Olumsuz Sıcaklık Koşullarında Döküm İçin Nano Beton

Yeni Belediye Kütüphanesi’ni inşa etmek için şantiyede büyük iskele üzerine yakından bakış. Soldaki kalın iskele, ön yatay ön cepheyi desteklemek için gereklidir.

Uzak Doğu Federal Üniversitesi Askeri Eğitim Merkezinden (UDFÜ, Vladivostok, Rusya) mühendisler ve RUDN Üniversitesinden meslektaşları, on kat yüksekliğe kadar monolitik inşaat için nano katkı maddeleri ile beton için bir karışım geliştirdiler. Beton dökümü, çok nemli bir iklimde ve eksi 5 dereceye kadar sıcaklıkta yapılabilecektir. Bununla birlikte, inşa edilen binalar 50 yıl boyunca büyük bir yenileme gerektirmeyecektir. İlgili makale Yapı ve İnşaat Malzemeleri bölümünde yayımlanmıştır.

Düşük sıcaklık koşullarında beton dökümü inşaat sektörü için ciddi bir sorundur. Betondaki su donarsa, betonun akışkanlığı bozulur ve bu da kürlenmesinin zarar görmesine yol açarak döşeme içi topaklar oluşmasına sebep olur. Beş derecenin altındaki sıcaklıklarda döküm yapmak için özel bir teknoloji gerekir.

UDFÜ Askeri Eğitim Merkezi (AEM) mühendisleri, RUDN Üniversitesinden meslektaşları ile birlikte, nanoteknoloji yoluyla özellikleri geliştirilmiş beton karışımı için özel katkı maddelerinin (süper akışkanlaştırıcı) tanıtılmasını önerdi. Bu maddeler inşaat sürecini daha pahalı hale getirmediği gibi, soğuk mevsimlerde inşa edilen beton yapıların dayanıklılığını korumasına da yardımcı olur.

Rusya’da 13. kez düzenlenen “2018 Yılın Mühendisi” yarışmasının kazananı ve UDFÜ AEM’de araştırmacı profesörlerden olan Teğmen Roman Fediuk şöyle açıklıyor: “Yeni nano karışımının özellikleri inşaat mühendisliğinin ihtiyaçlarıyla birleşerek tüm gereksinimleri karşılar. Karışım, nemli hava koşulları altında 10 kat yükseklikteki yapıların dökümü için uygundur. Yani nemli kıtalarda, Muson ve benzeri soğuk iklimlerde bile rahatlıkla tercih edilebilir. Karışım hızlı bir şekilde kürlenir ve üretilen geleneksel betondan daha küçük boşluklu, kabartmasız bir yapı elde edilir. Böylece sıradan betonları mahvedebilen nemin, bu yeni yapılara hiçbir etkisi olmaz. Beton yapının özellikleri 50 yıl boyunca değişmeden kendini koruyabiliyor.”

Bilim insanı, yeni beton karışımının öncekiler gibi daha az çimento içerdiğini, bunun yerine enerji üretiminden elde edilen uçucu küllerin kullanıldığını ve böylece beton yapının çevre dostu olduğunu söyledi. Bu durumda yeni karışımın özellikleri en yüksek kalitedeki çimentoyla aynıdır, sadece daha uygun fiyatlısı.

Mühendisler, katkı maddelerinin oranlarını deneyler sonucu elde ettiler; daha sonra matematiksel modeller ile hesaplamalarını kontrol edip düzenlediler. Böylesine bir karışım donmaya karşı dirençli ve topaklanarak yapının dayanıklılığını azaltacak akışkanlıktan uzaktır. Ayrıca, mühendisler karışımın yapımında %40 daha az su kullanarak dayanıklılığı daha da artırmayı başardılar. Yüksek yoğunluk ve küçük taneciklerin elde edilebilmesi sadece nano katkı maddeleri sayesinde değil, aynı zamanda beton parçalarının öğütülebilmesi teknolojisi ile elde edildi. Bu öğütücü de UDFÜ’de geliştirildi.

Yeni karışım çoktan bir denemeye tabi tutuldu. Deneme olarak, mühendisler beş katlı bir otopark inşa ettiler. Beton yapı, beş ila eksi altı dereceler arasında 28 gün kürlenmeye bırakıldı ve sonuçlar belirtilen düzeydeydi.

Bilim insanları, katkı maddesi olarak nano partiküller ile özelliklerini geliştirdikleri inşaat sektöründe zaten iyi bilinmekte olan bileşenleri kullandılar. Bu nedenle, naftalin formaldehit reçinesini silikon dioksit özellikleri ile güçlendirdiler ve elde edilen beton özelliklerini daha uzun süre korurken aynı zamanda daha güçlü olduğu ortaya çıktı. Karışımın bir diğer bileşenleri de ahşap reçine ve sodyum nitrattı.

UDFÜ AEM’de, bu tür karışımların geliştirilebilmesi için ayrı bir bilim okulu bulunmaktadır. Okulun amacı, orijinallerine benzeyen suni materyaller tasarlamaktır. Mesela beton, doğal taş dayanıklılığına sahip olmalıdır. Bu teori, Shukhov Belgorod Devlet Teknoloji Üniversitesi, Rusya Mimarlık ve İnşaat Bilimleri Akademisi’nin üyesi ve V.G’nin profesörü olan Valery Lesovik tarafından kurulan GEONICS olarak kabul edilmektedir. Moskova, Kazan ve Doğu Rusya’dan mühendisler yöntemin geliştirilmesi üzerinde çalışıyorlar. Yeni beton tasarımı, amacı rahat bir insan ortamı için yeni malzemeler tasarlamak olan GEONICS ilkelerine uygundur. Araştırmanın bir sonraki aşamasında, bilim adamları eksi on beş dereceye kadar sıcaklıklar altında döküm için bir beton karışımı geliştirmeyi planlıyorlar.

Kaynak: https://phys.org/news/2020-02-scientists-nanoconcrete-negative-temperature-conditions.html