Beton Nasıl Pompalanabilir Hâle Getirilir?

Beton karışımları, sürekli artan güç ve dayanıklılık ihtiyaçlarının yanı sıra çevresel sürdürülebilirlik standartlarını karşılamak için daha karmaşık hâle gelmiştir. Hızı gittikçe artan inşaat programlarında beton pompalama işleminin gereken verimde olması de buna bağlı olarak zorlaşmıştır.

Uzmanlardan Gary Brown: “Artık pompa işlemini çok yüksek basınçlarda yapıyoruz. Bu da ekipmanlar üzerinde gerilme yaratıyor ve bu gerilmeler ekipmanın bozulmasına neden olabilir.” diyor.

Brown, beton üreticilerinin 1990’lardan bu yana, performans artırıcı kimyasalların karışıma girmesinin su ve çimento (hamuru) içeriğini giderek azalttığını söylüyor. “Kimyasal katkı ekleyince çimento çıkarıyoruz. Ben beton pompalama işleminin güvenli olması için tekrar makul bir basınç düzeyinde yapıldığını görmek istiyorum.” diyor.

Kimyasal katkı sektöründe çalışan kıdemli bilim insanı ve mühendis Van Bui, “İlk adım beton karışımının, yani çimento içeriği ve kimyasal katkı maddelerinin dozajının iyi ayarlanmış olması. Beton yalnızca sertleşmiş hâldeyken iyi performans göstermemeli; tazeyken de betonun işlenebilirlik, kıvam koruma, pompalanabilirlik ve yerleştirilebilme gibi özellikleri tatmin edici olmalıdır.” diye ekledi.

İnşaat ekipleri, beton karışımlarının hem mimar ve mühendislerin performans ihtiyaçlarını karşılarken hem de güvenli pompalanabilir ve verimli olmasını nasıl sağlıyor? Brown, en önemli noktanın müteahhitlerle erkenden iletişim kurulması olduğunu söylüyor. “Malzemeleri, tolere edebileceğimiz şeyleri ve belirli bir karışımda hangi kimyasallara ihtiyaç duyulabileceğini biliyoruz.” diyor. “Eğer pompalama işlemini gerçekleştiremezsem, onlar da işlerinin karşılığını alamazlar ve istediğimiz herkesin başarılı olması.”

Pompalama performansına etki eden faktörler

Bui’ye göre pompalama performansını etkileyebilecek birçok faktör var. Örneğin; agregaların boyutu, şekli, granülometrisi ve hacmi gibi. Uçucu kül, silis dumanı, cüruf ve öğütülmüş kalker gibi ek malzemeler de karışımın reolojisini ve dolayısıyla pompalanabilirliğini etkiler.

Brown, “Betonu pompalanabilir yapan iki ana bileşen su ve çimentodur.” diyor. Katkı maddeleri pompalanabilirliği artırabilirken, bu sadece beton karışımından çok fazla su ve çimento çıkarılmazsa gerçekleşir. Brown: “Su ve çimentonun büyük kısmını kimyasalla değiştirirseniz, aynı çökme sonucuna ulaşsanız da pompalanabilirliği ortadan kaldırırsınız. Bu, ürünün pompalanamayacağı anlamına gelmez, ancak pompalama daha yavaş olacaktır, yani bir pompa saatte 82 metre yerine ancak 36 metrelik bir alanı tamamlayabilir.” diyor.

Betonda pompalama hizmeti veren bir kuruluşun yöneticisi Steve Lloyd, suyun pompalanabilirlik için çok önemli olduğunu kabul ediyor. “Artık birçok insan suyu karışımdan çıkarıp yerine kimyasallar koymak istiyor. Beton pompası, karışımın yeterli suyu olmadığını anlar ve susuz pompalama işlemini yapamaz.” diyor.

