Agrega, çimento, su ile bazen ek katkıların karışımıyla oluşan beton, günümüzün en yaygın yapı malzemesidir. Su dışında dünyada en fazla tüketilen ikinci kaynak olan beton, yapılarda vazgeçilmez bir rol oynar. Beton olmadan inşaat yapmak olanaklı olsa da son derece güçtür. Modern yapıların temel taşını temsil eden betonun kökeni, beklenenden çok daha eski dönemlere uzanır. Çoğu kişi betonu yeni bir buluş sanırken, mimarlar ve yapı ustaları binlerce yıldır benzer bağlayıcılar kullanmıştır.
Beton agregaları, mineral kökenli tane halindeki maddelerdir. Kum, çakıl ve kırma taş, standart ağırlıktaki beton üretiminde başlıca agrega türleridir. Türk Standartları’na göre, 4 mm göz açıklıklı elekten geçen taneler “ince agrega” olarak tanımlanır; elek üstünde kalanlar ise “iri agrega”dır. Çimento, bağlayıcı nitelik taşıyan bir bileşendir. Bu bağlayıcılık, suyla karıştırıldığında ortaya çıkar. Çimento ile suyun birleşimi “çimento hamuru” nu oluşturur. Beton oluşumunda çimento hamuru, agrega tanelerini sarar, aralarındaki boşlukları doldurur ve taneleri birbirine bağlar. Çimento, su ve ince agreganın karışımı ise “harç” olarak bilinir. Çimento hamuru başlangıçta plastik kıvamda olup şekil alabilir. Ancak suyla çimento arasındaki hidratasyon reaksiyonları nedeniyle plastiklik azalır. Birkaç saat içinde katılaşır ve zamanla tamamen sertleşir.
Beton ve harç benzeri karışımların tarihine göz atarsak, ilk örnekler günümüzden 12 bin yıl önce Göbeklitepe tapınaklarında görülmüştür.
Neolitik Çağ (MÖ 8000 – MÖ 4500)
Ateşin keşfiyle alçı ve kireç üretimi bilinçli hale gelmiştir. Ürdün ile Suriye’de yaşayan Nabataean halkı, MÖ 6500 civarında ilk beton benzeri yapılar inşa etmiştir. Bu yapıların su/bağlayıcı oranı düşük olup, su geçirmezlik için silis kumu eklenmiştir.
MÖ 4500 – MÖ 300 Dönemi
Çimento tarihi, bağlayıcıların ilk kullanımından başlar; bu deneyimler Portland çimentosunun icadına zemin hazırlar. En yaygın bağlayıcılar killi toprak kaynaklı harçlardır. Killi topraklardan basit aletler ve heykelcikler üretilmiştir. Mezopotamya’da kent devletlerinin kurulmasıyla taş ve ahşap yanında çeşitli malzemeler kullanılmıştır. Mısır Piramitleri, Çin Seddi ve kalelerde dönemine özgü bağlayıcılar öne çıkar. Mısırlılar çamur-saman karışımı tuğlalar yapmış, alçı-kireç harcı kullanmıştır. Giza Büyük Piramidi’nde 500 bin ton harç harcanmıştır. Kısaca, piramitler ve Çin Seddi’nde kireç-alçı bazlı harçlar tercih edilmiş; kirecin bağlayıcılığı erken keşfedilmiştir. Eski Mısır, Kıbrıs, Girit ve Mezopotamya’da kireç yapı malzemesi olarak örneklenmiştir.
Romalılar MÖ 509 – MÖ 27 arasında “puzolan”ın hidrolik potansiyelini bulmuştur.
MÖ 300 – MS 1453 Arası
Romalılar kireç ve İtalya volkanik külünü karıştırarak “puzzolan çimento”yu yaratmış, su altında sertleşen harç ve betonları önemli eserlerde uygulamıştır. “Caementum” kelimesini ilk kullanan MÖ 70-25 yılları arasında yaşayan mimar Vitruvius’tur. “On Architecture” kitabında puzolan-kireç karışımlarının hidrolik özelliklerini anlatmış, deniz yapılarına 2 birim puzolan + 1 birim kireç oranı önermiştir. Vitruvius toz malzeme kullanımından söz etmiştir. “Caementum” (bağlayıcı) Latince’den İngilizce “cement”, Fransızca “ciment”, Almanca “zement”, İtalyanca “cemento”ya evrilmiştir. Orta Çağ’da harç anlamında Farsça “kemênd”e, Türkçe’ye “kement”e dönüşmüş; telaffuz benzerliğiyle İtalyanca’dan “çimento” olmuştur. Pantheon bu malzemeyle inşa edilmiştir.
Roma’da su boruları ve haznelerde kurşun kullanılmış; bu, imparatorluğun çöküşüne katkı yaptığı düşünülür. İmparatorluk yıkıldıktan (MS 5. yüzyıl) sonra Orta Çağ’da taş-kireç harçları yeniden hakim olmuş, beton teknolojisi unutulmuştur.
1453 – 1690 Dönemi
Bizans’ın 1453 çöküşünden sonra bağlayıcı ve betonda yenilik olmamıştır. Osmanlı’da 1299’dan itibaren, özellikle 1500’lerde Mimar Sinan “Horasan harcı”yla muhteşem yapılar yükseltmiştir.
