Beton kimyasal katkıları; betonun üretiminden taşınmasına, pompalanmasından yerleştirilmesine, kalıp içerisinde dayanım kazanmasına kadar tüm süreçlerde etkin rol üstlenmektedir. Bu nedenle sürdürülebilir beton üretimi için vazgeçilmez bileşenlerden birisidir. Beton katkılarının çeşitli süreçlerdeki etkisi aşağıda belirtilmektedir:

Betonun karıştırılması: Betonun üretimi anında beton içerisindeki su miktarını azaltarak; betonun maliyetini, dayanımını ve beton içerisinde kullanılan kaynakların optimizasyonunu sağlamaktadır.

Betonun taşınması: Betonun üretildikten sonra inşaat sahasına taşınırken karıştırılabilir ve uygulanabilir işlenebilirlikte olmasında beton katkılarının büyük bir etkisi vardır. Hatta bazı özel beton katkıları ile 2 saat üzerinde betonun kıvam koruması sağlanarak, uygulamanın ve nakliyenin sorunsuz bir şekilde yapılması mümkün olmaktadır. Bu durum hem performansın sağlanması hem de operasyonun hızlanması ile inşaat maliyeti açısından büyük bir avantaj getirmektedir.

Betonun teslimi: İnşaat yerinde betonun kolaylıkla pompalanarak her türlü yapının rahat bir şekilde üretilmesi gerekmektedir. Özellikle son yıllarda anıtsal yapılar ve mega projelerin başarıyla gerçekleşmesinde (Yavuz Sultan Selim Köprüsü, Burj Khalifa vb.) betonun bu özelliği önemli rol oynamaktadır.

Betonun yerleştirmesi: Betonun yerleştirilmesi aşamasında beton katkıları kritik bir rol üstlenerek daha az işçilik ile betonun daha iyi yerleştirilmesini sağlamakta ve hem ekonomik olarak hem de performans olarak inşaat üretimine büyük faydalar sağlanmaktadır.

Betonun kalıptan çıkarılması: Beton kalıba yerleştikten sonra dayanım ve durabilite özelliklerinin gelişmesinde yine en önemli faktörlerden biri beton katkılarıdır. Betonun sertleşmiş özelliklerine etki ederek hem inşaat süresinin kısalmasında hem de betonun mühendislik özelliklerini geliştirilip yapının daha uzun ömürlü kullanılmasında önemli bir rol oynamaktadır.

Beton üretiminde kullanılan kimyasal katkıların özellikleri ve gereklilikleri TS EN 934-2 Standardında belirlenmiştir. Tablo 1’de görüleceği üzere TS EN 934-2 kapsamında 12 çeşit katkı yer almaktadır. Püskürtme beton katkıları ise TS EN 934-5 kapsamındadır.

Tablo 1. Türk Standartlarında yer alan beton kimyasal katkıları

Standart	Katkı Türleri
TS EN 934-2	Beton Kimyasal Katkıları Su azaltıcı / akışkanlaştırıcı kimyasal katkıYüksek oranda su azaltıcı / süper akışkanlaştırıcı kimyasal katkıSu tutucu kimyasal katkıHava sürükleyici kimyasal katkıPriz hızlandırıcı kimyasal katkıSertleşmeyi hızlandırıcı kimyasal katkıPriz geciktirici kimyasal katkıSu geçirimsizlik kimyasal katkısıPriz geciktirici / su azaltıcı / akışkanlaştırıcı kimyasal katkıPriz geciktirici / yüksek oranda su azaltıcı / süper akışkanlaştırıcı kimyasal katkıPriz hızlandırıcı / su azaltıcı / akışkanlaştırıcı kimyasal katkıViskozite iyileştirici kimyasal katkılar
TS EN 934-5	Püskürtme beton katkıları

Henüz standardı olmayan diğer beton katkıları ise:

• Yüzey geciktiriciler
• Alkali-silika reaksiyonu azaltıcılar
• Korozyon azaltıcılar
• Renkli beton pigmentleri
• Rötre azaltıcı katkılar
• Ayrışma azaltıcı katkılar
• Köpük beton katkıları
• Antibakteriyel katkılar

Hazır beton sektöründe en çok kullanılan beton kimyasal katkısı süperakışkanlaştırıcı katkılardır. Lignin, naftalin, melamin, polikarboksilik eter (PCE) bazlı ham maddelerden üretilen akışkanlaştırıcı katkıların Şekil 2’de belirtildiği gibi betonun fiziksel, mekanik ve çevresel performansı üzerinde doğrudan ve dolaylı çok önemli etkileri bulunmaktadır.