New York merkezli farklı bir hizmet şirketinin başkanı Tommy Ruttura, iyi bir su/çimento oranının çok önemli olduğunu söylüyor. Dünya Ticaret Merkezi›nin inşası için beton pompalama operasyonunu yöneten Ruttura, “Su/Çimento oranı 0,28 olan yüksek mukavemetli bir beton pompalıyorsanız, bu verimli değildir; biz saatte sadece 18 m3’ü tamamlayabildik.” Ayrıca bu oran hortum kelepçelerine çok fazla baskı uygulayabilir. Ruttura: “İdeal oran her 1 m3 betonda en az 161 kg su olduğunu düşünüyoruz, fakat iyi harmanlanmış bir agrega ile bu miktarı yaklaşık 137 kilograma kadar indirebiliriz.” diyor.

Lloyd: “Bir teklif verdiğimizde, karışımın pompalanabilir olması gerektiğini söylüyoruz. Tüm karışımlar aynı değil. Ülkenin farklı bölgelerinde farklı türlerde agregalar var.” diyor. Beton türü de önemli bir rol oynar. Ruttura, 20 MPa ila 40 MPa arası normal dayanımlı betonlar kolayca pompalanırken, daha yüksek dayanımlarda, yüksek hacimde pompalama için su/çimento oranlarının çok düşük kaldığını söylüyor.

Bui’ye göre, yüksek dayanımda vibrasyon uygulaması yapılmış kendi kendine yerleşen ve düşük su/çimento oranına sahip betonlar yüksek viskozite ve yüksek tiksotropi (betonun akma yeteneği) nedeniyle pompada yüksek basınç oluşturabilir. Ancak bunun tam tersi de aynı sonucu verir: Zayıf karışım tasarımı, çok yüksek çökme akışı ve yetersiz kohezyona sahip kendi kendine yerleşen beton ayrışma ve tıkanmaya, bu da pompada yüksek basınca neden olabilir.

Brown: “Sektörümüz çökme konisinin 1917’de tasarlandığını ve bu tasarımın amacının bir karışıma eklenen suyu test etmek ve su kıvamını sağlamak olduğunu unutuyor. Çökme konisini hâlâ bir ölçüm cihazı olarak kullanıyoruz, ancak sadece kimyasal çökmeyi ölçüyor olabiliriz. Betonun gerçekten ne kadar yaş olduğunu söyleyen tek şey su/çimento oranıdır. Tek gerçek test de şantiyedeki pompadan geçip geçmediğidir.” diyor.

Brown: Pompalama sırasında basınçölçere veya operatör paneline göz atılırsa, karışım değiştiğinde basıncın da değiştiği nin görüleceğini söylüyor ve “Eğer basınç baştan sona tutarlıysa, kaliteli betona sahipsiniz demektir.” diyor.

Liflerin Pompalanması

Lif takviyeli beton söz konusu olduğunda, sentetik ve çelik lifler genellikle pompalanabilirliği azaltmaz, ancak pompa işleminin hızını etkileyebilir ve Lloyd’un belirttiği gibi, makrosentetik lif hazne ızgarasında birikebilir. “Böyle bir durumda standart ızgaraları yuvarlak ve pürüzsüz bir ızgarayla değiştirmek önemlidir.” diyor. Brown, şirketinin kısa bir süre önce, 1 m3 betonda 30 kg çelik lifli beton pompaladıkları bir iş tamamladığını ve bunun şimdiye kadar pompaladıkları en yüksek miktar olduğunu söyledi. “Pompalama işlemini sorunsuz bir şekilde yapabildik; fakat hızlı değildik” diyor, çünkü malzeme ızgarada birikme eğilimindeydi ve bu nedenle silindirler tamamen dolmadı. Brown, aynı şeyin sentetik lifte de olabileceğini söylüyor.