1690 – 1790 Dönemi
Plymouth Limanı 1600’lerde ideal olsa da Eddystone kayalıkları sorun yaratmıştır. Su altında sertleşen harçlarla John Smeaton 1757-1759’da Eddystone Deniz Feneri’ni yapmıştır. Fener, demir çubuklarla sabitlenmiş, 36.6 m yüksekliktedir.
1790 – 1800 Dönemi
İngiltere’de doğal çimento üretimi başlamıştır. 1796’da James Parker “Roma çimentosu”nu (Londra kalkerlerinden) üretmiş, kanal-liman inşaatlarında kullanmıştır. Aynı yıl James Frost “İngiliz çimentosu”nu geliştirmiş ancak popüler olmamıştır.
1800 – 1824 Dönemi
Fransız Louis Vicat hidrolik bağlayıcılara katkı sağlamış, köprü ve kanallarda uygulamıştır. Hidrolik kireç, puzolan karışımları ve doğal çimentoyu incelemiş; silika, alümina, kalsiyum oksit birleşimiyle sentetik bağlayıcı üretmiş, Portland çimentosuna temel atmıştır. Priz süresi için güncel deney yöntemi bulmuştur.
1824 – 1850 Dönemi
1824’te Joseph Aspdin “Portland çimentosu”nu patentlemiştir. 1850’de Isaac Charles Johnson benzer çimento üretmiş, modern Portland’ın öncüsü sayılmıştır; İngiltere’de fabrikalar çoğalmıştır. Portland çimentosu bugünün betonunun ana bileşenidir. 19. yüzyıl sonlarında beton yapılar yaygınlaşmıştır.
1850 – 1865 Dönemi
1850’lerde Fransa, Belçika, Almanya’da Portland fabrikaları kurulmuştur. Betonarme kullanımı başlar. 1854’te William B. Wilkinson ilk iki katlı betonarme evi yapmıştır. 1859’da Portland kanalizasyonda ilk kez kullanılmıştır. 1860’larda granüle yüksek fırın cürufu devreye girmiştir. 1865’te Almanya’da cüruflu-kireçli çimento üretimi başlar.
1865 – 1900 Dönemi
1868’de İngiltere’den ABD’ye ilk Portland ihracatı olur. 1871’de David O. Saylor ABD’de ilk fabrikayı kurar. 1887’de Frederick Ransome döner fırını patentler. 1890’da alçıtaşı eklenir. 1892-1896’da Almanya ve ABD’de cüruflu çimento başlar. 1898’de deney standartları oluşur. 1885’te Earnest L. Ransom bükülü demir çubuk kullanır. 1887’de Henri Le Chatelier oksit hesabı geliştirir. 1889’da Gyozo Mihailich Macaristan’da ilk betonarme köprüyü (5 m iki açıklık) yapar. 1890’da ABD’de klinker-alçı öğütülür. 1891’de George Bartholomew Ohio’da ilk betonarme yolu inşa eder; hala kullanılır. 1892’de Francois Hennebique betonarme patentini alır; “beton+arme”yi ilk söyler, dünya inşaatı artar. 1897’de Sears’ta çimento tonu 10 $, ithalat 17 $’dır.
1900 – 1909 Dönemi
1902’de August Perret Paris’te çelik takviyeli apartman yapar. 1904’te Ohio’da Ingalls Binası ilk betonarme gökdelen olur. 1904’te Sidney Limanı’nda prekast elemanlar kullanılır. 1907’de J. H. Chubb görünür agregalı beton uygular. Thomas Edison çimento ve betonarme evlerde çalışır; 1908’de garaj, 1909’da uzun döner fırın yapar, 11 ev inşa eder, toplu konuta başlar, boya üretir. Hazır beton 1903’te Almanya’da Jürgen H. Margens patentli başlar.
1909’dan Günümüze
1911’de püskürtme beton başlar. 1913’te ilk beton pompası icat edilir. 1914’te Stephen Stepanian transmikser tasarlar, 1916’da sunar. 1918’de Duff A. Abrams su/çimento oranı kanununu koyar. Aynı yıl Atlantus buharlı beton gemi yapılır, çökme deneyi uygulanır. Çimento teknolojisi Türkiye’de gecikmeli gelir; 1911’de Darıca’da 20 bin ton/yıl fabrika kurulur. Cumhuriyetle fabrikalar artar, ithalat sürer. 1926’da Ankara fabrikası açılır. 1928’de Eugene Freyssinet öngermeli beton geliştirir. 1929’da Axel Eriksson gaz beton üretir. 1930’da hava sürükleyici katkı başlar. 1930’larda uçucu kül puzolanik olarak 1937’de kullanılır. Vibrasyon 1930’larda, pompa taşıma 1933’te, hava kabarcıkları 1935’te devreye girer. 1948’de Ernst Schmidth beton çekici geliştirir. Türkiye’de 1930’da Kartal ve Zeytinburnu fabrikaları, 1943’te Sivas devlet fabrikası açılır. 1950’lerde granüle cüruf kullanılır; kişi başı tüketim 25 kg olur. Silis dumanı 1952’de tünelde katkı olur. 1953’te ÇİSAN kurulur, 1957’de Birlik oluşur. 1958’de genleşen çimento ABD’de üretilir.
Günümüzde beton yüksek dayanımlı, hafif, kendiliğinden yerleşen, geçirimsiz ve çevre dostu çeşitlerle ilerler. Nano-teknoloji ve geri dönüşümle çevresel etki azalır. 3D baskı ile ev ve köprüler üretilir.