Şekil 2. Süperakışkanlaştırıcı katkıların beton performansına etkileri

Süperakışkanlaştırıcıların nasıl çalıştığını anlamak için önce çimento ve su arasındaki hidratasyon reaksiyonunu anlamak gerekmektedir. Çimento tanecikleri, düzensiz şekillere sahip ince tanelerdir. Çimento ve su karıştırıldığında, tanecikler pozitif ve negatif yüklü bölgeleri arasındaki elektrostatik çekim nedeniyle topaklanır. Topaklanmış çimento ve su karışımı içinde, karışım suyunun bir kısmını tutan boşluklar oluşur. Karışıma anyonik bir süperakışkanlaştırıcı eklendiğinde, polimerin negatif bölümleri taneciklerin yüzeyine adsorbe olur ve her bir taneciğin negatif yükünü artırır. Bu durum, çimento taneciklerinin topaklanmasını engelleyen ve sıkışan suyu serbest bırakan, tanecikler arasında itme kuvveti ile sağlanır. Süperakışkanlaştırıcı katkılar 3 farklı mekanizmada çalışmaktadır:

1. Elektrostatik Etki: Melamin, naftalin veya PCE bazlı süperakışkanlaştırıcılar; elektrostatik itme ile çalışır. Şekil 3’te görüldüğü gibi anyonik polimerler, çimento taneciklerinin yüzeyine adsorbe olur ve taneciklerin karşılıklı olarak itici olmasına neden olan negatif yük yoğunluğunu arttırır.

Şekil 3. Süperakışkanlaştırıcı kimyasal katkılarda elektrostatik itme etkisi [32]

• Sterik Etki: Sterik dispersiyon (dağılma); melamin, naftalin ve PCE dayalı süperakışkanlaştırıcılarda meydana gelir. İyonik olmayan polimerler, çimento taneciklerinin yüzeyine adsorbe olur ve yüzeyden dışarı doğru uzanır. Tanecikler birbirine yaklaşırsa zincirlerin serbest dönüşü azalır. Bu da entropinin azalmasına neden olur.

Şekil 4. Süperakışkanlaştırıcı kimyasal katkılarda sterik etki [32]

• Elektro-Sterik Etki: Elektrostatik ve sterik etkinin bir kombinasyonudur. Sadece PCE esaslı süperakışkanlaştırıcılarda bulunur. Hem anyonik hem de iyonik olmayan yan zincirlerden oluşan ve çimentoya ince ayarlı polimerik moleküller; çimento taneciklerinin yüzeyine yapışarak beton, grout veya harcın mümkün olan en iyi dağılımını ve reolojisini sağlar.

Süperakışkanlaştırıcı katkılar dışında diğer bir önemli mekanizma hava sürükleyici katkılarda görülmektedir. Hava sürükleyici katkılar, karıştırma sırasında taze betona kontrollü miktarda küçük, düzgün dağılmış ve sertleşme sonrasında da kalıcı olan hava kabarcığı sürükleyen kimyasal katkılardır. Hava sürükleyici katkılar, hava-su arayüzünde etki eder. Hava sürükleyici katkılar tipik olarak hidrofilik olan ve suyu çeken negatif yüklü bir başlığa ve suyu iten hidrofobik bir kuyruğa sahiptir. Şekil 5’te gösterildiği gibi; hidrofobik uç, karıştırma işlemi sırasında oluşan kabarcıklar içindeki havaya çekilir. Hidrofilik olan kutup ucu, kendisini suya doğru yönlendirir (a). Hava sürükleyici katkı, hava kabarcıklarını tutmak ve stabilize etmek için yeterli dayanım ve esnekliğe sahip, sabun filmine benzer, sert, su itici bir film oluşturur. Hidrofobik film ayrıca suyu kabarcıklardan uzak tutar (b). Mekanik karıştırma hava kabarcıklarını dağıtır. Her kabarcığın etrafındaki yük, kabarcığın birleşmesini önleyen itici kuvvetlere yol açar (c&d). Yüzey yükü, hava kabarcığının çimento ve agrega parçacıklarının yüklü yüzeylerine yapışmasına neden olur. İnce agrega parçacıkları ayrıca karışımdaki kabarcıkları tutmaya yardımcı olmak için üç boyutlu bir ızgara görevi görür (e). Bu, karışımın kohezyonunu geliştirir ve hava kabarcıklarını daha da stabilize eder (f).

Şekil 5. Hava sürükleyici katkıların çalışma mekanizması

Bir diğer önemli mekanizma ise betonun sertleşme ve priz alma sürecinin hızlandırılmasıdır. Bu amaçla priz hızlandırıcı ve/veya sertleşme hızlandırıcı katkılar kullanılır. Özellikle yüksek oranda mineral katkı kullanılan beton karışımlarında erken dayanım düşük olabilmektedir. Şekil 6’da belirtildiği gibi hızlandırıcı katkılar, hidratasyon sürecini hızlandırarak betonun kuruma ve sertleşme süresini kısaltan ve erken yaş dayanımını arttıran kimyasal katkılardır. Bu katkılar ayrıca yüksek erken dayanım gerektiren prefabrik beton üretiminde, kayar kalıp projelerinde ve hızlı bakım onarım gerektiren işlerde son derece etkili olmaktadır. Priz süresinin ve erken dayanım özelliklerinin iyileştirilmesi sayesinde çimento tüketimi düşürülebilmekte, daha fazla mineral katkı kullanılabilmekte, operasyonel enerji sarfiyatı azaltılabilmekte ve dolayısıyla daha düşük karbon ayak izine sahip beton tasarımı yapılabilmektedir.

Şekil 6. Çimentonun hidratasyon süreci