Hafif beton

Hafif betonlarla ilgili bir şirketin yöneticisi olan Clint Chapman, hafif beton söz konusu olduğunda hava sürüklemenin betonu daha akıcı hâle getirip, karışımın ayrışmasını önleyerek pompalama sürecine yardım edebileceğini söylüyor. Su içeriğinin hafif betonda genellikle standart betondan daha yüksek olduğunu ve hafif betonun başarıyla pompalanmasında yeterli agrega neminin kritik olduğunu da ekliyor. Buradaki önemli faktör, hafif agreganın karışıma girerken yüzeyi kuru suya doygun halde olduğundan emin olmaktır. Böylece karışımdan, özellikle pompalama basıncı altındayken, su emmez.

Lloyd: “Hafif betonu pompaladığınızda çok fazla slamp kaybedebilirsiniz.” diyor ve suya doymamış hafif agrega suyu çok çabuk emdiği için, hafif agreganın karışıma eklenmeden önce ıslatılmasını öneriyor. Lloyd ayrıca uyarıyor: “Yağmurlama yeterli bir yöntem değil. Agrega yeterince ıslatılmazsa, slamp kaybı yaşarsınız.”

Chapman ise yağmurlamanın yeterli olmadığını kabul etmiyor ve agrega yağmurlamanın ülke çapında her gün büyük bir başarı ile yapıldığını belirtiyor ve “Pompalamadan önce agrega nem ile yeterince ön işlemden geçirildiği sürece, çökme kaybı en aza inecektir.” diyor.

Chapman ayrıca hafif betonun pompalanabilirliğini artırmak için kaliteli bir uçucu kül tavsiye ediyor. Ancak, kömürle çalışan elektrik santrallerinin kademeli olarak ortadan kalkmasıyla azalan uçucu kül kaynakları nedeniyle, beton üreticileri artık cürüfu tercih ediyor ki bu da çimentonun daha az kullanılmasını sağlayarak sürdürülebilirlik gereksinimlerini karşılamasına yardımcı oluyor. Ancak Brown’a göre, cüruf köşeli olması nedeniyle uçucu küle göre çok daha az pompa dostu. “Bu da eski pompalanabilirliğe dönmek için daha fazla kimyasal madde eklemek demektir.” diyor. Ayrıca cüruf, hafif beton karışımları pompalama sürecini yavaşlattığından, müteahhitler genellikle pompalama hacmi ihtiyaçlarını karşılamak için ek pompalar kullanmak zorunda kalıyor.

Chapman, hafif beton kullanıldığında pompalanabilirlikle ilgili ortaya çıkan sorunların genellikle pompa konfigürasyonundan kaynaklandığını belirtiyor ve “Fırlatma açıları hem süreci iyileştirebilir hem de sürece zarar verebilir. Mümkün olduğunca düz bir fırlatma açısı bulmalısınız.” diyor. Boru çapına gelirsek, Chapman sistem boyunca mümkün olduğunca çok çelik hatla, en az 5 inç (12,7 cm) öneriyor.

Agreganın etkileri

Agrega boyutu da elbette pompalanabilirliği etkileyen faktörlerden biri, ancak çoğu pompa 50 mm agregaya kadar herhangi bir sorun yaşamaz. Brown, 5 inçlik bir sisteme sahip olunduğu sürece sorun yaşanmayacağını düşünüyor. ACI 304.2R, Pompalama Yöntemleriyle Beton Yerleştirme Kılavuzu, köşeli iri agreganın maksimum boyutunun boru hattının en küçük iç çapının üçte birinden fazla olmamasını öneriyor. Agregaların yuvarlak olması durumunda, bu çap beşte ikiye kadar artırılabilir, çünkü daha yuvarlak agrega, şekilleri dairesel olan doğal çakıl ve kum gibi, pompa hatlarından daha sorunsuz geçer.

Betonun harç kısmı (iri agrega harici her şey), agrega tanelerini ayırdığından ve pürüzlü dokular maksimum pompalanabilirlik ve bitiş elde etmek için daha fazla ayırmaya ihtiyaç duyduğundan, harç hacmi fraksiyonuna dikkat edilmelidir. Bu da temiz, yuvarlak çakıl kullanılan çoğu karışım için yaklaşık %50’ye tekabül eder. Kırılmış mıcırlı karışımlar için bu rakam %60’a yakın olmalıdır. Harç hacmi fraksiyonu bu sayılardan çok daha yüksek olduğunda, pompa tıkanmasına neden olabilir.

Pompa yardımı

Bui, bazı kimyasal katkı maddelerinin işlenebilirliği artırıp, ayrışmayı azaltarak beton karışımı ile boru yüzeyi arasındaki kayganlığı artırdığını ve bunun da pompalanabilirliğe katkısı olduğunu belirtiyor. Ancak karışımda yeterli su olmazsa pompalama hızı yavaşlar; öte yandan, çok fazla su veya süper akışkanlaştırıcı da karışımın ayrışmasına neden olabilir. İri agrega ayrışması tehlikesinin olduğu karışımlarda Brown, viskozite düzenleyici bir katkı maddesinin agregaları, özellikle kendi kendine yerleşen betonda, stabilize edeceğini söylüyor.

Yüksek dayanımlı betonun pompalanabilirliğini dolaylı olarak iyileştirmek için ise Bui, işlenebilirliği artıran ve su/çimento oranını azaltan orta seviye akışkanlaştırıcı veya süperakışkanlaştırıcı kullanılmasını öneriyor. Yüksek işlenebilirlik, işlenebilirlik koruma ve karışımdaki yeterli kohezyon pompalanabilirliği artırır, ancak hamurun yeterli olduğu iyi karışım tasarımları da yakından incelenmelidir.

Lloyd bazen polimer bazlı bir beton pompası astarı olan SlickPak kullandığını, ancak astar haricinde bir şey kullanmadığını çünkü betonda, yerleşmeyi geciktirebilecek yardımcı maddelerin ortaya çıkmasını istemediğini söylüyor.

Sürece erken dâhil olun

Müteahhitlerin tamamı, beton karışımlarının -ihtiyaç duyulan oranlarda pompalanabilir olmasını sağlamanın sürece erken dâhil olmaktan geçtiği konusunda hemfikir, ancak bu çok da dikkate alınmıyor. Ayrıca, mimarlar ve mühendisler karışımlarında maliyetten tasarruf edip aynı zamanda dayanımı artırmanın yollarını aradıkça, pompa işleminde sorunla karşılaşma olasılığı da artacak gibi görünüyor.

Brown: “Düzgün tasarlanmış beton her zaman pompalanabilir. İşinizi önden planlayın. Hazır betoncu ve müteahhitle karışım hakkında erkenden iletişime geçin, böylece projeye başladıktan sonra pompadan istediğiniz sonucu alamayınca çaresizce birbirinize bakmazsınız.” diyor. Brown, müteahhitleri teklif vermeden önce pompa operasyonu ile ilgili ayrıntılı bir görüşme yapmaya teşvik ediyor; çünkü sonradan ilave kimyasallara ihtiyaç duyulursa ve bu kimyasallar toplam ücrete eklenirse, ortaya beklenmeyen ödemeler çıkabilir.

Lloyd: “Bir işe başlamadan önce yüz yüze görüşmeler yapıyoruz. Beton pompalanmazsa, tesise geri döner.” diyor.

Lloyd, “sınırda bir karışımın” tehlikelerini ne kadar vurgulasa yetmeyeceğini söylüyor.

Bui, uygun pompalama ekipmanı, aksesuarları ve prosedürlerini belirlemek için bir pompalama işinden önce denemeler ve test modelleri yapılmasını öneriyor ve “bir projede bulunan şartname hazırlayıcıları, müteahhitler, beton üreticileri ve katkı maddesi tedarikçileri arasındaki iletişim ve iş birliğini geliştirmeye” duyulan ihtiyacı vurguluyor.

Lloyd: “İyi pompalanan kaliteli bir karışım, 5 dakika içinde boşaltılır. Bu da, hızlı geri dönüş ve herkes için daha fazla kazanç anlamına geliyor.” diyor.

Kaynak: https://www.concreteconstruction.net/how-to/materials/making-concrete-pumpable_o