Lif Katkılı Betonlar (Fiber-Reinforced Concrete)

Lif katkılı betonlar, çimento, agrega ve su kullanılarak hazırlanan klasik betonların çeşitli özelliklerini olumlu yönde değiştirmek ve beton kalitesini arttırmak amacıyla taze betona farklı miktarlarda, çeşitli tiplerde ve özelliklerde liflerin eklenmesiyle elde edilen yüksek dayanımlı bir beton çeşididir.

Cam, polyester, çelik en çok tercih edilen liflerdendir. Liflerin kullanılmasında dikkat edilmesi gereken en önemli konulardan biri liflerin taze beton içerisinde homojen olarak dağılmasını sağlamak ve bu homojenliği beton dökümünden sonra da korumaktır. Homojen dağılmış olan lifler çatlaklar arasında bir bağlayıcı görevi görerek çatlakların yayılmasının önüne geçer. Lifler bu özellikleri sayesinde betonun çekme, eğilme e darbeye karşı dayanımını arttırır. Lifli betonlar, sahip oldukları bu özelliklerinden dolayı fabrika ve depoların döşeme betonları, havaalanı betonları ve prefabrik imalatlar gibi birçok alanda kullanılmaya elverişli bir betondur.

Lif Katkılı Betonların Tarihçesi

Ne kadar beton olmasa da yapılarda liflerin kullanımı yaklaşık 4500 yıl öncesine kadar dayanır. Kerpiç yapılırken içerisine bitkisel elyaf, at kuyruğu, saman gibi doğal lifler eklenmiştir. Betonun özelliklerini geliştirmek amacıyla yapılan ilk çalışmalar ise 19. yüzyılın başlarından itibaren devam etmektedir. Bazı meslektaşlarımız tarafından hâlâ bilinmese de lifli betonlar dolayısıyla yapay lifler vazgeçilmez derecede önemlidir. Mühendislik açısından bazı liflerin özelliklerini Tablo 1’den inceleyebiliriz.

Çelik Lif Katkılı Betonlar

Çelik lifler, düşük karbonlu çeliklerden üretilirler. Üretilen çeşitli tip ve özellikteki bu lifler, betona normal betonun 50 katı kadar süneklilik sağlar. Çelik liflerin uzunluğu, şekli ve çapı gibi fiziksel özellikleri bile betonun performansını ciddi derecede etkileyebilmektedir. Çelik lif katkılı betonların performansını etkileyen bazı lif özelliklerini sıralayacak olursak;

• Lifin şekli ve tipi
• Lifin hacimce kullanım oranı
• Lifin beton içerisindeki dağılımı ve yönelimi
• Betonun hazırlanma yöntemi

Çelik liflerin en önemli özelliklerini de aşağıdaki gibi sıralayabiliriz;

• Yüksek çekme gerilmelerine karşı düşük uzama göstermesi
• Ortalama çekme gerilmelerinin 1200 MPa olması
• Elastik limitlerinin %0,2’den düşük olması

Çelik Lifli Betonların Kullanılmasının Yararları

• Betonun yüksek dayanım kazanmasını sağlar
• Betonun sünekliliğini arttırır
• Minimum çatlaklı beton yüzeyi oluşumunu sağlar
• Donatının azalmasını bundan dolayı donatı işçiliğinde ve maliyette azalma sağlar
• Betonun enerji yutma kapasitesini arttırır
• Yorulmayı geciktirir
• Aşınmayı önler

Çelik Lifli Betonların Kullanım Alanları

1. Büyük sıcaklık farklarına maruz kalan yapılarda;

• Çimento ve çelik üretim tesisleri gibi termal ve mekanik şok tehlikesinin bulunduğu yapılarda kullanılabilir.

2. Depo ve fabrika gibi aşırı yüklere maruz kalan döşemelerde;

• Depo ve fabrika gibi sürekli ve tekrarlı aşırı yüklere maruz kalan yapıların döşemeleri bu yükleri karşılayabilecek olan lifli betonlar tercih edilebilir.

3. Betonarme borularda ve altyapı malzemelerinde;

• Bu tür yapılarda sızdırmazlık ve kimyasallara karşı dayanıklılık önemli olduğundan lif katkılı betonlar kullanılabilir.

4. Havaalanı ve liman kaplamalarında;

• Havaalanı betonlarında derz açıklıklarını büyütme ve kaplama kalınlıklarını azaltmak amacıyla kullanılabilir.
• Liman kaplamalarında; çarpma etkilerine, dalga hareketlerine, aşırı ve tekrarlı yüklere betonun dayanabilmesi için de lif katkılı betonlar kullanılabilir.

5. İnce kesitli yapılarda ve endüstri yapılarında;

• İnce kesitli yapılarda donatı miktarının düşürülmesi, endüstri yapılarda bakım onarım giderlerinin azaltılması, döşeme kalınlıklarının düşürülmesi amacıyla kullanılabilir.

6. Püskürtme beton imalatlarında;

• Püskürtme betonlar hazırlanırken yüksek oranda çimento kullanılması gerekir. Yüksek çimento oranı hem yüksek maliyetli hem de rötre çatlaklarına neden olmaktadır. Bu nedenden dolayı lifli betonlar ekonomik ve çatlak kontrolü açısından önemli betonlardır.

7. Ön üretimli-Prefabrik elemanların betonlarında;

• Çatlak kontrolü, elastik davranış, kısa zamanda yüksek mukavemet açısından avantajları olan lifli betonlar kullanılabilir.

8. Su yapılarında;

• Baraj, kanal gibi hidrolik yapılarında ve kavitasyon hasarlarına karşı kaplamada kullanılabilir.

9. Şevlerin stabilizesini sağlamak amacıyla;

10. Yüksek mukavemet gerekli yapıların betonlarında;

11. Patlamaya ve yangına dayanıklı yapıların inşasında kullanılabilir.

Sonuç

Cam, çelik, polyester gibi birçok çeşitte ve farklı özellikte, farklı şekil ve ebatlarda lifler bulunmaktadır. Bu lifler, normal betonların çeşitli özelliklerini geliştirmek amacıyla kullanılır. Uygulamada karşılaştığımız lifler genellikle çelik liflerdir. Çelik lifler de kendi arasında şekil, uzunluk gibi farklı özelliklerle birbirinden ayrılır. İstenilen özelliklere ve kullanılacak yılın standartlarına göre farklı miktarlarda taze betona eklenebilir.

Lifli betonlar genellikle yüksek dayanım ve çatlakların minimize edilmesi amacıyla, tekrarlı ve aşırı yükleri karşılamak, patlamaya ve yangına dayanıklı yapılar inşa etmek, kavitasyon hasarlarına karşı kaplama yapmak, çimento kullanımını ve beton maliyetini düşürmek, kimyasal etkilere maruz kalan yapıları inşa etmek veya yapı elemanlarını üretmek, ince kesitli yapıları üretilebilmek, betondaki donatı miktarını azaltmak amacıyla depo ve fabrika döşemeleri, hidrolik yapıları, prefabrik elemanların üretimi, havaalanı ve liman kaplamaları gibi birçok alanda kullanılır.

Özel betonların kullanım alanları, miktarları ve yapılan çalışmalar her geçen gün artmaktadır. Başka bir ifadeyle günümüz yapılarının dayanımının ve ömrünün uzatılması bakımından betonların araştırılması ve geliştirilmesi kaçınılmaz olmuştur. Betonun kullanılması ve geliştirilmesi devam edecektir. Her geçen gün farklı betonların hayatımıza girmesiyle daha ekonomik, estetik ve dayanıklı yapılar inşa edilecektir.

Sık Sorulan Sorular (SSS)

1. Lif katkılı beton nedir ve neden tercih edilir?
   • Lif katkılı beton, çimento, agrega ve suyun yanı sıra betonun dayanıklılığını artırmak için taze betona çeşitli liflerin eklendiği özel bir beton türüdür. Lifler, betonun çatlamasını önler, çekme ve eğilme dayanımını artırır. Bu sayede yapıların ömrü uzar ve dayanıklılık artar. Lif katkılı beton kullanımı, depo, fabrika döşemeleri, havaalanı kaplamaları gibi zorlu koşullarda sıklıkla tercih edilir.
2. Lif katkılı betonlarda en çok kullanılan lif türleri hangileridir?
   • Lif katkılı betonlarda çelik lif, cam lif ve polyester lif en yaygın kullanılan liflerdir. Özellikle çelik lif katkılı beton, yüksek dayanımı ve sünekliği ile öne çıkar. Betonun performansını artırmak için liflerin beton içinde homojen dağılması ve doğru oranda kullanılması çok önemlidir.
3. Çelik lif katkılı betonun avantajları nelerdir?
   • Çelik lif katkılı beton, betonun çekme dayanımını artırır, çatlak oluşumunu minimize eder ve betonun enerji yutma kapasitesini yükseltir. Bu sayede yapılar daha dayanıklı, esnek ve uzun ömürlü olur. Ayrıca, donatı miktarının azalmasıyla işçilik ve maliyet avantajı sağlar. Çelik lif katkılı betonlar özellikle aşırı yüklere maruz kalan yapı elemanlarında kullanılır.
4. Lif katkılı beton hangi alanlarda kullanılır?
   • Lif katkılı betonlar, yüksek dayanım ve çatlak kontrolü gerektiren birçok yapı alanında kullanılır. Bunlar arasında depo ve fabrika döşemeleri, havaalanı kaplamaları, liman yapıları, prefabrik elemanlar, su yapıları ve endüstriyel yapılar bulunur. Ayrıca, püskürtme beton uygulamalarında ve ince kesitli yapılarda da yaygın olarak tercih edilir.
5. Lif katkılı beton kullanırken nelere dikkat edilmelidir?
   • Lif katkılı beton uygulamasında en kritik nokta, liflerin beton içinde homojen dağılımının sağlanmasıdır. Ayrıca, kullanılacak lifin tipi, şekli, uzunluğu ve beton içindeki hacim oranı performansı etkiler. Betonun hazırlanma ve döküm yöntemi de lif katkılı betonun kalitesini belirleyen önemli faktörlerdendir.

Bir sonraki bilgi selinde ve yorumlarda görüşmek üzere…😉

Yararlanılan Kaynaklar

1. American Concrete Institute. (2018). Guide for fiber-reinforced concrete (ACI 544.4R-18). ACI Committee 544.
2. Bentur, A., & Mindess, S. (2006). Fibre reinforced cementitious composites. CRC Press.
3. Mehta, P. K., & Monteiro, P. J. M. (2014). Concrete: Microstructure, properties, and materials (4th ed.). McGraw-Hill Education.
4. Naaman, A. E. (2000). Fiber reinforced concrete: An overview after 30 years of development. Proceedings of the First International Conference on Fibrous Concrete, 1-12.
5. Neville, A. M. (2011). Properties of concrete (5th ed.). Pearson Education Limited.
6. Topçu, İ. B. (2006). Fiber reinforced concrete. In Concrete Technology (s. 105-130). İstanbul Teknik Üniversitesi Yayınları.