Betonun Isıl Özellikleri-Isı İletim Katsayısı-Özgül Isısı

Betonun Isıl Özellikleri;

1. Betonun Özgül Isısı (c)
2. Betonun Isı İletim Katsayısı (k)
3. Betonun Isı Genleşme Katsayısı

olarak sıralanabilir.

Betonarme yapıların genel durumlarının dışında bazı özel yapılarda da kullanıldığı bilinmektedir. Bu özel yapılardan bazıları normal sıcaklığının çok üstündeki ortamlar içeren beton yapılardır. Bu yüksek sıcaklığın olduğu bir yapıya örnek olarak betonarmede bir fabrika bacası gösterilebilir. Yüksek sıcaklığa maruz kalan fabrika bacasında beton yapı 400 ºC dolayında yüksek bir sıcaklıkla karşı karşıyadır. Ayrıca tüm yapılar için mevsimsel sıcaklık farklılıklarının yapılarda oluşturduğu etkileri de göz önünde tutmak gerekir. Yine betonarme yapılar yangın esnasında oluşuna 600 ºC-1000 ºC gibi yüksek sıcaklıklara maruz kalabilmektedir.

Bahsedilen bu ve benzeri durumlarda karşılaşılan sorunların ve bu sorunlara karşı oluşturulabilecek çözümlerin üretilmesi açısından betonun ısıl özelliklerinin yeterince bilinmesinde fayda olacaktır. Betonun ısıl özellikleri aşağıdaki şekilde sıralayabiliriz;

1-Betonun Özgül Isısı (c)

Betonun özgül ısısı, 0,20 – 0,28 kcal/kg °C arasındadır. Özgül ısı, bir maddenin sıcaklığını arttırmak amacıyla tüketilmesi gereken ısı miktarı olarak tanımlanır.

Beton üretiminde kullanılan su miktarının artması betonun özgül ısısının artışına neden olmaktadır. Yine betonun birimce ağırlık azalışında beton özgül ısısı artış göstermektedir. Buna karşın betonun özgül ısısının betonda kullanılan agreganın mineralojik kökeniyle pek bir ilgisi yoktur.

2- Betonun Isı İletim Katsayısı (k)

Betonun ısı iletim katsayısı, birim ağırlık arttıkça artmaktadır. Birim ağırlık değerlerine göre ısı iletim katsayısı arasında bir karşılaştırma yapılacak olursa, rutubet içeriği en düşük olan ve birim ağırlığı 2400 kg/m3 betonun ısı iletimi 1,8-1,4 kcal/mh°C değerine sahipken, birim ağırlığı 2000 kg/m3 olan betonun ısı iletim katsayısı 0,75 kcal/mh°C değeri civarına kadar düşme olduğu görülür. Yani hafif betonlarda ısı iletim katsayısı değeri oldukça küçüktür. Hafif betonlardan birim ağırlığı 600 – 1600 kg/m3 arasında olanlarda beton ısı iletim katsayısı değeri 0,25 – 0,54 kcal/mh°C aralığında olmaktadır. Bu özellikten dolayı ısı yalıtım işlerinde hafif betonlar oldukça fazla kullanım alanlarına sahiptirler.

Isı iletim katsayısı, kalınlığı 1 m olan bir cismin her iki tarafında ölçülen sıcaklık değişimi 1 ºC iken bu cismin 1 m2’lik alanından 1 saat sürede geçen ısı miktarı olarak tanımlanırsa; bu tanımlamaya ısı iletim katsayısı denir ve birimi kcal/mh°C’dir.  Isı iletim katsayısı ne kadar büyük değerde olursa ısı kaybı miktarı da o kadar fazla olacaktır. Bu sebepten kapalı bir hacim içindeki sıcaklığın sabit kalması isteniyorsa bunu sağlamak için daha fazla yakıt tüketmek gerekmektedir.

Bir cismin ısı iletim katsayı değerini cismin içerisindeki su içeriği ve boşluk yapısı, onu etkileyen en önemli iki faktördür. Isı iletim katsayısının cismin boşluklarında düşük olmasının sebebi havanın ısıyı iyi iletmemesinden dolayıdır. Bir cismin birim ağırlık miktarı ile o cismin boşluk yapısı arasındaki bağlantı düşünüldüğünde şöyle bir sonuç ortaya çıkmaktadır. Bir cismin birim ağırlık miktarı ne kadar büyük ise aynı cismin ısı iletim katsayısı değeri de o kadar yüksektir. Cismin ısı iletim katsayısını boşluklardaki hava miktarı düşürürken cismin içeriğinde bulunan su ve rutubet miktarı arttıkça ısı iletim katsayısını yükselmektedir.

3-Betonun Isı Genleşme Katsayısı

Bir cisim içerisinde bulunan atomların cismin ısıtılmasıyla titreşimleri artmaktadır. Bu artış sonucunda cismin boyutlarında da artış meydana gelmektedir. Sıcaklığın 1°C değerindeki artışı sonucu cismin birim boyutunda yapmış olduğu artış o cisme ait doğrusal ısıl genleşme katsayısı olarak nitelendirilir.  Isıl genleşme katsayısı denklemi;

ΔL = L1.α1(θ2 − θ1)

Burada;

ΔL uzaması; cismin sıcaklığın θ1 değerinden θ2 değerine çıkması durumundaki uzama miktarıdır.

α1; genleşme katsayısı

L1;  ilk sıcaklıktaki cismin uzunluğudur.

Katı cisimlerde genleşme katsayısı değeri çok küçüktür. Buna rağmen ısı miktarındaki değişiklikler sonrasında ortaya çıkan boyut uzamaları ve genleşmelerin serbest olarak meydana gelmemesi sonucunda katı cisimde bazı gerilmelere neden olurlar. Bu gerilmelerin büyük değerler alması için ısı miktarındaki değişikliklerin de büyük ölçüde olması gerekir ki bunun neticesinde yapılarda birtakım hasarlar meydana getirir. Bu hasarlar, çatlakların oluşmasıyla cismin mukavemet azalması, yine yapının etkisinde var olan yüklerin sonucunda olan gerilmelere, termik gerilmelerin de dahil edilmesiyle toplam gerilmenin daha yüksek değerler almasına ve bütün bunların sonucunda yapının emniyet durumunun azalmasına sebep olurlar.