5.1. Materyal
5.1.1. Andezit mermeri fizikokimyasal arıtım çamuru
ÇalıĢmada andezit mermeri iĢleme tesisi atıksuyunun koagülasyon-flokülasyon iĢlemine tabi tutulması sonucu oluĢan arıtma çamuru kullanılmıĢtır. Islak sistemle çalıĢan iĢleme ünitelerinden çıkan atıksu, tesisin çıkıĢ noktasında toplanmaktadır. Bu çalıĢmanın öncesinde atıksu numunesi bu çıkıĢ noktasından değiĢik zaman aralıklarında anlık numuneler olarak alınmıĢtır. Alınan bu numuneler laboratuar ortamında farklı koagülantlar ve flokülantlar (Çizelge 5.1) ile arıtılabilirlik denemelerine tabi tutulmuĢ, en yüksek verimin sağlandığı denemelerde oluĢan çamurlar (Yılmaztürk, 2011), bu çalıĢmada kullanılmıĢtır. Hem ıslak, hem kuru bazda katkı denemesi yapılacağından, çamurların bir kısmı kurutulmuĢ, bir kısmı ise olduğu gibi sıvı formda kullanılmıĢtır.
Çizelge 5.1. ÇalıĢmada kullanılan koagülant ve flokülantlar Koagülantlar
Alum (Al2(SO4)3) Demir (3) Klorür (FeCl3)
Poli Alüminyum Klorür (Al(OH)15(SO4)0,125Cl1,25) Kimyasal Flokülantlar
% 40‟lık Yüksek Molekül Ağırlıklı Anyonik Flokülant
% 40‟lık Yüksek Molekül Ağırlıklı Katyonik Flokülant Doğal Flokülantlar
Pomza
Sepiyolit
Zeolit
5.1.2. Beton karıĢımı
ÇalıĢmada, koagülasyon-flokülasyon çamurunun katkı malzemesi olarak kullanılacağı C25 sınıfı küp beton numuneleri Biberci ĠnĢaat A.ġ. Hazır Beton Santralinde hazırlanmıĢtır. Bu beton numuneleri hazırlanırken CEM II 42,5 tip çimento, Ģebeke suyu ve TS 3787‟ye uygun Ģekilde agrega kullanılmıĢtır. Aynı zamanda beton
kür suyu olarak da Ģebeke suyu kullanılmıĢtır. Beton karıĢımları yatay eksenli betoniyer içerisinde hazırlanmıĢtır. Betonun basınç dayanımını tespit etmek için standartlara uygun beton pres makinesi kullanılmıĢtır.
5.1.2.1. Çimento
Bu çalıĢmada, Konya Çimento Fabrikası‟nda üretilmiĢ CEM II çimentosu kullanılmıĢtır. CEM II çimentosunun Konya Çimento Fabrikası‟nda yapılmıĢ olan kimyasal analizleri Çizelge 5.2, fiziksel ve mekanik özellikleri Çizelge 5.3‟ de verilmiĢtir.
Çizelge 5.2. CEM II çimentosunun kimyasal özellikleri
BileĢen CEM II (%) MgO 0,84 Al2O3 5,79 SiO2 3,19 CaO 65,8 Fe2O3 3,34 SO3 2,69 K2O 0,5 Na2O 0,43 Cl 0,006 Kızdırma kaybı 3,17 Çözünmeyen kalıntı 0,63
Çizelge 5.3. CEM II fiziksel ve mekanik özellikleri
BileĢen CEM II Yoğunluk (gr/cm3 ) 3,16 Ġncelik (cm2 /gr) 3450 7 günlük basınç dayanımı (N/mm2) 31,5 28 günlük basınç dayanımı (N/mm2 ) 44,7 Priz baĢlangıcı (dk) 166 Hacim genleĢmesi (mm) 1
5.1.2.2. Su
Beton yapımında kullanılan temel malzemelerden birisi de sudur. Su olmadan çimento hidratasyon yapamaz, yani sertleĢemez. Su/çimento oranı betonun mukavemetini doğrudan etkilemektedir.
