Beton, dünyada en yaygın kullanılan yapı malzemesidir ve küresel antropojenik (insan kaynaklı) karbondioksit (CO2) emisyonlarının % 6 – 10’undan sorumludur. Portland çimentosu betonun ana bileşenidir ve betondaki gömülü karbonun büyük çoğunluğundan sorumludur. Çimento üretimi sırasında karbondioksit emisyonu başlıca iki noktada meydana gelmektedir. Oluşan emisyonun yarısı proses sonucu yani ham maddelerin pişirilmesi esnasında meydan gelen kalsinasyon, diğer yarısı da kullanılan yakıt ve enerji kaynaklıdır.
Çimento üretiminde oluşan karbon emisyonu azaltıldıktan sonra, birim beton hacmi başına kullanılan çimento miktarı azaltılarak ilave karbon indirgeme işlemi yapılabilir. Çimento miktarını azaltmak için en etkili yöntemlerden birisi çevresel etkisi daha düşük olan tamamlayıcı malzemeler diğer bir ifade ile mineral katkılar kullanmaktır. Uçucu kül ve yüksek fırın cürufu bu anlamda en çok bilinen malzemelerdir. Bu malzemeler kendilerini birçok yönden ispat etmiş ve standartlarda yer almıştır.
Mineral katkıların üretici ve tüketici tarafından tercih edilmelerini etkileyen üç husus vardır:
Maliyete etkisi: Konu çevre de olsa sürdürülebilirliğin üç saç ayağından birisi de ekonomidir. Hem üretici hem de tüketici mevcut bir ürünün maliyetinin artmasını tercih etmez. Mineral katkılar genel olarak çimentodan daha düşük fiyatlıdır. Eş miktarda çimento azaltmasalar bile genel olarak birim maliyeti yükseltmezler. Nakliye önemli bir maliyet kaynağı oluşturduğu için üreticiler yakın kaynakları tercih ederler. Bu da bazen bu ürünlerin kullanımını olumsuz etkilemektedir.
Ürün performansına etkisi: Uçucu kül, yüksek fırın cürufu ve silis dumanı gibi standartlarda yer alan ve teknik performansları ispat edilmiş mineral katkılar bazı projelerde zorunlu olarak kullanılmaktadır. Özellikle sadece çimento ile üretilen betonların karşılayamayacağı bazı dürabilite (dayanıklılık) ihtiyaçlarını karşılamaları nedeniyle tercih edilmektedir. Bunun dışında betonda plastik rötrenin (yüzeysel çatlak oluşumu) azaltılması, taze beton sıcaklığının düşürülmesi, pompalanabilirliğinin arttırılması ve dayanım gelişimin normalleştirilmesi amacıyla da kullanılmaktadır.
Çevresel performans: Betondaki karbon ayak izini düşürmeleri ve atık miktarının azaltılması başlıca faydalarıdır. Özellikle yeşil bina projelerinde malzeme kategorisinde avantaj sunmaktadırlar.
Hem üretici hem de tüketici açısından faydası olan bu ürünlerin önünde bazı engeller de mevcuttur:
Kaynaklar sınırlıdır.
Kaynaklar yakın olamayabilmektedir.
Kullanım miktarları sınırlıdır.
Bazı kaynaklar stabil ürün sağlayamamaktadır.
Bazı malzemelere karşı ön yargılar mevcuttur.
Bu engelleri azaltmak ve önüne geçmek için yapılması gerekenler:
Üreticiler nakliye açısından kendilerine avantaj sağlayacak mineral katkıları araştırmalıdır. Volkanik kül, volkanik cüruf, kalker tozu, kalsine edilmiş kil vb. alternatif malzemeler de göz önünde bulundurulmalıdır.
Reçete optimizasyonu ile farklı beton sınıfları ve müşteri talepleri doğrultusunda çeşitli beton karışımları çalışılmalıdır.
Müşterilere ve denetçilere mineral katkıların avantajları standartlar çerçevesinde ve akademik yayınlarla anlatılmalıdır.
Kaynakların stabil olması için üretici ile temasa geçip gerekli iyileştirmelerin yapılması ve herhangi bir değişiklik durumunda hızlı bir şekilde bilgi alınması sağlanmalıdır.
Mineral katkıların çimento çeşitleri ve kimyasal katkılar ile uyumu araştırılmalı ve gerekli testler yapılmalıdır.
Yüksek fırın cürufu gibi erken dayanımdan ziyade geç dayanıma etkisi olumlu olan mineral katkı kullanımı durumunda 28 günden ziyade 56 gün veya daha ileri yaş dayanımları dikkate alınmalıdır.
Çimento miktarını standartlar kapsamında kabul edilebilir seviyede azaltmak için alınabilecek diğer aksiyonlar ise:
Standartlar açısından kullanılabilir nitelikte olsa dahi zayıf, kirli, yassı özelliklerde agrega kullanılmamalıdır.
Metilen mavisi değeri yüksek olan (dayanımı olumsuz etkileyen kil vb. istenmeyen içerik) ince malzeme kullanımından olabildiğince sakınılmalıdır.
Performans açısından daha yüksek nitelikte su azaltıcı kimyasal katkılar tercih edilmelidir.
