Beton Yollarda Kullanılan Malzemeler İle İlgili Genel Bir Değerlendirme

1. Giriş:

Joseph Aspdin’in 1824 yılında Portland çimentosunun beton üretiminde kullanılmasını patent altına almasından bu yana, beton özeliklerinin geliştirilmesi için sürekli bir çaba sarfedilmiştir. Yaklaşık bir yüzyıl sonra, Amerika Birleşik Devletleri’nde eyaletler arası otoyolların yapımında beton kullanılmasıyla, beton malzemesi üzerine ilgi artmıştır. Karayolları Genel Müdürlüğüne göre, Türkiye’de 1998-2008 arasında 6 350 km. çok şeritli, 17 319 km. 1.sınıf, 7 651 km. 2. sınıf, ve günlük ağır taşıt trafiği 1000 aracı geçen 7 388 km. asfalt kaplamalı yol inşa edilecektir. Bu nedenle betonun yol malzemesi olarak ülkemizde de tanınması ve özeliklerinin araştırılması, ülkemiz kaynaklarının yatırımında ve kullanımında önemli bir unsur olacaktır.

Beton Yolu diğer yapı elemanlarından ayıran en önemli özeliği yüzey özelikleridir. Ayrıca şiddetli çevresel etkilere maruzdur. Bu bakımdan diğer bütün yapılarda olduğu gibi beton yollarda da dayanıklılık (dürabilite) önemlidir. Beton yolların tasarımı, dayanımdan çok dürabiliteye göre yapılmalıdır. Sunulan bu yazıda yol betonunu oluşturan malzemelrin özelikleri üzerinde durulmakta, uygulama hakkında bilgi verilmekte ve karşılaşılacak sorunlara yer verilmektedir.

2. Yol Betonlarında Kullanılan Malzemelerin Özelikleri:

Yol yapımında kullanılacak malzemelerden istenilen en önemli özelik, proje şartlarını ekonomik olarak yerine getirmesidir. Bunun yanında, uzun kullanım ömrü, düşük bakım-onarım harcamaları, yapım ve onarım süresinin kısa olması, çevreye uyum, atık maddelerin kullanılabilmesi ve kalite kontrol işlemlerine uygun olma gibi özeliklerde gözönünde bulundurulmalıdır.

Dolayısıyla bir beton yol tasarımında amaç, belirlenen proje ömrünün en ekonomik şekilde karşılanmasıdır. Bu nedenle beton yolun dayanım ve dayanıklılık özelikleri belirlenmeli, uygun bir mekanik model kullanılarak beton yolun ömrü tesbit edilmelidir. Böylece betonun beklenmedik bir şekilde servis ömrünü azaltacak etkenler ortadan kaldırılmalıdır. 

Beton yol projesinde, beton üretiminde kullanılacak malzemelerin özelikleri de gözönünde bulundurulmalıdır. Yolun servis ömrünü karşılayabilmek için inşaatta kullanılacak malzemeler, yeterli dayanım ve dayanıklılığa sahip olan en ekonomik malzemeler olmalıdır.

Yol yapımında kullanılacak beton malzemelerinden istenilen belli başlı özelikler şunlardır:

– Kullanılacak kimyasal katkıların birbirleriyle ve bağlayıcı malzemelerle etkileşimi ön deneylerle belirlenmelidir.
– Kullanılacak agregaların sağlanacağı kaynaklar belirlenmeli, kalite kontrol deneyleri geliştirilmeli ve alkali-silika reaktivitesi deneyleri yapılmalıdır.
– Kullanılacak çimentonun kimyasal özeliklerinin ve inceliğinin beton özeliklerine etkisi belirlenmeli ve kullanılacak agrega tipine göre alkali içeriği tesbit edilmelidir.
– Kullanılacak su/çimento oranı sistematik bir şekilde belirlenmeli ve bunun geçirimliliğine olan etkisi tesbit edilmelidir. Su/çimento oranının mikro çatlaklara ve aşırı büzülmelere neden olması engellenmeli ve beton dökümü sırasındaki hava durumu ve beton bakım şartlarına göre su/çimento oranında ayarlamalar yapılmalıdır.
– Kullanılacak malzeme karışım oranları, betonun dayanıklılığı yönünden sorun çıkarmamalı ve donma-çözülme hasarlarına yol açmamalıdır.