Genel olarak içilebilen her su, betonda karıĢım suyu olarak rahatlıkla kullanılabilir.
ĠnĢa edilecek yapı cinsi ve çevre Ģartlarına göre deniz suyu da beton karıĢım suyu olarak kullanılabilir. Deniz suyu ile yapılan yapılarda kazanılan nihai mukavemet normal betona kıyasla biraz düĢüktür. Deniz suyu ile yapılan betonlarda izlenen mukavemet düĢmesi normal su ile yapılan betonlara kıyasla % 20‟ ye kadar çıkabilir. Ancak bu mukavemet düĢmesi, betonda düĢük su/çimento oranları kullanarak telafi
edilebilir. Betonarme yapılar için deniz suyunun paslanmayı kolaylaĢtırıcı etkisi ( içindeki klorür tuzlar nedeniyle ) önem kazandığı için teçhizatlı betonlarda deniz suyu
kullanılmalıdır.
Agreganın emdiği su miktarı tanelerin kökenine, yapısına ve granülometri bileĢimine bağlı bulunmaktadır. Su miktarının optimum değerden düĢük olması betonun mukavemetini azaltacaktır.
Bu çalıĢmada kullanılan su Karatay Ġlçesinin Ģebeke suyudur ve malzemede ne kadar kullanılacağı hesaplanmıĢtır. Konya Su ve Kanalizasyon Ġdaresinden (KOSKĠ) alınan suyun kimyasal özellikleri Çizelge 5.4.‟de verilmiĢtir.
Çizelge 5.4. ġebeke suyunun kimyasal özellikleri Parametre Değer Bulanıklık (NTU) 20 Ġletkenlik (µS/cm) 370 Koliform (100 ml) 1000 Alüminyum (mg/L) 0 Arsenik (mg/L) 1,6 Baryum (mg/L) 0 Kadmiyum (mg/L) 0 Krom (mg/L) 0 Florür (mg/L) 0,14 KurĢun (mg/L) 0 Civa (mg/L) 0 Nitrat (mg/L) 1,8 Nitrit (mg/L) 0 Amonyok (mg/L) 0 GümüĢ (mg/L) 0 Bor (mg/L) 0 Nikel (mg/L) 2 Siyanür (mg/L) 0 pH 8,24 Sülfat (mg/L) 18 Demir (mg/L) 0,06 Mangan (mg/L) 0,06 Renk(Pt-co birim) 2,24 Organik madde (mg/L) 1,1
Askıda katı madde (mg/L) 2,4
Çinko (mg/L) 0 Kalsiyım (mg/L) 48 Fransız sertliği 20 Magnezyum (mg/L) 20 Potasyum (mg/L) 4 Sodyum (mg/L) 4 Serbest klor (mg/L) 0
5.1.2.3. Agrega
ÇalıĢmada bölgenin önemli derecede agrega ihtiyacını karĢılayan Biberci ĠnĢaat
A.ġ. bünyesinde faaliyet gösteren Karaömerler kum çakıl ocağından getirilen kırmataĢ agrega kullanılmıĢtır. 0-5, 5-12, ve 12-22 mm boyutlarında olmak üzere üç çeĢit kırmataĢ agrega kullanılmıĢtır. Bu agregalara ait elek analizi sonuçları ve agrega gradasyonu Çizelge 5.5 ve ġekil 5.1‟ de verilmiĢtir.
