Hafif Beton Nedir? Sınıfları, Özellikleri ve Avantajları

Hafif beton; içerisinde yoğunluğu normal agregaya göre daha düşük olan agregaların kullanılması veya çeşitli yollarla beton içerisinde boşluklar oluşturulması gibi yöntemlerle oluşturulmuş yoğunluğu 2000 kg/m³’ten az olan betonlarlardır. Diğer bir deyişle etüv kurusu haldeki birim hacim ağırlığı 800 ile 2000 kg/m³ arasında değişen betonlar, hafif beton olarak tanımlanmaktadır.

Hafif Betonların Fiziksel ve Mekanik Özellikleri

1-Birim Hacim Ağırlık

Hafif beton yoğunlukları büyük ölçüde içerisinde bulunan hafif agrega türevlerinin belirlediği bilinmektedir. Fakat tasarımdaki su/bağlayıcı oranları, kimyasal ve mineral katkılar, betonun yerleştirme ve sıkıştırma yöntemleri ve kür koşulları da birim hacim ağırlık değerini etkileyebilmektedir.

TS EN 206:2013+A1’e göre hafif betonların birim hacim ağırlıkları D 1,0 ile D 2,0 aralığında sınıflandırılmıştır. Aşağıda bu sınıf aralıkları verilmiş olup, hafif beton birim hacim ağırlıklarının 800 kg/m³ ile 2000 kg/m³ arasında olması gerektiği öngörülmüştür.

Hafif Betonun Birim Hacim Ağırlık Sınıflandırması

Yoğunluk sınıfı	D 1,0	D 1,2	D 1,4	D 1,6	D 1,8	D 2,0
Yoğunluk aralığı (kg/m3)	>800 ve <1000	>1000 ve <1200	>1200 ve <1400	>1400 ve <1600	>1600 ve <1800	>1800 ve <2000

2-İşlenebilirlik

Hafif betonlar normal betonlara göre işlenebilirlik açısından farklı özelliklere sahiptirler. Hafif betonların çökme (slump) değerleri incelendiğinde aynı çökme değerine sahip normal betona kıyasla daha işlenebilir olduğu bilinmektedir. Bunun temelinde betonun yerleşmesini sağlayan yer çekimi kuvvetinin beton hafifleştikçe azalması ve buna bağlı olarak daha düşük çökme değerleri elde edilmesidir. Hafif betonların normal beton gibi yüksek çökme değerleri ile kullanılması segregasyona neden olabileceğinden önerilmemektedir. Bu nedenle bu yüksek çökme değeri 125 mm ile sınırlandırılmış olup, 75 mm çökme değerine sahip bir hafif betonun iyi bir işlenebilirlik özelliği sergileyebileceği belirtilmiştir.

3-Dayanım

Hafif betonların karakteristik dayanımlarını genellikle tasarımda kullanılan hafif agrega türevlerinin yoğunluğu ile ilişkilendirilmektedir. Diğer bir deyişle, agrega yoğunluğunun arttırılması ile hafif beton dayanımında artış sağlanabilir. Bununla birlikte çimento dozajı, su / çimento oranı, agrega gradasyonu, kimyasal ve mineral katkılar da dayanımı etkileyebilmektedir. Fakat agrega dayanımı ile agrega kullanılarak elde edilmiş hafif beton dayanımı arasında doğrudan bir ilişki kurmak söz konusu olmamaktadır.

Hafif agrega basınç dayanım değeri genellikle hafif beton harcı basınç dayanım değerinden düşük olduğundan, yükün çimento harcı tarafından taşındığı, hafif agregalar ile aktarıldığı bilinmektedir. Bu nedenle kırılmalar beton yüzeyine uygulanan yüke paralel olacak şekilde düz bir çizgi boyunca oluşmaktadır.

Normal agregalı betonlarda ise agregaların basınç dayanımı, sertleşmiş beton basınç dayanımından oldukça yüksektir. Bu sayede yük çimento harcı ile aktarılarak agregalar tarafından taşınmaktadır. Dolayısıyla basınç yükü altındaki normal agregalı bir betonda oluşan gerilmeler köşelerden orta kısma doğru görülmektedir. Yarmada çekme dayanımında ise kırılmaların agrega taneleri boyunca gerçekleştiği durumlarda agrega-matris aderansının güçlü olduğu düşünülmektedir.

