Beton Malzemesinin Ülkemizde ve Dünyada Tarihçesi

Agrega, çimento, su ve gerektiğinde bazı katkı maddelerinin birlikte karılmasıyla elde edilen bir yapı malzemesi olan beton, çağımızın en çok kullanılan yapı malzemesidir. Bunun yanı sıra beton dünya üzerinde sudan sonra en çok tüketilen ikinci kaynaktır. Beton olmadan bir yapı inşa etmek mümkün olsa da oldukça zor bir iştir. Günümüzde modern inşaatların temelini oluşturan betonun geçmişi, sanıldığından çok daha eskiye dayanır. Zira birçoğumuz betonun şehirlerimize yeni eklenen bir şey olduğunu varsaysak da, mimarlar ve inşaatçılar aslında binlerce yıldır çimento benzeri bağlayıcılar kullanılmıştır.

Beton agregaları minerallerden oluşmuş taneli malzemelerdir. Kum, çakıl ve kırmataş normal ağırlıklı beton yapımında en çok kullanılan agrega cinsleridir. Türk Standartları tanımına göre elendiğinde 4.0 mm gözaçıklıklı kare delikli elekten geçebilen boyutlardaki agregaya “ince agrega” ve bu elek üzerinde kalan agregaya “iri agrega” denmektedir. Çimento bağlayıcı özelliğe sahip bir malzemedir. Çimentonun sağlayabileceği bağlayıcılık özelliği bu malzemenin su ile karılması sonucu elde edilmektedir. Çimento ve suyun oluşturduğu malzeme “çimento hamuru” olarak adlandırılmaktadır. Betonun oluşturulmasında çimento hamurunun işlevi agrega tanelerinin yüzeylerini kaplamak, agrega taneleri arasındaki boşlukları doldurmak ve agrega tanelerini bir arada tutacak tarzda bağlayıcılık sağlamaktır. Çimento, su ve ince agreganın karışımından oluşan malzemeye harç denilmektedir. Çimento ve suyun birleştirilmesiyle elde edilen çimento hamuru başlangıçta plastik (şekil verilebilir) durumdadır. Ancak çimento ve su arasında hemen başlayan ve devam etmekte olan reaksiyonların (hidratasyon) etkisiyle çimento hamurunun başlangıçtaki plastik özelliği zaman ilerledikçe azalmaktadır. Böylece bir veya birkaç saat içerisinde çimento hamuru katılaşmakta ve daha sonraları da tamamen sertleşmiş bir duruma gelmektedir.

Şimdi beton ve harç benzeri karışımların tarihsel sürecine bakacak olursak beton ve harç benzeri karışımların kullanıldığı ilk yapılara günümüzden 12.000 yıl önce Göbeklitepe’deki tapınak inşasında rastlandı.

MÖ 8000- MÖ 4500 Yılları Arası Dönem (Neolitik Çağ)

Ateşin bulunmasıyla alçı ve kirecin bilinçli olarak üretilebilme yöntemleri keşfedilmiştir.

Nabataean olarak bilinen Ürdün ve Suriye’de yaşayan halk tarafından M.Ö. 6500 yıllarında ilk beton benzeri yapıların yapıldığı bilinmektedir. Bu yapılarda su/bağlayıcı oranının çok düşük olduğu ve su geçirimsizliğini sağlamak için silis kumu kullanıldığı tespit edilmiştir.

MÖ 4500-MÖ 300 Yılları Arası Dönem

Çimento tarihini bağlayıcı malzemelerin ilk kullanımından itibaren başlatmak gerekir, çünkü yüzlerce yıllık deneyim ve birikim günümüzde kullandığımız “Portland Çimentosu”nun icat edilmesine yol açmıştır.

Bağlayıcı malzeme olarak kullanımı en yaygın olan malzemeler ise killi topraktan üretilen harçlar olmuştur.

Çünkü bağlayıcılık potansiyeli fark edilen killi topraklardan elde edilen malzemeden döneme uygun, işe yarar basit aletler ve heykelcikler yapılmıştır.