Çizelge 5.5. Beton içerisindeki agregaya ait elek analizi sonuçları
Malzeme %Miktar Elekten Geçen Miktarlar (%)
ELEK NO 22,4 20 16 12,5 10 8 6,3 4 2 1 0,5 0,25 0-5 T TOZU 28,5 100 100 100 100 100 100 100 95 65 47 35,4 26,6 0-5 T.TOZU 28,5 100 100 100 100 100 100 100 95 58 47 35,4 26,6 5 -12 17 100 100 100 95 82 52 16 1 0 0 0 0 12 -22 26 100 91 40,3 2,2 0,6 0,6 0,6 0,5 0 0 0 0 TOPLAM 100 100 97,5 84,5 73,7 71,1 66,0 59,9 54,4 35,1 27,0 20,2 15,1 ĠNCELĠK MODÜLÜ 2,58
ġekil 5.1. Agrega gradasyonu 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 ,2 5 0 ,5 1 2 ,3 6 4 6 ,3 8 10 1 2 ,5 16 20 2 2 ,4 3 1 ,5 E le k te n G e ç e n A gr e ga ( % ) Elek Açıklıkları (cm)
5.1.2.4. Katkı malzemesi
ÇalıĢmada katkı malzemesi olan koagülasyon flokülasyon çamurları kurutulup toz halinde ve kurutulmadan (ıslak) belirli çimento oranlarında (Çizelge 5.6) beton içerisinde katkı olarak denenmiĢtir.
Çizelge 5.6. Kullanılan katkıların çimento miktarına göre oranları
Kuru Formlar
Katkı adı Ağırlıkça Oran
Alum % 0,5, %0,75, %1, %1,25, %1,5
FeCl3 % 0,5, %0,75, %1, %1,25, %1,5
Poli Alüminyum Klorür %1
%40‟ lık Yüksek Molekül Ağırlıklı Anyonik %1
%40‟ lık Yüksek Molekül Ağırlıklı Katyonik %1
Pomza %1
Sepiyolit % 0,5, %0,75, %1, %1,25, %1,5
Zeolit %1
Islak Formlar
Katkı adı Oran
Alum % 0,5, %0,75, %1
FeCl3 % 0,5, %0,75, %1
Sepiyolit % 0,5, %0,75, %1
5.1.3. Mikser
Beton harcını karıĢtırmak için düĢey eksenli cebri karıĢtırmalı betoniyer kullanılmıĢtır.
5.1.4. Özgül ağırlık (yoğunluk) test düzeneği
Betonun yoğunluğunu tespit etmek için özgül ağırlık (yoğunluk) test düzeneği
kullanılmıĢtır (Resim 5.2). Düzeneğin üzerinde mevcut olan, alttan kancalı uygun bir elektronik terazi ile birlikte özgül ağırlık deneyleri yapılmıĢtır. Bu özgül ağırlık (yoğunluk) düzeneği alt platform üzerine yerleĢtirilen su kovası, paslanmaz çelik asma kancası ve kaldırma çerçevesinden oluĢmaktadır.
Resim 5.2. Özgül ağırlık (yoğunluk) test düzeneği
5.1.5. Kaynatma düzeneği
Betonda yoğunluk deneylerinin gerçekleĢtirilmesi sırasında gerekli olan kaynatma iĢlemi endüstriyel tip ocaklar üzerinde yapılmıĢtır (Resim 5.3).
5.1.6. Kapiler su emme düzeneği
Betonun temel parametrelerinden biri olan kapiler su emme katsayısı tayini için
paslanmaz çelikten oluĢan iki gözlü kapiler su emme düzeneği kurulmuĢtur (Resim 5.4).
Resim 5.4. Kapiler su emme düzeneği
5.1.7. Beton presi
Beton numunelerinin basınç dayanımı testin de tek eksenli basınç deneyi yapılmıĢtır. Bu deney için hazır beton santralinin laboratuvarında bulunan 300 ton kapasiteye sahip tek eksenli basınç presi kullanılmıĢtır (Resim 5.5).
5.1.8. Çökme konisi
ÇalıĢmada kullanılan beton karıĢımlarının kıvam açısından standartlara uygun olup olmadığını tespit etmek için standart ölçülere sahip çökme konisi kullanılmıĢtır (Resim 5.6).
Resim 5.6. Çökme konisi
5.1.9. Çözünme deney düzeneği
SertleĢmiĢ betonun suda çözünürlük analizi için manyetik karıĢtırıcı üzerine yerleĢtirilmiĢ 1 L hacminde beherler kullanılacaktır.
