Yangınlar, betonarme yapıların taşıyıcı sisteminde mekanik deformasyona sebep olabilir. Bunun sonucu olarak statik tasarım geometrisi bozulabilir ve yapıda kuvvet aktarımları değişebilir.

Yangın esnasında meydana gelen tutuşmanın asgari sıcaklığı; yanıcı malzemenin cinsine, şekline, yüzeyine ve porozitesine bağlıdır. Yanış hızı ise, yanma yerinde oksijenin yenilenme olanaklarıyla orantılıdır. Yangının çıkışını ve gelişmesini takiben etkin yanış evresine geçer ve en yüksek sıcaklık bu evrede oluşur. Betonda etkin yanış evresinde zarar görmeye başlar.

Yangında ısı, yanmakta olan bölgeden konveksiyon ve ışıma ile iletilir. Bu ısının bir bölümü malzeme tarafından yansıtılırken bir bölümü de emilir. Emilen ısı malzemenin içine kondüksiyon ile ulaşır ve sıcaklık yükselmesine neden olur.

Ülkemizde 1900’lü yılların başından bu yana her ihtiyaca yönelik, yapıların taşıyıcı sisteminde yoğun olarak betonarme kullanılmaktadır.

Pas payındaki renk değişimi;

Betonarme taşıyıcıların donatılarını, dış etkilere karşı korumak için beton örtüsü de denilen “pas payı” yapılır. Yangın esnasında ısıya maruz kalan ilk bölge burasıdır ve yüksek ısıya maruz kaldığında renk değişimi gözlemlenir.

Pas payındaki renk, maruz kaldığı sıcaklık hakkında fikir verebilmektedir.

PEMBE & KIRMIZI 300-600°C,
GRİ 600-900°C
SARIMTIRAK BEJ 900-1000°C’ye yükseldiği ifade edilmektedir.

Renkteki bu değişimin nedeni çimentodaki demir içeren bileşenlere bağlanmıştır. Sıcaklık 600°C’ye ulaştığında beton, dayanımının %50’sini, 800°C’ye ulaştığında ise yaklaşık %80’ini kaybettiği göz önüne alınırsa, renk incelemesi ile betonun hangi sıcaklığa maruz kaldığı, dolayısı ile basınç dayanımında meydana gelen değişim hakkında fikir vermektedir. Buradan yüksek sıcaklık etkisinde kalan betondaki renk değişiminin, betonu oluşturan silis, demiroksit, alüminyum ve kalsiyum gibi elementlerde oluşturduğu değişimleri tahmin etmemiz açısından önemli bir parametre olduğu söylenebilir.

Şekil-1: Yangın merkezinde sıcaklık-zaman ilişkisi

 

Neden Hafif Beton?

Yangının etkisi, beton dayanımına göre değişmektedir.

Betonun yangına karşı dayanıklılığı, içeriğindeki çimento/agrega oranına göre değişiklik gösterir. Çimento dozajının düşük olduğu betonlarda yangın, zararlı etkisini daha az gösterir. C25-C30 arası beton sınıfı içerisinde ki su ve boşluk oranı, C30 ve üstü beton sınıflarına göre daha yüksektir. Yangından kaynaklı yüksek ısıda beton içerisinde oluşan tepkimeler sonucunda su buharı betonda içsel itki kuvvetlerine neden olur ve beton bu şekilde deformasyona uğrar. Beton kalitesi düştükçe, su oranı fazla olmasına rağmen, su buharının kaçabileceği boşlukların fazlalığından dolayı yüksek kalite betona göre daha az etkilenir.

Nem oranı, betonun çatlamasına etki eder.

Yangın bakımından önemli bir nokta da betonun içerdiği rutubet ve su miktarıdır. Rutubet içeriğinin fazla olması halinde, suyun genleşme katsayısının daha büyük olmasından dolayı yangına dayanıklılığı önemli ölçüde azaltır. Sıcaklık 400°C’ye ulaştığında çimentodaki , CaO (sönmemiş kireç) ’ya dönüşür. Yani kimyasal tepkimeye girerek oluşan su buharlaşır. İtfaiyenin soğutma suyuyla tekrar tekrar tepkimeye girer ve  olan ilk haline dönüşür. Böylece hacmi genişleyerek çatlaklara sebep olur.

Betonun sıcaklık aralıklarında içsel tepkimeleri aşağıdaki gibidir;

30 °C­ – 300 °C     → Çimento dehidrasyonu

450 °C – 550 °C   → Portlanditin ayrışması (Ca(OH)2 → CaO + H2O)

570 °C                    → Kuvars inversiyonu

600 °C – 700 °C   → Kalsiyum – Silikathidrat fazlarının ayrışması ve oluşumu

600 °C – 900 °C   → Kireç taşı dekarbonasyona başlar (CaCO3 → CaO + CO2)

 

Agrega çeşidine göre yangın dayanımı değişir.

Yangına dayanıklılık bakımından agrega türleri de büyük rol oynar. Genellikle silis içermeyen agregalarla, örneğin kalker kökenli, püskürük kökenli agregalarla üretilen betonların yangına karşı davranışı daha iyidir. Özellikle dolomit esaslı kalkerli agrega kullanmakla yangına dayanıklı betonlar elde edilir. Bunun nedeni karbonatın kalsinasyonunda ısının emilmesinin sıcaklık artışını geciktirmesidir. Bu arada termik iletkenlik katsayısı düşük betonlar, başka bir deyimle hafif betonlar (birim ağırlığı 1,6 kg/dm³ den küçük olanlar) normal betonlara göre yangından daha az zarar görür.

Küçük kesitli yapı elemanları yoğun etkilenir.

Yangına dayanıklılık konusunda malzeme ile ilgili olmayan bir husus vardır ki o da yapı elemanlarının kesit boyutudur. Boyutlar ne kadar küçük ise zararlı etki o kadar büyüktür. Bundan dolayı büyük boyutlara sahip olan kütle boyutlarının genellikle yangından zarar görmediğini kabul etmek mümkündür.

Yangının Betonarme Çeliğine Etkileri

  • Çelik yanmaz malzeme grubuna girmesine rağmen, yüksek sıcaklık etkisinde fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerinde olumsuz yönde değişiklikler meydana gelir.
  • Betonun yeterince termik izolasyon sağlamadığı konumlarda (pas payının yetersiz olduğu durumlar), çelik donatı burkularak aderans kuvvetini aşacak ve dışarı fırlayacaktır.
  • Betonarmede kullanılan çelikler düşük karbonlu S-220A, soğukta burulmuş düşük karbonlu S-420B ve orta karbonlu S-420A çelikleridir.
  • Yangında betonarme donatılarda oluşan hasar, akma-çekme sınırı ve elastisite modülündeki azalmalar ve içyapı değişiklikleri olarak ortaya çıkar.

Şekil-2: S 420a için farklı sıcaklık sonrası akma dayanım değişimleri

Şekil-3: S 420a için farklı sıcaklık sonrası çekme dayanım değişimleri

  • Betonda oluşan ısı etkilerinde anlatıldığı gibi 600°C’de ve üzerindeki sıcaklıklarda 2,5-5 cm kalınlığındaki pas payında çatlaklar ve dökülmeler meydana gelir. Bu durumda donatı çeliği direk olarak ısıl etkiye maruz kalır. Sıcaklık 600°C üzerine çıktıkça donatı çeliğinin akma sınırlarında ve çekme dayanımlarında yaklaşık %50 civarında düşmeler gözlenir.
  • Çeliklerin maruz kaldığı 300°C’de dayanım ve akma sınırlarındaki düşme başlar. Sıcaklık 600°C’ye yükselince çekme dayanımı güvenlik gerilmesinin altına iner. 1000°C’ye yaklaşınca elastisite modülünün azalması nedeniyle plastik deformasyonlar (geri dönüşü olmayan deformasyon) oluşur.

Yangın gibi yüksek sıcaklık etkisinde kalan betonarme yapılarda yeterli beton örtü kalınlığı ile termik izolasyonun sağlanması durumunda, donatıdaki sıcaklık 600 °C altında kalabilecektir. Bu takdirde, sıcaklık sonrası donatıdaki mekanik özelliklerdeki değişim kalıcı olmayacak, beton dayanımında herhangi bir sorun olmadıkça betonarme yapı kullanımına devam edebilecektir.

Yangın Sonrası İzlenecek Yol

Yangın meydana geldikten sonra bütün taşıyıcılar kontrol edilmelidir. Güçlendirme projeleri hazırlanarak fayda/maliyet analizi doğrultusunda güçlendirme yöntemi belirlenmelidir. Yangın sonrası betonarme yapılarda yapılacak güçlendirme yöntemleri arasında betonarme mantolama, püskürtme beton, tamir harcıyla koruma, FRP sargı, çelik konstrüksiyon taşıyıcı takviyesi olarak sayabiliriz.

 

İnşaat Mühendisi

Zafer Koçoğlu

 

Kaynaklar:

 

Alper Uysal “Yüksek Sıcaklığın Beton Üzerindeki Etkileri” 2004,

Yüzer, Akbaş, Kızılkanat “Yüksek Sıcaklık Etkisinde Kalan Betonun Basınç Dayanımı-Renk Değişimi İlişkisinin Yapay Sinir Ağları Yöntemi İle Tahmini”

Trenn,Wu,Jamal,Thornley 2016

ASTM D 1535-68 Standard Method of Specifying Color by the Munsell System (1974).

Ergün, Kürklü ve Başpınar/ AKÜ Fen Bilimleri Dergisi 2009-02 97-103

 

   
Powered by KırmızıErik