Yüksek dayanım sınıflarında küp yerine silindir numune ile kalite kontrol süreçlerinin takip edilmesi sağlanmalıdır. (Bu konuda sadece üretici değil denetçi makamların da birlikte çalışması gerekmektedir.)
Malzemelerin uyumluluğu araştırılmalıdır. Kimyasal katkı – çimento, çimento – mineral katkı uyumu bu anlamda öne çıkmaktadır.
Beton bileşenlerinin olabildiğince stabil olması ve üretim süreçlerinin de uygun olması ile standart sapmanın düşük değerde kalması sağlanmalıdır.
Agrega gradasyonu optimize edilmelidir. Pompalanabilirlik olumsuz etkilenmeyecek şekilde maksimum doluluk sağlanmalıdır.
Yakın tedarik kaynakları tercih edilmelidir
Beton hem üretimi hem de ham maddelerin tedariki açısından oldukça lokal bir malzemedir. Yine de bu konuda yapılacak iyileşmelerin etkisi oldukça büyük olacaktır. Betonda ağırlıkça en fazla kullanılan malzeme agregadır. 1 m3 beton üretmek için neredeyse 2 ton iri ve ince agrega kullanılır. Agregadan sonra ise çimento gelmektedir. Bu nedenle başta agrega ve çimentonun, üretim tesisine olabildiğince yakın yerlerden tedarik edilmesi nakliye nedeniyle oluşacak karbon emisyonu azaltacaktır. Ancak, bu durum her zaman geçerli olmayabilir. Yakın bir kaynağa göre daha uzakta olan bir kaynaktan tedarik edilen agrega ya da çimentonun beton karışımında sağlayacağı avantaj daha yüksek olabilir. Bu yüzden konuya daha geniş bir çerçeven bakmak faydalı olacaktır.
Farklı ihtiyaçlar için farklı reçeteler
Erken dayanım ihtiyacı için mineral katkı içeriği daha düşük olan karışımlar, erken dayanım ihtiyacı olmayan yapı elemanları için ise daha yüksek oranlarda mineral katkı kullanılabilir. Bunun için de yüksek erken mukavemete ihtiyaç duymayan bina bileşenlerini tanımlanmalıdır.
28 gün yerine daha ileri yaş dayanımları
Hem ASTM hem de EN standartlarında 28 günlük dayanım zorunlu bir parametre değildir. Üretici, kullanıcı ve denetçi arasında önceden alınacak bir kararla 56 veya 90 günlük dayanımlar dikkate alınabilir. Yani 28 günde beton dayanımının standart limitini sağlamasından ziyade ileri yaşlarda sağlaması tercih edilebilir. Bu sayede özellikle sıcak havalarda daha yüksek miktarda mineral katkı kullanımının önü açılabilmektedir.
Karbon ayak izi düşük çimento kullanımı
Betonda hatta betonarmede en yüksek gömülü karbona sahip bileşen çimentodur. Bu nedenle hem üretici hem de tüketici daha düşük karbon ayak izi olan çimentoları tercih etmelidir. Ancak, buna karar vermek için farklı kaynaklara ait ürünlerin kıyaslanması gerekir. Bu konuda en güvenilir referans EPD (çevresel ürün beyanı) belgeleridir. Ülkemizde EPD belgeli çimento neredeyse yoktur. Birkaç firmanın dönemsel olarak aldığı belgeler mevcuttur. EPD belgeli hazır beton ise yoktur. Sadece bazı firmaların kendi deklarasyonları mevcuttur.
Bunun dışında en etkili yöntem ise klinker oranı düşük çimento kullanımını tercih etmektir. Ülkemizde en çok üretilen ve tüketilen çimento cinsi %55’lik oranla CEM I 42.5 R çimentosudur. Oysa AB ülkelerinde ise en fazla CEM II/A tipi çimento tercih edilmektedir. Bu çimento ortalama %10 daha az klinker içermektedir.
Projelerde daha yüksek dayanımlı beton tercih edilmesi
Beton dayanımının artması için çimento veya daha doğru bir tabir ile bağlayıcı malzeme miktarının artması gerekmektedir. Bu karbon açısından olumsuz gibi gözükse de kesinliği yoktur. Beton dayanımının artması sonucunda taşıyıcı elemanlarının ebatı ve çelik donatı miktarı azalabilmektedir. Bu nedenle toplam fayda hesaplamasında bu unsurlar da dikkate alınmalıdır.
Döşemelerde hafif beton kullanılması
Özellikle döşemeler yapıya en fazla yük getiren elemanlar olarak öne çıkmaktadır. Gerekli dayanım şartlarını sağlayan hafif beton kullanımı ile yapının maruz kaldığı yük hafifleyecek ve bu sayede daha az taşıyıcı elemana veya daha düşük kesitli elemanlara ihtiyaç duyulacaktır.
İnş.Yük.Müh. olan Yasin Engin, lisans ve yüksek lisans eğitimini Boğaziçi Üniversitesi'nde tamamlamıştır. 16 yıldır beton ve çimento sektöründe çalışmaktadır. Web sitesindeki tüm yayınlar Yasin Engin tarafından paylaşım amacıyla hazırlanmıştır. Yayınlar kaynak gösterilerek kullanılabilmektedir.
(yasin.engin@gmail.com)
