Hidratasyon ısısı, Portland çimentosunun ana bileşenleri (C₃S, C₂S, C₃A, C₄AF) ile suyun reaksiyona girerek C-S-H jeli, kalsiyum hidroksit ve diğer ürünler oluşturma sırasında açığa çıkardığı ekzotermik ısıdır. Beton dayanım kazanımı bu reaksiyonların ürünüdür; ancak kütle betonda kontrolsüz ısı termal çatlağa yol açar.
Kimyasal Reaksiyonlar
Tablo: Kimyasal Reaksiyonlar özeti.
| Bileşen | Reaksiyon Hızı | Isı (J/g) |
|---|---|---|
| C₃A (alüminat) | Çok hızlı | 1340 |
| C₃S (alit) | Hızlı | 500 |
| C₄AF (ferit) | Orta | 420 |
| C₂S (belit) | Yavaş | 250 |
Ana Reaksiyonlar
2 C₃S + 6 H → C₃S₂H₃ (C-S-H) + 3 CH → 500 J/g, dayanım kaynağı 2 C₂S + 4 H → C₃S₂H₃ + CH → 250 J/g, geç dayanım C₃A + 3 CSH₂ + 26 H → C₆AS₃H₃₂ (etrenjit) → çok hızlı C₄AF + 3 CSH₂ + 30 H → C₆AS₃H₃₂ + CH + AH₃ → orta
TS EN 197-1 Çimento Sınıfı Isısı
Tablo: TS EN 197-1 Çimento Sınıfı Isısı özeti.
| Çimento Tipi | 7 gün Isı (J/g) |
|---|---|
| CEM I 52.5 R | 380-450 |
| CEM I 42.5 R | 320-400 |
| CEM I 32.5 N | 280-350 |
| CEM II/A-LL 42.5 N | 280-340 |
| CEM II/B-S 42.5 N | 260-320 |
| CEM III/A 42.5 N | 220-290 |
| CEM III/B 42.5 L-LH | 180-250 |
| CEM IV/B (V) 32.5 N-LH | 200-260 |
Düşük Hidratasyon Isılı Çimento (LH)
TS EN 197-1: 7 gün ısı ≤ 270 J/g
Kütle beton, baraj, büyük temel için zorunlu.
Ölçüm Yöntemleri
TS EN 196-8 — Çözünme Kalorimetresi
- Hidrate ve hidrate olmamış çimento HF + HNO₃ asitte çözülür
- Çözünme ısıları farkı = hidratasyon ısısı
- En hassas yöntem, akademik referans
TS EN 196-9 — Yarı-Adiabatik (Langavant)
- 1575 g harç (çimento 360 g, kum 1080 g, su 135 g)
- Yalıtılmış kap içinde 7 gün sıcaklık-zaman izlenir
- Kütlesel ısı: Q = C·ΔT + ısı kaçağı düzeltmesi
- Mühendislik için pratik ve güvenilir
İzotermal Kalorimetre (ASTM C1702)
- Sabit sıcaklıkta (20, 23, 25°C) ısı akışı W/g ölçülür
- 1-72 saat erken yaş profili çok hassas
- Katkı/ikame etkileri net görülür
Kütle Beton Sorunu
Adiabatik Sıcaklık Artışı
İzole kalan 1 m³ betondaki teorik sıcaklık artışı:
ΔTad = (C · Q) / (ρ · cp)
- C: Çimento miktarı (kg/m³)
- Q: Hidratasyon ısısı (J/g)
- ρ: Beton yoğunluğu ~2400 kg/m³
- cp: Özgül ısı ~1000 J/(kg·K)
Örnek
C25/30 betonda 320 kg/m³ CEM I 42.5R, Q = 360 J/g:
ΔTad = (320 × 360) / (2400 × 1000) × 1000 = 48°C
Başlangıç 20°C → tepe ~68°C (gerçek izoleli durumda).
Gerçek Pik Sıcaklık
Mass beton (kalınlık > 1.5 m):
- Çekirdek: 60-80°C (LH çimento ile 45-60°C)
- Yüzey: 25-35°C (hava + radyasyon)
- Fark: 25-45°C
Termal Çatlak Mekanizması
- Soğuma sırasında beton büzülür
- İç-dış sıcaklık farkı → eşitsiz büzülme
- Yüzey çekme gerilmesi: σ = E·α·ΔT
- E = 25 GPa, α = 10×10⁻⁶ /K
- ΔT = 20°C → σ = 5 MPa (beton çekme dayanımı ~3 MPa)
- Çatlak açılır
Kütle Beton Tasarım Sınırları
ACI 207.1R-15
Tablo: ACI 207.1R-15 özeti.
| Parametre | Sınır |
|---|---|
| Max çekirdek sıcaklığı | 70°C |
| Max iç-dış fark | 20°C |
| Max yüzey-hava farkı | 17°C (taze) |
| Soğuma hızı | ≤ 12°C/gün |
TBDY 2018 / TS 500
Kütle beton için spesifik sınır yok; ACI/EC2 yaklaşımı yaygın.