MÖ 4500’de Mezopotamya’daki kent devletleri kurulmaya başladıktan sonra bu devletlerde taş ve ahşap gibi pek çok yapı malzemesi kullanılmıştır.

Tarihte Mısır Piramitleri, Çin Seddi ve değişik zamanda yapılan kalelerde de o dönemin medeniyetini simgeleyen birçok değişik bağlayıcı malzeme kullanılmıştır.

Mısırlılar piramit yapımında çamur ve samanı karıştırarak tuğlalar yapmıştır. Ayrıca, alçı ve kireç karışımı da kullanmışlardır. Giza’daki Büyük Piramit için taşları örmede 500 bin ton harç kullanılmıştır.

Yani uzun lafın kısası Mısır piramitlerinde ve Çin Seddi’nin yapımında ise kireç ve alçı esaslı harçlar kullanılmış olup kirecin bağlayıcı özelliğinin insanlık tarihinin erken dönemlerinde keşfedildiği söylenebilir.

Eski Mısır, Kıbrıs, Girit ve Mezopotamya’nın değişik yörelerinde kirecin bir yapı malzemesi olarak kullanılmasına ait örneklere rastlanılmıştır.

MÖ 509-MÖ 27 yılları arasında bir tarihte Romalılar tarafından “puzolan” olarak adlandırılan bir malzemenin hidrolik bağlayıcılık potansiyeli keşfedilmiştir.

MÖ 300-MS 1453 Yılları Arası Dönem

Kireci ve İtalya’da buldukları volkanik külü bir araya getirip, bağlayıcı malzeme olarak kullanarak buna puzzolan çimento adını veren Romalılar puzolanik malzemelerle yaptıkları su altında da sertleşebilen harçları ve betonları birçok önemli yapıda kullanmışlardır.

Çimento sözcüğünün kökeni olan “caementum” kelimesini ilk defa kullanan şahsiyet ise M.Ö. 70 – 25 yılları arasında yaşamış olan Mimar Vitruvius’tur.

Mimar Vitruvius, kaleme almış olduğu “On Architecture” (Mimarlık Üzerine) adlı 10 ciltlik kitabında puzolan ve kireç karışımlarının hidrolik özelliklerinden bahsetmiş, nehir ve deniz kıyısında yapılacak olan yapılarda kullanılabilecek harç için karışım oranı bile vermiştir: 2 birim puzolan, 1 birim kireç.

Bu eserinde Vitruvius, toz halinde bulunan ve büyük binaların inşa sürecinde kullanılan bir malzemeden bahsetmiştir.

Latince “bağlayıcı” anlamına gelen “Caementum” kelimesi İngilizce’ye “Cement”, Fransızca’ya “Ciment”, Almanca’ya “Zement”, İtalyanca’ya “Cemento” olarak geçmiştir. Orta Çağ’da harc anlamında kullanılan bu sözcük Farsça’da gene “bağlayıcı” anlamına gelen “Kemênd” olarak yer almakta ve Türkçe’ye de “Kement” olarak geçmiştir. Türkçe telaffuz benzerliğinden dolayı, İtalyanca “Cemento” sözcüğünden esinlenerek “çimento” terimi kullanılmaktadır.

İtalya’da bulunan Pantheon bu malzeme ile yapılmıştır.

Roma İmparatorluğu’nda su borularında ve su saklama haznelerinde kurşun kullanılmıştır. Günümüz bilim adamları ve tarihçiler bu kullanım şeklinin imparatorluğun sonunu hazırladığı görüşünü ortaya koymaktadır.

Roma İmparatorluğu’nun yıkılışından sonra (M.S. 5. yüzyıl), ama özellikle de Orta Çağ boyunca taş ve kireç harçları yeniden ön plana çıkmış, beton teknolojisi kullanılmamıştır.

1453-1690 Yılları Arası Dönem

Bizans İmparatorluğu olarak anılan Doğu Roma İmparatorluğu’nun 1453 yılında çökmesinden sonra bağlayıcılar ve betonla ilgili önemli yenilikler yer almamıştır. 1299 yılında kurulmuş olan Osmanlı Devleti’nin daha sonraki dönemlerinde özellikle 1500’lü yıllarda Mimar Sinan tarafından kullanılan “Horasan Harcı” olarak adlandırılan malzemeden yararlanılarak görkemli eserler yapılmıştır.

1690-1790 Yılları Arası Dönem

Plymouth Limanı 1600’lü yıllarda, demirlemek isteyen gemiler için en uygun liman olarak görülmektedir. Ancak denizin içerisinde yer alan Eddystone kayalıkları limana yaptığı dalga ve alabora ile limana girişi zorlaştırmaktadır. Su altında sertleşebilen harçların kullanımı ile İngiltere’de, gemicilere kolaylık sağlaması amacıyla John Smeaton tarafından yapılan Eddystone Deniz Feneri yapımı 1757-1759 yılları arasında tamamlanmıştır. Fener, denizaltında açılan deliklere, kurşun ile tutturulmuş olan demir çubuklara bağlı ve toplam yüksekliği 36.6 m’dir.

1790-1800 Yılları Arası Dönem

İngiltere’de doğal çimento üretilmeye ve kullanılmaya başlanmıştır.

1796 yılında İngiliz James Parker tarafından “Roma Çimentosu” veya “Parker’ın Çimentosu” olarak adlandırılan doğal çimento üretilmiştir. Hammaddesi Londra civarında veya İngiltere’de bulunan kalker taşlarıdır. O dönemde büyük kanal ve liman yapımlarında kullanılmıştır. Ayrıca aynı yıl, benzer bir hammadde ile İngiliz James Frost tarafından da “İngiliz Çimentosu” veya “Frost’un Çimentosu” olarak adlandırılan çimento üretilmiştir, ancak Roma Çimentosu kadar popüler olmamıştır.

1800-1824 Yılları Arası Dönem

Fransız Louis Vicat, hidrolik bağlayıcı malzemelerin üretimine önemli katkılarda bulunmuş, ürettiği hidrolik bağlayıcıyı köprü ve beton kanallarında kullanmıştır. Hidrolik kirecin, kireç ve puzolan karışımından elde edilen bağlayıcıların ve doğal çimentonunu su altında sertleşebilme özelliğini araştırmış, belirli oranda silika, alümina ve kalsiyum oksitin birleştirilmesiyle sentetik hidrolik bağlayıcı üretmiş ve bu çalışmalar bugün kullanılmakta olan portland çimentosu üretimine ışık tutmuştur. Bağlayıcı malzeme ve su karışımından oluşan hamurun priz süresinin tayini için, günümüzde de kullanılan, bir deney yöntemi bulmuştur.

1824-1850 Yılları Arası Dönem

1824 yılında İngiliz Joseph Aspdin, “portland çimentosu” olarak adlandırdığı bir çimento üretmiş ve patentini almıştır. 1850 yılında İngiliz Isaac Charles Johnson, Aspdin tarafından bulunan çimentoya benzer bir çimento ürettiği için modern portland çimentosunun ilk üreticisi olarak tanınmıştır. Bunun üzerine İngiltere’de bir çok fabrika kurulmuştur. Portland çimentosu da bugünkü betonun en önemli bileşenidir.

19. yüzyılın sonlarında, beton yapılar yaygınlaşmaya başladı.

1850-1865 Yılları Arası Dönem

1850’li yılların başlarında Fransa, Belçika ve Almanya’da “portland çimentosu” üreten fabrikalar kurulmuştur. Bu yıldan itibaren aynı zamanda “betonarme malzeme” kullanımı başlamıştır. 1854 yılında İngiliz William B. Wilkinson iki katlı ilk betonarme evi yapmıştır. 1859 yılında portland çimentosu İngiltere’de kanalizasyon inşaatinde ilk defa kullanıldı. 1860’lı yıllarda yüksek fırın cürufu granüle hale getirilerek kullanılmaya başlanmıştır. 1865 yılında Almanya’da bir fabrika “öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufu ve söndürülmüş kireç” karışımından oluşan çimento üretmeye başlamıştır.

1865-1900 Yılları Arası Dönem

1868 yılında İngiltere’den Amerikaya ilk portlan çimentosu ihracatı yapılmıştır. 1871 yılında ABD’li David O. Saylor tarafından ABD’de portland çimentosu üreten ilk fabrika kurulmuştur.

1885 yılında Earnest L. Ransom beton ve donatı aderansını artırmak için kendi etrafında bükülmüş kare demir çubuk kullanmıştır.

1887 yılında İngiliz Frederick Ransome tarafından çimento fabrikalarında kullanılmak üzere ilk “döner fırın” yapılarak patent alınmıştır.

Yine aynı sene Fransız Henri Le Chatelier portland çimentosu üretimi içim oksit hesabı geliştirmiştir. Çimento kimyasını oluşturan temelleri atmıştır.

1889 yılında Gyozo Mihailich tarafından ilk betonarme köprü Macaristan’da yapılmıştır. Köprü 5 metrelik iki açıklıktan oluşmaktadır.

1890 yılında çimento üretiminde alçıtaşı kullanılmaya başlanmıştır.

Yine aynı sene Amerika’da çimento ve su arasındaki reaksiyonda priz süresini kontrol edebilmek için klinker ile birlikte alçı beraber öğütülmeye başlanmıştır.

1891 yılında Amerika’da Ohio eyaletinde George Bartholomew tarafından ilk betonarme yol inşa edilmiştir. Bu yol hala kullanılmaktadır.

1892 yılında Almanya’da ve 1896 yılında da ABD’de cüruflu çimento üretimine başlanmıştır. Yine aynı yıl Francois Hennebique günümüzde de kullanılan betonarme sisteminin patentini almıştır. Bu sayede bu tarihten itibaren betonarme yapı inşaati dünya çapında giderek artmıştır. Beton+Arme kelimesini ilk kullanandır.

1897 yılında Amerikan şirketi Sears Holding kayıtlarında çimento ton fiyatı yaklaşık 10 $’dır. İthalat fiyatı ise 17 $’dır.

1898 yılında bağlayıcı malzemeler ve beton için temel deney yöntemlerinin standartlaştırılmasına da başlanılmıştır.

1900-1909 Yılları Arası Dönem

1902 yılında August Perret Pariste kolon, kiriş ve döşemelerde çelik takviyeli beton kullanarak apartman yapmıştır.

İlk betonarme gökdelen (1904) Amerika’da Ohio eyaletinde yapılan Ingalls Binası’dır. Ransome betonarme tekniği kullanılmıştır. Yine aynı yıl Sidney Limanı’nda ilk prekast beton elemanlar kullanılmıştır.

1907 yılında J. H. Chubb tarafından ilk kez <<görünür agrega yüzeyli beton>> uygulaması yapılmıştır.

Yine bu yıllarda çimento üretimi ve betonarme ev yapımı konusunda Thomas Alva Edison’un çalışmaları olmuştur. 1908’de kendisine betonarme garaj yapan Edison, 1909 yılında daha uzun bir döner fırın yaparak çimento kapasitesinin artmasını sağlamıştır. 1909 yılında 11 adet betonarme ev yapmış, bu girişim ABD’de toplu konut yapımı için başlangıç olmuştur. 1909’da da bu yapılara uygun boya imal etmiştir. Hazır beton üretimi ilk kez 1903 yılında Almanya’da başlamış, Jürgen H. Margens bu anlamda patent almıştır.

1909’dan Günümüze

1911 yılında ilk püskürtme beton uygulamaları yapılmaya başlanmıştır. 1913 yılında ilk beton pompası icat edilmiştir. 1914 yılında ABD’li Stephen Stepanian hazır betonun transmikser ile taşınmasına dair çalışmalarına başlamış, tasarladığı transmikseri 1916 yılında beton endüstrisine sunmuştur. 1918 yılında ABD’li Duff A. Abrams, “su/çimento oranı kanunu” nu ortaya koymuştur. 1918 yılında ilk buharlı beton gemi Atlantus inşaa edilmiştir. Aynı yıl ayrıca beton kıvamının tayininde «çökme deney yöntemi» ilk kez uygulanmıştır. Yine aynı dönemde çimento teknolojisi Türkiye’ye de 50 yıl gecikerek de olsa gelmiştir. Türkiye’de ilk çimento fabrikası 1911 yılında 20.000 ton/yıl kapasite ile İstanbul Darıca’da kurulmuştur. Cumhuriyetle birlikte ülkemizde yeni fabrikalar devreye girmiş, bir taraftan üretim artarken, diğer taraftan artan çimento talebini karşılamak üzere ithalat devam etmiştir. 1926 yılında Ankara’da ikinci çimento fabrikası kurulmuştur.

1928 yılında Fransız Eugene Freyssinet, yüksek dayanımlı çelik ve beton kullanarak öngermeli beton yapımını geliştirmiştir. 1929 yılında İsveçli Axel Eriksson, yüksek basınçlı buhar kürü uygulayarak “gaz beton” üretmiştir. 1930 yılında hava sürükleyici katkı kullanılmaya başlanmıştır.

1930’lu yılların başında termik santrallerde kullanılan pulverize kömürü yan ürünü olan uçucu külün puzolanik özellikleri araştırılmış ve 1937 yılında bu malzeme beton yapımında kullanılmaya başlanmıştır. 1930’lu yıllarda yerine yerleştirilen taze betonun sıkıştırılması işleminde vibrasyon uygulanmasına, 1933 yılında betonun pompa gücü kullanılarak taşınmasına, 1935 yılında da bazı betonların donma- çözülme olaylarında dayanıklılığının içerisine sürüklenen hava kabarcıklarına bağlı olduğunun anlaşılmasından sonra beton yapımında hava sürükleyici malzemelerin kullanıma başlanmıştır. 1948 yılında Ernst Schmidth “Beton Çekici” adında, beton basınç dayanımının hasarsız bulunmasını sağlayan bir alet geliştirmiştir.

Yine bu dönemde bütün dünyada olduğu gibi Türkiye’de de bu alanda önemli gelişmeler yaşanmaya devam etmiş, 1930’da Kartal ve Zeytinburnu’nda çimento fabrikaları kurulmuştur. Devlet ilk çimento fabrikasını 1943 yılında Sivas’ta açmıştır.

1950’li yıllarda öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufu beton yapımında kullanılmaya başlanmıştır. Yine Türkiye’de 1950 yılı verilerine göre kişi başına çimento tüketimi 25 kg. olmuştur.

Silis dumanı ilk kez 1952 yılında bir tünel yapımında, betonda katkı malzemesi olarak kullanılmıştır.

Türkiye’de de 1950 yılından sonra 23.10.1953’te Türkiye Çimento Sanayii T.A.Ş.’nin (ÇİSAN) kuruluşu ile hızlı bir gelişme dönemi başlamıştır. Nihayet 1957 yılında Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği kurulmuştur.

1958 yılında ABD’de genleşen çimento üretimi gerçekleştirilmiştir.

Günümüzde beton; yüksek dayanımlı, hafif, kendiliğinden sıkışan, geçirimsiz ve çevre dostu türleriyle geliştirilmektedir.

Ayrıca nano-teknoloji ve geri dönüştürülmüş malzemeler sayesinde betonun çevresel etkisi azaltılmaya çalışılmaktadır.

3D baskı teknolojisi ile beton evler ve köprüler üretmek artık mümkündür.