Malzemelerin çeşidi ve miktarı, betonun taze ve sertleşmiş halde öngörülen özeliklerine uygun olmalıdır. Laboratuardan inşaat sahasına geçerken yapılacak düzeltmeler belirlenmelidir. Farklı beton karışım zamanları, üretim yerleri ve yerleştirme teknikleri için düzenlemeler yapılmalıdır. Yerleşmiş betonun hava boşluklarını tayin edecek yöntemler geliştirilmelidir. Beton bakımı için kullanılacak kür malzemeleri, beton dökümü sırasındaki hava şartları ve betonda kullanılan karışım oranına göre belirlenmelidir. Agrega şekli ve karışım oranlarına göre agregaların beton içinde nasıl paketlendiğini karakterize edecek bir metod geliştirilmelidir.

Günümüze değin uygulamalarda yol inşaatının başlangıç masrafları, inşaat için hangi projenin seçileceği üzerinde çok etkili bir rol oynamıştır. Ancak gittikçe artan şehir içi ve dışı trafiği, yol yapımı ile ilgili kuruluşları yolun kullanım ömrüne önem vermelerine neden olmuştur. Daha uzun ömürlü bir yol, bakım ve onarım nedeniyle yolların kapanmasını gerektirmemektedir. Bu, ve yol kullanıcılarından alınan ücretlerin yolun ömrü boyunca yapılacak harcamalarda dikkate alınması nedeniyle, uzun ömürlü ve az bakım-onarım gerektiren yol yapımı malzemelerinin kullanımı ön plana çıkmaktadır. Yol yapım malzemesini oluşturan her bir malzeme ayrı ayrı ele alınmalı ve tüm bir sistemi nasıl etkileyeceği incelenmelidir. Kullanılacak malzemelerin özeliklerine göre, yapılan testler ve uygulanan kriterler yolun ömrünü uzatabilecek şekilde yenilenmelidir. Yolun kullanım ömrünü uzatmak ve bakım masraflarını azaltmak için, malzeme ile ilgili konularda gereken özen gösterilmelidir.

3. Uzun Süreli Performans İçin Alınacak Önlemler:

Beton yolun hangi çevresel etkilerin etkisinde kalacağı hesaba katılarak, çeşitli sorunlarla karşılaşmamak için aşağıda belirtilen önlemler alınabilir.

1. Kullanılmakta olan deney kriterlerinin, betonun bir yol malzemesi olarak kullanımında yeterli olup olmadığı incelenmeli ve gerekirse ek deneyler ve kriterler ortaya konulmalıdır. Örneğin betonun boşluk yapısının kullanım ömrünü hangi şekilde etkilediği incelenmelidir. Donma-çözülme kaynaklı hasarlara karşı gerekli önlemler alınmalıdır. Betonun erken yaşta yüksek dayanıma sahip olması için karışım oranları ve kür şartları uygun şekilde belirlenmelidir. Yüksek dayanımlı betonların, uzun dönem performansları gözönünde tutulmalıdır.

2. Donatı kullanılması durumunda korozyona karşı gerekli önlemler alınmalıdır. Donatılarda koruyucu kaplama kullanımı, yeterli pas payı bırakılması veya korozyon hasarına uğramayan malzemelerden yapılmış donatı tipi seçimi araştırılmalıdır. Kullanılan donatıların rijitliği nasıl etkilediği ve beton ile nasıl bir aderansa sahip olduğu belirlenmelidir.

