Çeviri : İnş.Y.Müh. Cenk BAŞEĞMEZ - THBB Teknik Ofisi
Dünyanın en eski yapı malzemesi olan beton, günümüzde teknolojinin vazgeçilmez parçası olmaya devam ediyor.
Betonun tarihi uygarlık tarihi kadar eskidir. Betonun, en ilkel ve kaba şekliyle 5000 yıl kadar önce, Mısır Piramitleri’nin yapımı sırasında kullanıldığı bilinmektedir. Romalılar içinse beton, inşaat mühendisliğinde hayati bir öneme sahip olmuştur. Betonun ilkel halini kullanarak kollozyumlar, anıtlar ve millerce yol yapmışlardır. Betonun bu güne kadar yaygın olarak kullanılması onun klasik bir malzeme olarak algılanmasını sağlamıştır. Fakat, bu durum betonun yeniliklere kapalı bir malzeme olduğunu göstermez, aksine, yapılan çalışmaların da gösterdiği üzere beton geliştirilmeye en açık yapı malzemesidir.
Beton yeni şekliyle binaların ısıtılması, trafik akışının izlenmesi ve denetlenmesi için kullanılabilmektedir. Hatta büyük, yüzebilen havaalanları ve radarlara yakalanmayan denizaltı projeleri uygulanmaya başlanmıştır. Düşünülenin aksine beton, geleceğin merak edilen ve araştırılan bir malzemesidir.
Çözüm : Karışım
Betonun temel prensibi oldukça basittir. Karışımı su, iri agrega (çakıl v.s.), ince agrega (kum v.s.) ve çimento (bağlayıcı) dur. Çimento suyla temas ettiği zaman reaksiyona girer. Çimento taneleri ıslanır, önce karışımın kıvamı artar, yapışkan ve koyu kıvamlı bir jel haline gelir. Daha sonra bu jel içindeki agregalarla beraber katılaşmaya ve mukavemet kazanmaya başlar. Belli bir zaman sonra tamamen katılaşarak mukavemet kazanır. Yukarıdaki dört maddenin oranlarının değiştirilmesi ve karışıma katkıların katılmasıyla, özellikleri daha kuvvetli, mukavemetli ve çevre şartlarına dayanıklı, su geçirimsiz bir beton elde etmek mümkün olur. Romalılar da bu basit karışıma benzer karışımlar yapmışlar ve günümüzde kullanılan katkıların yerine o devirdeki ilkel malzemelerle karışımlarını güçlendirmeye çalışmışlardır. Yaptıkları karışımlara bol bol at kılı koymuşlar böylece sertleşme aşamasında oluşabilecek sünmeyi ve çatlakları azaltmaya çalışmışlardır. Ayrıca donma -çözülme dayanıklılığını arttırmak için karışımlarına bir miktar kan ekliyorlardı. Böylece daha fazla boşluk yaratarak, günümüzde hava kabarcığı sürükleyerek donma-çözülme dayanımını arttıran katkılara benzer bir mekanizma kurmak istemişlerdir. Bilindiği gibi beton, yapısı itibariyle boşluklar içeren bir malzemedir. Fakat, fazladan sürüklenen bu boşluklar, beton içinde bulunabilecek nemin veya sonradan boşluklar içine giren suyun, donduğu zaman genleşerek çatlaklar oluşturmasına engel olurlar. Günümüzde polimer fiberler at kılının yerini almış, kan yerine hava sürükleyici katkıları kullanılır olmuştur.
