Beton ve Çelik: Uyumlu Birliktelik

İnsanlık tarihi boyunca beton ve çelik, insan ihtiyaçlarını gidermek için farklı şekil ve amaçlarda kullanılmıştır. Beton benzeri malzemenin ilk kullanımı M.Ö. 10.000’li yıllara kadar gitmektedir. Urfa Göbeklitepe’de keşfedilen ilk mabette buna rastlanmıştır. Demir, M.Ö. 500 yılından beri kullanılmaktadır. Çelik malzemesinin patenti ise 1872 yılında alınmıştır.

Beton ve çeliği birlikte kullanma fikrini ilk kez uygulamaya geçiren kişi Fransız Jean-Louis Lambot olmuştur. 1848 yılında betondan yaptığı kayıkları takviye etmek için demir çubuklar ve teller kullanmıştır.

Şekil 1: Jean-Louis Lambot tarafından yapılan demir donatı takviyeli beton kayık

1853 yılında ise ilk betonarme bina Fransa’da yapılmıştır. Binanın tasarımcısı ve mimarı François Coignet Fransız bir sanayicisidir. Coignet, demir takviyeyi betona sağlamlık kazandırmaktan ziyade monolitik yapıdaki duvarların devrilmesini engellemek için kullanmıştır.

Şekil 2: Coignet tarafından 1853 yılında yapılan ilk betonarme bina

Fransız bir bahçıvan olan ve betonarme mucitlerinden biri olduğu bilinen Joseph Monier, harçtan yapılan bir kabuğu tel örgüyle güçlendirerek saksılar yapmış ve bunun da patentini almıştır. 1867 yılında ise Monier, beton kolonları ve kirişleri bir ızgara modeline yerleştirilmiş demir çubuklarla güçlendirmek için daha gelişmiş bir teknik için başka bir patent almıştır. Bu nedenle Monier, betonarmenin mucidi olarak bilinmektedir. Bu öncüler sayesinde betonarme, yaklaşık 150 yıldır dünyanın gelişmesine katkıda bulunmaktadır.

Beton ve çelik için Yin yang malzemeler diyebiliriz. Yin Yang, Uzakdoğu’da özellikle Çin’de karşılıklı zıtlığın denge içerisinde bulunduğu ve birbirinin içinde olduğunu anlatan kavramdır. Siyahın içinde biraz beyaz, beyazın içinde biraz siyah olması aslında zıtlıkların birbirine muhtaç olduğunu ve birliktelikleri ile eşsiz bir uyum oluştuğunu anlatmaktadır. Tam da beton ve çeliğin, farklılıkları ve ortaklıkları ile tam bir uyum içinde olduklarını anlatan bir tabirdir bu.

Dayanım

Betonun en büyük zaaflarından birisi çekme dayanımının çok düşük olmasıdır. Neredeyse basınç dayanımının %10’u kadardır. Oysa, çelik yüksek çekme dayanımı ile öne çıkmaktadır. Beton içinde çelik donatı kullanılarak betonarme yapıda betonun çekme dayanımının neredeyse 100 katı elde edilmektedir.

Aderans

İki malzemenin birbiriyle aderansı yani bağlanması oldukça iyidir, böylece ikisi arasında kayma olasılığı çok azdır. Bunun sonucunda uygulanan kuvvetlere karşı birlikte hareket ederler ve birlikte deforme olurlar. Elde edilen mükemmel bağ; iki malzeme arasındaki kimyasal yapışmanın, çelik donatılarının doğal pürüzlülüğünün ve donatıların nervürlü olmasının bir sonucudur.

Korozyon

Çelik için en büyük risklerin başında korozyon gelmektedir. Oysa betonun yüksek pH değeri çelik için bazik bir ortam sağlar ve korozyona karşı çeliği korur. Betonarme yapılar için en ciddi ve en yaygın çevresel risk korozyondur. Betonun olumlu bir özelliği ile çeliğin olumsuz bir özelliği buluştuğunda son derece kullanışlı bir malzeme ortaya çıkmaktadır.

Termal Genleşme

Betonarme yapılar elbette sıcaklık değişimleri nedeniyle ısıl genleşmeye maruz kalacaktır. Eğer betonun ve çeliğin ısıl genleşme katsayıları çok farklı olsaydı birbirlerinden farklı harekete edecek ve bunun sonucunda aralarındaki aderans bozulacaktı ve yapı hasara uğrayacaktı. Neyse ki betonun ve çeliğin ısıl genleşme katsayıları oldukça yakındır. Betonun genleşme katsayısı ortalama 10 ^oCx10^-6 ve çeliğin genleşme katsayısı ortalama 12 ^oCx10^-6’dir.

Yüksek Sıcaklık

Çeliğin bir diğer zaafı ise yüksek sıcaklıklarda performansını hızlıca kaybetmesidir. Beton ise çeliğe oranla yüksek sıcaklıklara daha dayanıklıdır. En azından C-S-H jellerinin bozulmaya başlayacağı 500 ^oC-600^oC’lere kadar bütünlüğünü koruyabilmektedir. Bu sayede beton çeliği koruyabilmektedir.

Süneklik

Çelik sünek beton ise gevrek bir malzemedir. Gerçi beton için tam olarak gevrek demek doğru olmasa da daha çok gevrek davranış gösterir. Mühendislik yapıların gevrek olmasını istemez. Betonun bu olumsuz özelliği çelik sayesinde giderilmektedir.