Uygun bir drenaj sistemi ve bakımı uygulanarak beton yolun daha uzun ömürlü olması sağlanmalıdır. Su akımının stabilize edilmiş veya edilmemiş alt yol temellerindeki etkisi belirlenmelidir. Bu tür etkilerin beton yolun kullanım ömrünü ne şekilde etkilediği modellenmelidir. Rijit bir beton yol performansının, taşıt yükü, suspensiyonu, lastik cinsi ve aks dizaynı etkilerinden nasıl etkilendiğini tahmin edebilecek bir prosedür geliştirilmelidir. Yol yapımında kullanılan malzemelerin ve betonun buz çözücü tuzlardan nasıl etkilendiği ve bunun yol performansına yansımaları araştırılmalıdır.

Otoyollarda gittikçe artan trafik nedeniyle, yeni yol projesi şartları getirilmesi ve uygulanması kaçınılmaz olmuştur. Yeni yolların inşaası ve bakımı, eski yolların onarımı ve yeniden inşası gibi konularda zamanlama ve kabul edilebilir bir servis düzeyi sağlanmalıdır. Hızlı bir inşaat veya onarım hızlı bir şekilde kullanıma hazır olan ve dayanıklı malzemelerin kullanılmasını gerektirmektedir. Bunun yanında hızlı veya hızlandırılmış deney programlarının geliştirilmesi de kullanılan malzemelerin kalitesinin sağlanması açısından önemlidir. Bu nedenle, inşaatlarda yeni teknikler sürekli olarak geliştirilmelidir.

Proje tasarımı ve inşaat teknikleri, onarım işleri için uygun olarak hazırlanmalı ve böylece onarım nedeniyle oluşacak zaman kayıpları en aza indirilmelidir. Hızlı bir inşaat ve hızlı bir onarım için, betonda kullanılacak malzemelerde hızlı dayanım ve dayanıklılık deneyleri geliştirilmeli, kullanılan malzemelerin ekonomik olmasına dikkat edilmelidir. Betonun uzun dönem performansını hızlı bir şekilde test edebilecek ve modelleyebilecek teknikler geliştirilmelidir. Yüksek dayanım ve erken yüksek dayanım öngörülen betonlarda, uzun dönem performansı özellikle önem kazanmaktadır. Yeni inşaat teknikleri ve ekipmanları, beton kalitesinden taviz verilmeden sürekli olarak denenmeli ve ekip organizasyonları hızlı bir inşaat için ayarlanmalıdır. Hızlı bir şekilde sertleşen ve dayanım kazanan beton ve harç malzemeleri tesbit edilmeli ve dayanıklı, ekonomik bir yapım ve onarım işi için denenmelidir. Gerektiğinde, hızlı ve dayanıklı bir onarım için beton veya harç yerine kullanılabilecek alternatif malzemeler tesbit edilmelidir.

Güvenilir bir şekilde, betondaki malzeme kaynaklı problemleri tesbit edebilecek kontrol ve müdahale ilkeleri ortaya konmalıdır. Yol betonu onarım işlerinde çeşitli alternatifler iyi değerlendirilmeli, performans ve ekonomi uzun dönem için gözönünde bulundurulmalıdır.