Önleme Stratejileri
1. Düşük Isılı Çimento
- CEM III/B-LH (öğütülmüş yüksek fırın cürufu, %66-80)
- CEM IV/B (V)-LH (uçucu kül %36-55)
- CEM II/B-S (%21-35 cüruf)
- VLH sınıfı (≤ 220 J/g)
2. Çimento İkamesi (SCM)
Tablo: 2. Çimento İkamesi (SCM) özeti.
| Katkı | İkame Oranı | Isı Azalması |
|---|---|---|
| Uçucu kül (F sınıfı) | %20-40 | %20-40 |
| GGBS (yüksek fırın cürufu) | %30-65 | %30-50 |
| Silis dumanı | %5-10 | %5-10 |
| Metakaolin | %5-15 | %10-20 |
3. Karışım Soğutma
- Soğutulmuş su: 5-10°C
- Buz (max %75 su yerine): -10°C etki
- Sıvı azot agregaya: 5-10°C ek düşüş
- Hedef karışım: < 25°C (sıcak iklim < 20°C)
4. Soğutma Boruları (Post-Cooling)
Hoover Barajı (1935) klasik:
- 25-50 mm Q çelik boru, 1-2 m aralık
- Soğuk su (5-15°C) sirkülasyonu, 14-90 gün
- Pik sıcaklığı 10-25°C düşürür
5. Lift (Kademe) Planı
- Tabaka kalınlığı: 1.5-2 m max
- Bekleme süresi: 5-7 gün (ısı dağılması için)
- Termal izolasyon yorganı yüzeye
6. Termal Modelleme
- FEM yazılım: DIANA, ANSYS, ConTeST
- Girdi: çimento ısısı, çevre, geometri, malzeme
- Çıktı: zaman-sıcaklık-gerilme haritası
- Termokupl ile yerinde doğrulama (çekirdek + yüzey)
Pratik Karışım Örneği
Büyük Radye Temel (3 m kalınlık)
C30/37, m³ başına:
- CEM III/B 42.5 L-LH: 280 kg
- Uçucu kül (F sınıfı): 60 kg
- Su: 150 kg (W/(C+0.4·FA) = 0.50)
- Agrega (Dmax 32): 1880 kg
- PCE süperakışkanlaştırıcı: 3.5 kg
- Karışım sıcaklığı: 18°C (buz + soğuk su)
Adiabatik ΔT tahmini: ~32°C → çekirdek pik 50°C ✓
Sık Yapılan Hatalar
- Standart CEM I 42.5R kütle betonda — termal çatlak garanti
- Çimento dozajı 400+ kg/m³ kütle radyede — pik 75-85°C
- Termal modelleme yapılmadan dökme — sürpriz çatlak
- Lift planı yok — tüm radye tek seferde
- Soğutma boruları sökülmüyor — kalıcı su yolu
- Yüzey çok erken açılıyor — termal şok
- Termal izolasyon yorganı eksik — yüzey gradyanı büyük
Sık Sorulan Sorular
Kütle beton ne zaman başlar (kalınlık)? Genel kural: > 1.0 m kalınlık veya > 350 kg/m³ çimento ile termal değerlendirme yapılmalı. ACI 207 ≥ 1.5 m üzerini kesin kütle beton sayar. Köprü ayakları, bina radyeleri (>2 m), baraj, nükleer santral perdesi tipik örneklerdir.
LH çimento dayanımı geç mi gelir? Evet — erken yaş (1-7 gün) dayanım %20-40 düşük. Ancak 28-90 gün dayanımı normal CEM I'i yakalar veya geçer (cüruf/uçucu kül uzun vadeli reaksiyona girer). Tasarımda 56-90 günlük dayanım hedef alınabilir.
Yaz aylarında küçük yapılarda da sorun olur mu? 1 m altı betonlarda termal çatlak nadir; ancak 0.5 m üstü ve yüksek dozajlı (≥400 kg) hızlı dayanımlı betonda da görülebilir. Yaz dökümünde geciktirici + soğuk su + gece dökümü her halükarda önerilir.
İlgili Terimler
Son güncelleme: 18 Mayıs 2026 · Kaynaklar: TS EN 196-8/9, TS EN 197-1, ACI 207.1R-15, ACI 207.2R-07, Bogue R.H. (1955).
İlgili Hesaplama Araçları
Bu konuyla bağlantılı ücretsiz mühendislik hesaplama araçları: