Beton, uygulama alanı gereği yüksek sıcaklığa maruz kalmaktadır. Her ne kadar yanmaz malzeme sınıfında olsa bile, dayanım konusunda oldukça hasar almaktadır. Sıcaklığın artmasıyla beraber betonda büyük çatlaklar meydana gelmektedir ve beton dayanımı, bu çatlaklardan olumsuz etkilenmektedir. Meydana gelen bu dayanım kaybı, yapının çökmesine sebep olmaktadır. Bu sebeple beton her ne kadar sıcaklığa dayanıklı bir malzeme olsa da oluşacak etki göz ardı edecek kadar küçük değildir.

Beton Dayanımında Sıcaklık Etkisi

Betonun maruz kaldığı sıcaklık 100 dereceye ulaştığında basınç dayanımı konusunda bir düşüş gözlemlenmektedir. Bu düşüşün sebebi; beton içerisindeki boşluklarda bulunan suyun genleşerek beton yüzeyinde çatlaklar meydana getirmesidir. Boşluklarda bulunan su dışarıya basınç uygulayarak betonun genleşmesine neden olur. Bu genleşme ve çatlaklar betonun basınç dayanımında düşüşe sebep olmaktadır.

100° sıcaklıkta dayanımın düşmesinin aksine beton 200° sıcaklığa ulaştığında dayanım artmaktadır. Bu artış 20 derece sıcaklıktaki beton dayanımının üzerine çıkmamaktadır. Beton 200 derece sıcaklığa ulaştığında boşluk içerisinde bulunan sular çatlaklardan uzaklaşmaktadır. Bu uzaklaşmayla beraber beton içerisindeki su basıncı düşer. Genleşmenin azalmasıyla beraber atomlar arası mesafe kısalır ve aralarındaki bağ kuvveti artar. Sonuç olarak suyun dışarı çıkmasıyla beton basınç dayanımında 100° sıcaklığa göre bir miktar artış gözlemlenir.

Betonun sıcaklığı 500 dereceye ulaştığında içerisindeki agregalar genişlemeye başlar. Bu genişlemelerle beraber beton içerisinde çatlaklar oluşur. Bu çatlaklar sudan kaynaklanan çatlaklarla birleşir ve çatlakların büyümesine neden olur. Böylece beton basınç dayanımı düşer.

500-850 derece sıcaklıkta artık beton içerisindeki agregalar çatlamaya başlar. Genleşmelerle beraber çatlakların tamamı birleşerek büyük çatlaklar meydana gelir ve yapı ciddi bir şekilde deformasyona uğrar. Bu sıcaklıkta beton içerisinde bulunan çimento ve agrega maddeleri artık bozulmaya uğramış olur ve dayanım düşer.

Kalker yapısı, betonun sıcaklık karşısında daha fazla dayanım kaybetmesine sebep olmaktadır. Bunun başlıca sebebi; beton içerisindeki çimento ve agreganın 900 derece civarında bozulmaya uğrarken kalker yapısının 600 derece sıcaklıkta düzensiz yapısıyla bozulmaya uğramasıdır. Ancak bu düzensiz yapı, boşluklu bir yapı oluşmasına sebep olur. Böylece yapı, 900 derecede agrega genleşmesinden az etkilenmiş olur. Burada dayanım, normal çimento yapısından düşük olur ancak 600-900 arasında agrega çatlaklarının oluşmasının önüne geçilmiş olunur.

Tablo 2.1 de normal çimento harcı ve kalkerli çimento harcı üzerinde farklı sıcaklık değerlerinde basınç dayanımı deney sonuçları gösterilmektedir.

Betonda yüksek sıcaklıkta eğilme dayanımı basınç dayanımına göre daha fazla etkilenmektedir. Bunun başlıca sebebi; basınç altındaki betonda çatlak oluşumunun daha az olmasıdır. Eğilme dayanımındaki düşüş, 100 derece sıcaklıktan itibaren başlar ve sürekli olarak azalır. Beton eğilme dayanımındaki düşüş %70’e kadar ulaşmaktadır.

Uçucu kül ve yüksek fırın cürufu kullanılan betonlarda sıcaklığa karşı eğilme dayanımı düşüşü daha az olmaktadır. Bunun başlıca sebebi kullanılan uçucu kül ve yüksek fırın cürufunun ısı iletkenlik katsayının düşük olmasındandır. Bu sayede beton içerisine iletilen ısı miktarı azalmaktadır ve ciddi dayanım kayıplarının önüne geçilmektedir. Tablo 2.2 de görüldüğü gibi %100 pomza kumu kullanılan bir beton, uçucu kül / çimento oranı arttırılarak çekme dayanımındaki artış gözlemlenir.

Tablo 2.2 ısıl işlemde farklı uçucu kül/çimento oranı için basınç ve eğilme dayanımı değerleri

Betonda gerilme durumunda ve uzun süre soğutma işlemiyle ilgili yapılan bir deneyde betonun gerilme altında daha az dayanım kaybettiği gözlemlenmiştir. Beton üzerine uygulanan gerilme, beton içerisindeki su basıncı ve genleşme basıncını karşılamaktadır ve ilk 600 derecede dayanım düşmesi yaşanmamaktadır (B). Aynı zamanda su ile soğutulan numuneye (A) kıyasla uzun süre soğutma işlemi uygulanan numunenin (C) daha az dayanım kaybetmekte olduğu gözlemlenmektir.

Burada beton içeriden yangın esnasında oluşan sönmemiş kireç suyla beraber sönmüş kirece dönüş ve büzülme meydana gelir. Ani oluşan büzülme dayanım düşmesine neden olur. Tablo 2.3 de deney sonuçları gösterilmektedir.

Tablo 2.3 Farklı durumlardaki numunelere ısıl işlem uygulanması

Tavsiye İçerik: Betonarme Yapılarda Isıl Genleşme ve Büzülme Etkileri