TS EN 206:2013+A1’e göre sınıflandırmada kenarları 150 mm olan küp numunenin 28 gün kür süresi sonunda karakteristik basınç dayanımı (fck, küp) veya çapı 150 mm ve yüksekliği 300 mm olan silindir numunenin 28 gün kür süresi sonunda meydana gelen karakteristik basınç dayanımı (fck, silindir) kullanılabilmektedir. TS EN 206:2013+A1’de belirtilen hafif beton dayanım sınıflandırması şu şekildedir;

Hafif Betonun Basınç Dayanımı Sınıflandırması

Basınç Dayanım Sınıfı	En düşük karakteristik silindir dayanımı MPa	En düşük karakteristik küp dayanımı MPa
LC 8/9	8	9
LC 12/13	12	13
LC 16/18	16	18
LC 20/22	20	22
LC 25/28	25	28
LC 30/33	30	33
LC 35/38	35	38
LC 40/44	40	44
LC 45/50	45	50
LC 50/55	50	55
LC 55/60	55	60
LC 60/66	60	66
LC 70/77	70	77
LC 80/88	80	88

4-Su Emme

Hafif betonlarda kullanılan doğal hafif agregalardaki gözeneklilik, su emme açısından büyük önem taşımaktadır. Yüksek gözeneklilik agreganın su emme ihtiyacını artıracağından hafif beton tasarımlarının mekanik özelliklerini olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Bu nedenle hafif beton içerisinde kullanılacak hafif agregaların su emme kapasitesinin düşük olması tasarımda ciddi yarar sağlamaktadır. Fakat doğal hafif agregaların genellikle gözeneklilik oranları oldukça yüksek olmaktadır. Örneğin yüksek gözeneklilik oranına sahip diatomitin su emme değerinin kendi ağırlığı kadar olduğu bilinmektedir. Bu kadar yüksek su emme değeri tasarımda elde edilecek hafif betonların dayanımlarını doğrudan olumsuz etkileyeceğinden, üretilecek hafif betonun sınıfına uygun fiziksel ve mekanik özellik sergileyen hafif agrega türevlerinin tercih edilmesi, sonuçların verimliliği açısından önem teşkil etmektedir. Bu bağlamda, hafif beton tasarımlarında kullanılacak hafif agrega türevlerinin su emme açısından detaylı irdelenmesi gerekmektedir.

5-Agrega Matris Aderansı

Hafif agregaların yapısı gereği gözenekli ve pürüzlü olması çimento hamuru ile çok iyi bir aderans oluşturmasını sağlamaktadır. Bu sayede çimento hamurunun agrega içerisindeki boşluklara kadar girmesiyle geleneksel betona kıyasla ara yüzeyin çok daha güçlü hale gelmesini sağlamaktadır. Agrega tarafından emilen suyun bir kısmının kapiler boşluklarla dışarı aktarılması, beton içerisinde hidrate olmamış çimento taneciklerinin hidratasyona uğramasını ve bu sayede agrega-matris bağının daha da güçlenmesine olanak vermektedir.

Hafif Beton Sınıfları

Hafif betonlar, içerisinde kullanılan agrega türlerine göre birim hacim ağırlık ve dayanım özellikleri bakımından geniş bir aralıkta yer almaktadır. Hafif betonlar dayanım ve birim hacim ağırlık özelliklerine göre aşağıdaki şekildeki gibi sınıflandırılabilmektedir. Şekil irdelendiğinde vermikülit, perlit, diatomit gibi çok düşük yoğunluklara sahip agregalar kullanılarak oluşturulabilecek hafif betonların yapısal nitelikte olmayacağı görülmektedir. Yapısal hafif beton oluşturabilmek için daha yüksek yoğunluk ve agrega dayanımına sahip doğal hafif agregaların (pomza, volkan cürufları, tüfler vb.) veya yapay agrega (genleştirilmiş kil, cüruf, şeyl vb.) kullanımlarının gerektiği görülmektedir.

1-Düşük Yoğunluklu Beton

Genellikle ısı yalıtımı veya hafif dolgu betonu olarak kullanılan bu betonların ısıl iletkenlik katsayıları oldukça düşüktür. Hava kurusu birim hacim ağırlıkları nadiren 800 kg/m³ü aşabilmektedir. Basınç dayanım değerleri 0,7-7 MPa arasında değişebilmektedir.

2-OrtaDayanımlı Beton

Yarı taşıyıcı olarak da adlandırılabilecek bu betonların basınç dayanım değerleri 7-17 MPa arasında değişkenlik göstermektedir. Yapısal kabul edebilecek seviyede dayanım özellikleri sergilediği durumlar da söz konusu olabilen bu sınıftaki betonların, ısısal performanslarının normal betonlara göre oldukça iyi seviyede olduğu bilinmektedir.

3-Yapısal Hafif Beton

Genellikle scoria, pomza, genleştirilmiş kil, şeyl, cüruf gibi dayanımları nispeten daha yüksek agregalarla tasarlanan betonlardır. ACI 213R-14’de yapısal hafif betonları 28 günlük basınç dayanımları minimum 17 MPa olan ve yoğunluğu 1350-1900 kg/m³arasında değişen tamamen hafif agrega veya hafif agregayla normal agreganın birlikte kullanılması sonucu üretilmiş betonlar olarak tanımlanmaktadır. Üretimde kullanılan söz konusu agregalar ile 35-42 MPa arasında basınç dayanımları elde edilebildiği görülebilmektedir. Bu betonların ısısal performansları da orta dayanımlı ve düşük yoğunluklu betona göre daha düşük olmasına karşın, normal betona kıyasla daha iyi performans sergileyebilmektedir.

Hafif Betonun Avantaj ve Dezavantajları

Hafif betonlar beton teknolojisine ve gelişimine bir çok avantajlar sunduğu gibi birtakım dezavantajları da beraberinde getirmektedir. Söz konusu bu avantaj ve dezavantajlar özetle şu şekilde sıralanabilir;

Hafif Betonun Avantajları

• Yapı ölü yüklerinin ve düşey kuvvetlerinin azalması sonucu yapıya etkiyen deprem kuvvetleri azalmaktadır. Bu sebeple yapının deprem performansı iyileşmektedir.
• Hafif beton birim ağırlığının daha düşük olması, yapı toplam ağırlığının azalmasına ve tasarımda daha düşük kesitli yapı elemanları kullanılmasına olanak vermektedir.
• Yapı ağırlığının azalmasıyla birlikte düşey ve yanal kuvvetlerinin düşmesi, taşıyıcı elemanların donatı ihtiyacını azaltabilmeyi olağan hale getirebilmektedir.
• Daha düşük ısı iletkenlik katsayısına sahip olduklarından, yapılarda ısısal yalıtım değerlerinde iyileşme görülebilmektedir.
• Hafif olması taşınma ve yerleştirme işçiliğini de kolaylaştırmaktadır.
• İskele ve kalıp maliyetlerinde azalmalar söz konusu olabilmektedir.
• Yangına dayanıklılık açısından normal betona kıyasla daha iyi değerler sunabilmektedir.

Hafif Betonun Dezavantajları

• Düşük basınç dayanımı ve aşınma direncine sahip olabilmektedir.
• Su emme, sünme, rötre değerleri normal betondan daha yüksek olabilmektedir.
• Betonun yerleştirilmesi ve sıkıştırılması sırasında daha nitelikli işçilik gerektirmektedir.
• Hafif agrega bulmak ve temin etmek daha maliyetli olabilmektedir.
• Daha fazla çimento gereksinimleri nedeniyle beton maliyetlerinde artış söz konusu olabilmektedir

Kaynak:İZMİR-ALAÇATI TAŞI AGREGALI HAFİF BETON ÖZELLİKLERİNİN İRDELENMESİ-Ali İhsan ÖZDİŞÇİ
Şener, F. (1999). Yalıtımlı Hafif Yapı Hammaddeleri, Enerji Tasarrufunda Jeotermal Enerjinin ve Yalıtımlı Hafif Yapı Malzemelerinin Önemi Sempozyumu, 31-47, Ankara. 
Gündüz, L. & Kalkan, Ş.O., (2016). İzmir Alaçatı Taşının Kuru Karışım Hafif Beton Agregası Olarak Kullanılabilirliği Üzerine Teknik Bir Analiz, 8.Uluslararası Kırmataş Sempozyumu, 390-399, Kütahya.
Kornev, N.A., Kramar V.G. & Kudryavtsev A.A., (1980). Design Peculiarities of Prestressed Supporting Constcructions from Concrete on Porous Aggregates, Second International Congress on Lightweight Concrete, The Concrete Society, The Construction Press, 141-151, London, U.K.