5.1.10. Kimyasal malzemeler
5.1.10.1. Sertlik tayininde kullanılan kimyasallar
- EDTA Tampon çözeltisi: 16 g NH4Cl + 143 mL konsantrasyonunda H2SO4 çözüldü [a]. 0,25 g MgCl2.6H2O 100 mL‟ye tamamlanmıĢtır. Bundan 50 ml alınarak üzerine birkaç damla NH4OH eklenmiĢtir. Biraz EBT indikatörü de eklenip EDTA ile rengi maviye dönene kadar titre edilmiĢtir. Geri kalan 50 mL‟ ye de aynı miktarda EDTA eklendi [b]. Hazırlananların ikisi [a ve b] karıĢtırılarak 250 ml‟ye tamamlanmıĢtır.
5.1.10.2. Alkalinite tayininde kullanılan kimyasallar
- Standart sülfürik asit çözeltisi (0,02 N): 500 mL saf suya 1 mL konsantre H2SO4 eklenerek 1 L‟ye tamamlanmıĢtır.
-Fenolftalein indikatörü
-Metil oranj indikatörü
5.2. Metod
5.2.1.Numunelerin kurutulması
Koagülasyon-flokülasyon iĢleminden geriye kalan çamurlar laboratuar ortamında, pet kaplar içerisinde oda sıcaklığında kurutulmuĢtur (Resim 5.7). Kurutulan numuneler beton içerisinde boĢluk oluĢturmaması amacı ile öğütülerek ince hale getirilmiĢtir.
Resim 5.7. Mermer çamurunun kurutulması iĢlemi
5.2.2. Beton harcının hazırlanması
Öncelikle kurutulan numuneler çimento miktarının %1‟i oranlarının beton içerisinde katkı malzemesi olarak kullanılmıĢtır. Bu katkı oranında (%1), en iyi basınç dayanımını veren üç katkı için sonradan % 0,5, 0,75, 1,25 ve 1,5 oranlarında da katkı
denemeleri yapılmıĢtır. Bunun yanında koagülasyon flokülasyon çamurunun ıslak formu da (kurutulmadan) aynı üç katkı için çimento miktarının % 0,5, 0,75, ve 1 oranlarında denenmiĢtir.
Beton harcının hazırlanması sırasında C25 beton sınıfının gerektirdiği malzeme birleĢimi esas alınmıĢtır (Çizelge 5.7). Islak katkılı denemelerde ise 25 beton sınıfının gerektirdiği su miktarından ıslak katkının hacmi kadar su miktarı eksiltilmiĢtir. Standartlara uygun miktarda çimento, agrega, su ve belirtilen miktarlarda koagülasyon flokülasyon çamurundan üretilmiĢ katkı malzemesi düĢey eksenli cebri karıĢtırıcılı betoniyer içerisinde karıĢtırılmıĢtır.
Betoniyerde hazırlanan beton karıĢımları 15 x 15 x 15 cm‟ lik küp Ģeklinde
numune kalıplarına 3 aĢamada ĢiĢlenerek dökülmüĢtür (Resim 5.8). Her bir katkı malzemesi için üç adet 7 ve üç adet 28 günlük olmak üzere 6 adet numune hazırlanmıĢtır.
Çizelge 5.7. C25 beton malzeme bileĢimi
Malzeme Miktar (kg/m3) Çimento 250,0 Su 152,0 0-5 t. tozu 572,7 0-5 t. tozu 572,7 5 -12 agrega 346,8 12 -22 agrega 534,5
5.2.3. Çökme deneyi
ÇalıĢmada üretilen her beton için TS EN 12350-2„ye göre çökme deneyi yapılmıĢtır. Taze beton, çökme konisine üç tabaka halinde ve her tabaka koninin üçte birini dolduracak Ģekilde 25 kez ĢiĢlenerek yerleĢtirilmiĢtir (Resim 5.9). Beton yerleĢtirildikten sonra üst kısım mala ile düzeltilmiĢtir. Daha sonra doldurulan beton sarsılmadan, koni yukarı doğru çekilerek alınmıĢtır. Beton kendi ağırlığıyla bir miktar çökünce çökme miktarı ölçülmüĢtür.