4. Uygulamada Özen Gösterilmesi Gerekli Hususlar:

Üst tabaka ve alt tabakalar arasındaki yapışma kuvvetini tayin edebilecek deney teknikleri geliştirilmelidir. Üst ve alt tabakalar arasında optimum bir yapışma kuvveti olmalıdır. Birleşim yerlerinde bırakılan derzlerin çalışmasını sağlamak için düşük, alt ve üst tabakalar arası yük iletimini sağlamak için ise yüksek bir yapışma kuvveti gerekmektedir. Bu nedenle tabaka yüzeyleri ve bu yüzeylerde yapılması gerekli işlemler belirlenmelidir. Zaman içinde tabakalar arasındaki yapışma kuvvetinin nasıl azaldığı modellenmeli ve tasarım projesinde gözönünde tutulmalıdır. Geliştirilen model, tabakalar arasındaki farklı tür ve dereceden yapışmaya ve sürtünme kuvvetlerine duyarlı olmalıdır. Kırılma mekaniği ile çatlak ilerlemesi ve yayılması modellenmeli ve proje hesaplarında gözönüne alınmalıdır. Tüm kesit boyunca veya kesitin sadece bir bölümünde yapılan onarımlar, güçlendirmeler ve yeniden doldurulan derzlerin beklenilen ömürlerini tahmin edebilecek teknikler geliştirilmeli ve bunun için onarım yapılan yerin onarımdan önceki durumu ve kullanılan onarım teknikleri gözönünde tutulmalıdır. Deney verilerine dayanan bir bilgisayar programı geliştirilerek, mühendislerin onarım için en uygun malzeme ve teknik seçiminde yardımcı olunmalıdır. Onarımlar sırasında trafik akışının modellenmesi ve gerekiyorsa azaltılması için önlemler alınmalıdır.

Yol betonlarının üretimi veya onarımında denenecek yeni malzemeler, teknikler ve ekipman, yol betonun kalitesinden ödün verilmeyecek şekilde seçilmelidir. Bu nedenle, dayanım, çevre şartlarına dayanıklılık ve yol yüzeyi gibi beton yoldan beklenen özelikler önceden belirlenmelidir. Tasarımda planlanan ve inşaası yapılan beton yol arasındaki farklılıklar belirlenmeli ve bunların, beton yolun uzun dönem performansına etki edeceği düşünülmelidir. Beton yolun kalitesi ve maliyeti arasındaki ilişki çıkarılmalıdır. Üretim aşamaları arasında ve üretim sırasında yapım teknikleri ve kullanılan malzemeler nedeniyle oluşan farklılıklar incelenmeli ve bunun beton yol performansına etkisi modellenmelidir. Aynı şekilde günlük ve mevsimlik üretimler arasında oluşan farklılıklar da bu modelde gözönünde bulundurulmalıdır.

5. Sonuç:

Beton yolların performansını artırabilecek birçok yöntem bulunmaktadır. Maliyetin artışı, ancak performansın artışı söz konusu olursa kabul edilebilir. Ancak, bu şekilde en uygun maliyetle beton yol üretimi yapılmış olur. Maliyet düşünülürken, mühendislik ve inşaat maliyetinin yanısıra, kullanıcı ile ilgili olan gecikme zamanı, yakıt masrafları ve araç yıpranmaları da gözönüne alınmalıdır. Önerilen her performans arttırıcı yeniliğin, uzun dönem kullanımındaki etkisi incelenmelidir.Kaynakça:

1. ”Concrete Pavement Design And Construction Practices”, State Of The Art Technical Digest, Federal Highway Administration Pavements Division, 1999.

2. ”Research Plan for Concrete and Concrete Pavements”, Committee for Research on Improved Concrete Pavements, The Innovative Pavement Research Foundation and Fedaral Highway Administration, 2000.

    Properties of the Materials Used in Concrete Highway Construction 
There has been a continuous effort to improve the quality of the concrete since its invention by Joseph Aspdin in 1824. After a century, concrete became a center of focus with the start of its usage as a road construction material for interstate highways in USA. According to KGM, Turkey is planning to construct 7388 km., which will bear heavy traffic, between 1998-2008. For this reason, it will be an important investment issue for Turkey to recognize and research about the properties of concrete as a material for highway construction.

    One of the most important property of the concrete, among other construction materials, is its surface properties. For this reason, durability and enviromental problems are important issues for concrete. The design of the concrete highways should be according to its durability, rather than its strength. In this paper, the properties of the materials used in concrete are presented, information about the practice is given and the problems that may be encountered are mentioned