; yukarıdaki kesitlerden de görüleceği üzere; hafif beton
yerine normal beton kullanılması durumunda;
900 x 0,15 = 135 kg/m² yerine 2400 x 0,15 = 360 kg/m² ilave yük oluşacaktır. Bu artış,
toplam ağırlığın 685 + (360 – 135) = 910 kg/m²’ye çıkmasına ve yapının statik açıdan
riskli duruma gelmesine sebebiyet vermektedir. Hafif beton kullanılması durumunda
ise; sadece 37 kg/m² fazladan ağırlık ile bu sorun aşılırken, yapı 360 – 135 = 225 kg/m²
fazla yükten kurtulmuş olacaktır.
Yapılan kot taraması sonucu ortalama 15 cm. kalınlıkta uygulanması öngörülen hafif
beton miktarı yaklaşık olarak 10 000 m³ olup, tebliğin hazırlandığı sıralarda 7.075 m³’ü
dökülmüş durumdadır.
158
Uygulama
Deneysel Çalışma
Önceki yıllarda da ( 2003 yılında ) benzeri projelerde fiili uygulaması gerçekleştirilen
hafif betonun bu projedeki endüstriyel üretimine başlamadan önce, müteahhit firma
tarafından talep edilen beton özelliklerini karşılamak amacıyla; birim ağırlık, hava
içeriği, 30 dakikalık kıvam kaybı, ısıl iletkenlik katsayısı, 3 – 7 – 28 günlük basınç
dayanımları ve granüle ekspande polistrenin yoğunluğundaki değişkenlikleri kapsayan
bir seri deneysel çalışma yapılmıştır. Yukarıda bahsi geçen deneyler 15.12.2006 –
19.01.2007 tarihleri arasında firmamızın Görükle’de kurulu Kalite Kontrol ve Ar-Ge
laboratuarında gerçekleştirilmiştir.
Denemelerde, 20 ± 2 cm. kıvam hedef alınmış olup, yapılan karışımlara ait veriler
Tablo 1’ de görülmektedir.
Tablo 1 - Beton deneme karışımları tablosu.
Deney tarihi
Karışım No
Çimento (CEM I) (kg/m³)
Uçucu kül (kg/m³)
Kırma kum (kg/m³)
Kimyasal katkı
(süper akş.) (%)
Kimyasal katkı (hava
sür.) (%)
Granüle EPS (kg/m³)
Su/çimento
Beton sıc. (ºC)
Hava sıc. (ºC)
Çökme (cm.) (başl.)
Çökme (cm.) (30 dk.)
Birim ağırlık (kg/m³)
Hava (%)
3 gün
Basınç
dayanımı
7 gün
(MPa)
28 gün
K1
310
50
420
K2
320
50
405
K3
330
50
385
K4
340
50
370
15.12.2006
K5
K6
350
360
50
50
365
345
K7
370
50
345
K8
380
50
325
K9
390
50
310
K10
10,45
0,37
19
11
18
16
902
20
1,5
3,0
4,0
10,40
0,37
19
11
18
16
885
22
1,4
3,0
4,4
10,50
0,36
18
10
18
15
897
21
1,6
3,4
4,2
10,35
0,36
18
9
18
16
921
18
1,5
3,5
4,7
400
50
310
1,0
1,2
10,45
0,41
19
14
18
16
906
20
0,9
1,3
2,2
10,50
0,40
19
15
18
17
912
19
1,0
1,6
2,5
10,60
0,39
20
16
18
16
913
19
0,8
1,6
2,8
10,60
0,39
18
14
18
16
878
22
1,2
2,1
2,9
10,50
0,38
18
13
18
16
893
21
1,6
2,9
3,8
10,50
0,38
19
12
18
17
932
18
1,4
3,2
4,3
Yapılan laboratuvar çalışmaları içinden seçilen 5 adet farklı karışıma ait deney
numuneleri ısıl iletkenlik deneyi (TS 825, TS 388, TS ISO 8301, TS EN 12667)
gerçekleştirilmek üzere İzocam A.Ş. Ar-Ge laboratuarına gönderilmiş olup buradan
elde edilen değerler Tablo 2’de verilmektedir (Yıldız ve Kaya, 2004).
Tablo 2 Isıl iletkenlik deney tablosu
Numune no
Isıl iletkenlik
(mW/mK)
Birim Ağırlıklar
(kg/m3)
K5
K7
K3
K4
K6
161,3
180,4
172,3
154,3
198,0
893
902
913
878
932
159
Malzemeler
Çimento
Denemelerde Bursa Çimento Fabrikası A.Ş. tarafından üretilen CEM I tipi çimento
kullanılmış olup özellikleri Tablo 3’ de görülmektedir.
Tablo 3 - Kullanılan çimentonun özellikleri.
Özgül
ağırlık
Blaine özgül
yüzeyi
(cm²/gr)
3,15
3485
45
μm
üstü
%
12
Basınç dayanımı (N/mm²)
Kızdırma
kaybı (%)
SO3
(%)
Cl¯
(%)
1 gün
2 gün
7 gün
28 gün
3,45
2,47
0,011
12,8
22,7
41,4
53,4
Mineral Katkı
Orhaneli Termik Santrali’nden temin edilen uçucu kül kullanılmıştır. Kullanılan uçucu
külün fiziksel ve kimyasal özellikleri Tablo 4’ de görülmektedir.
Tablo 4 - Kullanılan mineral katkının özellikleri.
Özgül ağırlık
İncelik (45 μm elek üstü, %)
Puzolanik aktivite
28 gün
indisi (%)
90 gün
Kızdırma kaybı (%)
Klorür (%)
SO3 (%)
Serbest CaO (%)
Genleşme (mm)
2,05
31,2
80,8
97,3
0,46
0,009
2,87
2,13
3
Agrega
Gürsu / Bursa bölgesinden temin edilen kırma kum kullanılmıştır. Kullanılan agreganın
özellikleri Tablo 5’de görülmektedir.
Tablo 5 - Kullanılan agreganın fiziksel özellikleri.
Fiziksel Özellikler
5,6 mm.
4 mm.
2 mm.
1 mm.
Elekten geçen (%)
0,5 mm.
0,25 mm.
0,125 mm.
0,063 mm.
İncelik modülü (F.M.)
Özgül ağırlık (DKY)
Su emme (ağırlıkça, %)
Metilen mavisi değeri
160
100
92
64
43
30
21
14
9
3,36
2,64
1,33
0,5
Genleştirilmiş Polistren
Üretici firmadan temin edilen granül haldeki genleştirilmiş polistrenin birim ağırlığı
20 kg/m3 dür.
Kimyasal Katkı
Deneme karışımlarında iki farklı kimyasal katkı kullanılmıştır. Bunlardan ilki karışım
suyunu azaltmak amacıyla kullanılan süper akışkanlaştırıcı katkı (ligno+naftalin
sülfonat esaslı); ikincisi ise betonu hafifletmek amacıyla kullanılan sodyum tuzları
karışımından oluşan hava sürükleyici katkıdır. Kullanılan kimyasal katkılara ait fiziksel
ve kimyasal veriler Tablo 6’da görülmektedir.
Tablo 6 - Kullanılan kimyasal katkıların özellikleri.
Katkının cinsi
Süper akışkanlaştırıcı
Hava sürükleyici
Görünüm, renk
Yoğunluk (gr/cm³)
Kuru madde (%)
pH
Suda çözünür klorür (%)
Alkali miktarı (%, Na2O)
Koyu kahverengi sıvı
1,190
39,1
8,4
< 0,1
< 5,0
Koyu kahverengi sıvı
1,008
3,6
8,6
< 0,1
< 5,0
Endüstriyel Üretim
Endüstriyel üretimin gerçekleştirilmesi amacıyla hafif betonun kullanılacağı şantiyeye
(Atatürk Kültür Merkezi ve Merinos Kültür Parkı) mesafesi en yakın (8km) ve üretim
kapasitesi 60 m3/saat olan tesis seçilmiştir. Endüstriyel olarak üretilen betonlara birim
ağırlık, hava miktarı, kıvam, kıvam kaybı ve basınç dayanımı deneyleri uygulanmıştır.
Üretim prosesinde, her transmikser doluma girmeden önce gerekli EPS miktarı
yüklenmiş, diğer bileşenler konvansiyonel betondaki gibi santralde yüklenmiştir. Bu
şekilde bir transmikserin dolumu toplam 30 dakikayı bulmuştur. Ancak, betonun
hafifliğinden dolayı kolay ve az zamanda gerçekleşen döküm süresi göz önüne
alındığında toplam sürenin konvansiyonel beton döküm süresinden farklı olmadığı
ortaya çıkmaktadır. Ancak, üretim esnasında yapılan zemin kodu okumaları neticesinde
zaman zaman kalıp hacmi ile sevk edilen beton hacmi arasında farklılıklar
gözlemlenmiştir. Bunun nedeni olarak, granüle haldeki EPS üreticisinden temin edilen
hammaddedeki (fabrikadaki üretiminden kaynaklanan) yoğunluk değişkenliği ve
öngörülen hava miktarındaki değişkenlik ön plana çıkmıştır. Bu değişkenliklerden
dolayı, endüstriyel üretim için öngörülen beton karışım oranlarının sık sık gözden
geçirilmesi gereği ortaya çıkmıştır.
161
Tablo 7 – 8 – 9’ da endüstriyel üretime ait bilgiler yer almaktadır.
Endüstriyel üretim süresince alınan 76 takım taze beton numunesine ait verilerin
ortalama değerlerini ve istatistiksel bilgileri içeren tablo aşağıda görülmektedir.
Tablo 7 – Taze ve sertleşmiş GPHB deney sonuçları
Çökme
Kaybı
(30
Çökme
dk.)
Birim
Ağırlık
Hava
İçeriği
Hafif Beton
(kg/m³)
(%)
(cm)
Minimum
Maksimum
Ortalama
811
923
865
17
32
28
12
25
16
Beton
Sıcaklığı
Hava
Sıcaklığı
(cm)
(ºC)
(ºC)
1
4
2
19
32
27
5
23
12
Basınç
Dayanımları
(MPa)
3
7
28
gün gün gün
0,9
1,4
1,1
1,8
2,4
1,9
Standart
Sapma
2,8
3,9
3,5
σ28
0,11
Tablo 8 – Isıl iletkenlik ve yoğunluk deneylerine ait istatistiksel değerler
Isıl İletkenlik
Katsayısı
Genişletilmiş
Polistren
Yoğunluk
Hafif Beton
(mW/mK)
(kg/m³)
Minimum
167,1
17
Maksimum
190,3
22
Ortalama
176,8
19
Standart Sapma
σ28
0,8
Tablo 9 – GPHB karışım tablosu.
BETON BİLEŞENLERİ ( kg / m³ )
Çimento
Su
Miktarı
(kg)
Tipi
(kg)
350
CEM I
140
42,5 R
W/C
0,38
Kimyasal Katkı-1
Kimyasal Katkı-2
EPS
Mineral
(kg)
(%)
CİNSİ
(kg)
(%)
CİNSİ
(kg)
Katkı ( kg )
4,00
1,00
DARACEM
4,80
1,20
AE 3
10,5
50
Taş
Kumu
0/5
(kg)
Toplam
(kg/m³)
335
894
556 E
162
Sonuçlar ve Değerlendirme
Gelişen toplumlarda, sosyo-ekonomik seviye yükseldikçe değişen tüketici talepleri,
üreticileri tüketicilerin beklentilerini karşılayacak yeni ürünler üretmeye zorlamaktadır.
Tüketicinin ihtiyaçlarına cevap veremeyen firmalar ise rekabet ortamında ciddi
sıkıntılar yaşamaktadırlar. Özellikle son 20 yılda, dünyada ve Türkiye'deki genel nüfus
artışı, büyüme ve uluslararası haberleşme ve ticaretin artmasına paralel olarak,
tüketiciler daha kaliteli ve ihtiyaca yönelik ürünleri talep etmişlerdir.
Bu bağlamda “Atatürk Kültür Merkezi ve Merinos Kültürparkı “ projesinde kullanılmak
üzere talep edilen hafif betonun önceki yıllarda da üretiminin gerçekleştirilmiş olması
ve beraberinde edinilen tecrübelerin bahsi geçen projedeki hafif beton uygulamasında
ciddi katkısı olmuştur. Buna rağmen üretilen hafif betonun birim hacmindeki sık
değişimler, üretici olarak bizi bunun sebeplerini araştırmaya itmiştir. İncelemelerin
sonucunda ekspande polistren üretiminden kaynaklanan hammaddedeki yoğunluk
değişkenliği ile hava sürükleyici katkının betonun transferi esnasında geçen süreye
bağlı olarak gösterdiği performansdaki değişkenliğin hedeflenen beton hacminin elde
edilmesindeki farklılıkların en önemli sebebi olarak görülmüştür.
Türkiye’de başlıca EPS’li hazır beton uygulamaları arasında en büyüklerinden biri
olarak yer alan bu çalışmada talep sorunsuz bir şekilde karşılanmıştır. Böylelikle hazır
beton sektöründe alternatif bir ürün pazara tanıtılmış ve kazandırılmıştır. Tablo 7’ye
bakıldığında, talep edilen; birim ağırlığı 850 – 950 kg/m³ , 28 günlük basınç dayanımı
en az 3 MPa ve ısıl iletkenlik katsayısı en fazla 200 mW/mK olan hafif beton üretilmiş
ve yerine yerleştirilmiştir. Eğer birim ağırlığı 2300 kg/m3 olan donatısız bir beton bu
projede tercih edilseydi, m2’ye ilave 345 kg yük geleceği gibi, ısıl iletkenlik katsayısı da
1740 mW/mK olacaktı. Bu anlamda özellikle deprem bölgelerinde binaları gereksiz
yüklemelerden korumak için granüle EPS’li hafif beton uygulamasının optimum bir
çözüm olduğu söylenebilir.
Teşekkür Yapılan bu deneysel çalışmalarda gerek yardımlarını, gerek teknik
desteklerini esirgemeyen Gintaş A.Ş.’ye teşekkür ederiz.
Kaynaklar
TS 388 (1977), Plaka Metodu ile Isı İletkenliğinin Tayini, Türk Standartları Enstitüsü.
TS 825 (1998), Binalarda Isı Yalıtım Kuralları, Türk Standartları Enstitüsü.
TS EN 12667 (2003), Yapı Malzemeleri ve Mamullerinin Isıl Performansı-Mahfazalı
Sıcak Plaka ve Isı Akış Sayacı Metotlarıyla Isıl Direncin Tayini-Yüksek ve Orta Isıl
Dirençli mamuller, Türk Standartları Enstitüsü.
TS ISO 8301 (2002), Isı Yalıtımı - Kararlı Halde Isıl Direncin Ve İlgili Özelliklerin
Tayini - Isı akış Tayini İçin Metotlar, Türk Standartları Enstitüsü.
Yıldız, S. ve Kaya, A. (2004), Styropor Kullanılarak Elde Edilen Hafif Betonların
Fiziksel Özelliklerinin Deneysel Olarak Araştırılması, Fırat Üniversitesi Fen ve
Mühendislik Bilimleri Dergisi, 16(2),357–366.
163
164