Katkılarla Gelen Yeni Özellikler
Deborah Chung, New-York Üniversitesi, Buffalo'da araştırmalar yapan bir malzeme bilimcisidir. Beton karışımlarına küçük miktarlarda karbon fiberinin katılmasıyla elektrik iletkenliğinin arttığını ve bunun nedeninin karışım içerisindeki diğer bileşenlerin elektrik iletkenliğinin olmamasından kaynaklandığını söylemektedir. Bu beton yüklendiği zaman her bir fiber ile fiberi çevreleyen beton arasındaki iletkenlik azalır. Yük kaldırıldığı zaman elektrik iletkenliği tekrar eski seviyesine döner. Bu sonuç Dr. Chung'un çok fonksiyonlu ve akıllı beton olarak nitelendirdiği bu betonun, hem yapı malzemesi hem de algılayıcı olarak kullanılabileceği düşünülmektedir. Örneğin bu betonla inşa edilen bir karayolu köprüsünde iletkenlikteki bir dalgalanmanın, araç geçtiği anlamına geleceği, dönen bir tekerleğin bu beton üzerinde oluşturduğu basınç ve hız ile iletkenliğin değişiminin önceden ölçülen değerlerin üzerine çıktığı zaman yanlış bir durumun yaşandığı anlaşılabilecektir. Özellikle ağır vasıtaların belirlenen hız limitleri değerini aşması durumu trafikte incelenebilecek ve gerekirse böyle bir durumda kameralar devreye girebilecektir.
Bir diğer kullanım alanı, bu betonların elektromanyetik dalgaları yansıtmasından yola çıkılarak bulunmuştur. Milyarlarca dolarlık bir sektör olan bilgisayar sektöründe, yayılan elektromanyetik dalgalar takip edilebilmektedir. (Zira klavyede basılan her tuş bir elektromanyetik dalga üretir) Böylelikle bürolarda yapılan her iş takip edilebilmektedir. Bu ve benzer durumlarda akıllı beton olarak nitelendirilen bu beton, hem yapısal taşıyıcı vazifesini görecek, hem de elektromanyetik veya radyo dalgalarının yayılmasına karşı koruma sağlayacaktır. Radyo dalgalarını yansıtan bir beton üretilmesi, akıllı otoyolların üretilmesine yardımcı olabilir. Bu otoyollarda araçlar kendi kendilerine yönlendirilecektir. Bu konudaki araştırmalar şu anda gömülü mıknatıslar vasıtasıyla yapılmaktadır. Fakat bu projeye göre sistemin maliyeti çok fazladır. Aynı sistemin yayılan radyo dalgalarını emen veya yansıtan betonlar vasıtasıyla yapılması daha ucuz bir maliyet oluşturmaktadır.
Benzer şekilde araştırmalar yapan bir diğer araştırmacı da Dr. Jim Beaudoin 'dır. Ottowa bina araştırma enstitüsünde betonların iletkenliği üzerine bir çalışma yapılmaktadır. Onun görüşüne göre betona karbon fiber eklemek pahalı bir yoldur. Bunun yerine iletken agrega kullanılmalıdır. Bunun için çelik üretiminde yan ürün olarak ortaya çıkan boşluklu karbon kullanılabilir ve bu oldukça ucuzdur. Karışım esnasında dikkatli kontrol ve nem içeriğinin uygunluğu bu betonu mükemmel yapısal bir beton haline getirebilir ve aynı zamanda iyi bir elektrik iletkenliği sağlayabilir. Dr. Beaudoin 'in projesi o kadar iyi bir iletkenlik sağlamaktadır ki içerisinden elektrik geçirerek bir ısıtma bile sağlandığı görülmüştür. İç ısıtma için, düşük voltajlı elektrik kaynağı iletken beton zeminine verilmektedir. Böylece tüm zemin radyatör gibi davranmaktadır. Diğer uygulamalarda, otoyollar, havaalanları betonlarında, buz ve karı eritmek için daha yüksek voltaj uygulanır. Bununla ilgili bir deneyde Ottowa'daki kış şartlarında olimpik yüzme havuzu büyüklüğünde bir döşemede bu sistem uygulanmış ve başarılı sonuçlar alınmıştır. Ayrıca bu şekilde üretilen betonun paratoner vazifesi görecek şekilde bantlar halinde üretilip, toprağa elektrik iletiminin sağlanması dahi düşünülmektedir.
Bu ve benzer uygulamalar betonun rönesansı gibi görünmektedir.