Resim 5.9. YerleĢtirme iĢlemi
5.2.4. Numunelerin kürlerinin sağlanması
Numune kalıplarına dökülen taze beton 1 gün kalıpta bekletilerek sertleĢmesi
sağlanmıĢtır. Kalıptan çıkarılan numuneler 7 ve 28 gün boyunca su içerisinde 20 ± 2 °C‟lik standart kür ortamında muhafaza edilmiĢtir (Resim 5.10).
Resim 5.10. Kür ortamındaki numuneler
5.2.5. Beton basınç dayanımının belirlenmesi
Kür ortamından çıkarılan numunelerin beton presi yardımıyla 7 ve 28 günlük basınç dayanımları tespit edilmiĢtir.
Resim 5.11. Basınç dayanımı testi
5.2.6. SertleĢmiĢ betonda özgül ağırlık, su emme, boĢluk oranı, porozite deneyi
Beton basınç dayanımı tespit edilen numunelerden, en yüksek 3 dayanımı veren katkı türleri için tekrar C25 sınıfında numuneler hazırlanmıĢtır. Numunelerin 28 günlük kürleri tamamlandıktan sonra betonun temel fiziksel parametreleri olan özgül ağırlık, su
emme, boĢluk oranı ve porozite tayin etmek amacıyla özgül ağırlık test düzeneğinin de yardımı ile TS 3624„e göre gerekli iĢlemler yapılmıĢtır.
Öncelikle deney numuneleri tartıldıktan sonra 100⁰C sıcaklıkta bir etüvde 24 saat kurutulmuĢtur. Etüvden çıkarılan deney numuneleri kuru havada tartılarak kuru ağırlık saptanmıĢtır [A]. Etüv kurusu ağırlığı saptanmıĢ numuneler 21⁰C ± 2⁰C sıcaklıktaki su içine batırılmıĢtır. Numuneler su içinde 24 saat bekletilmiĢ ve bu sürenin sonunda sudan çıkarılan numunelerin yüzey ıslaklığı bir havlu ile alınıp tartılmıĢtır. Böylece doygun kuru yüzeyli numune ağırlığı saptanmıĢtır [B]. Buraya kadar bahsedilen iĢlemlerden geçmiĢ olan numuneler bir kaynatma kabı içine konup numunelerin üzeri su ile doldurulmuĢtur. Daha sonra 5 saat süre ile kaynatılmıĢtır. Sonra sıcaklık 20⁰C civarına düĢünceye kadar numuneler su içinde soğutulmuĢtur. Kaptan çıkarılan numuneler kurulanıp tartılmıĢtır. Böylece suya doygun duruma getirilmiĢ olan numunelerin su içinde kaynatma sonrası doygun kuru yüzey ağırlıkları bulunmuĢtur[C]. KaynatılmıĢ olan doygun kuru yüzeyli deney numunesi su dolu Resim 5.12. de olduğu gibi bir kap içine asılarak numunenin su içindeki ağırlığı saptanmıĢtır [D].
Resim 5.12. Betonun su içindeki ağırlığın ölçümü
Tüm bu iĢlemlerden sonra aĢağıdaki formüllere göre, çalıĢmada kullanılan katkılı betonlara ait özgül ağırlık, su emme, boĢluk oranı ve porozite değerleri hesaplanmıĢtır (TS 3624).
ğı ı ç ı ı (5.2) ö ü ğı ı (5.3) ü ö ü ğı ı (5.4) ü ö ü ğı ı ı (5.5) ö ü ü ö ü ğı ı (5.6) ö ü ü Ģ ı (5.7) (5.8)
5.2.7. Kapiler su emme katsayısı tayini
Beton numunelerin kapiler su emme katsayısının belirlenmesi için 15x15x15 cm‟ lik numuneler kullanılmıĢtır. Ġlk olarak numuneler 24 saat boyunca 105°C deki etüvde fırın kurusu haline getirilmiĢtir. Fırın kurusu ağırlıkları tartıldıktan sonra her bir numunenin sadece alt yüzeyi suya temas edeceğinden dolayı yan yüzeyleri mastik ile izole edilmiĢtir. Mastikli ağırlıkları da tartıldıktan sonra Resim 5.13‟ de olduğu gibi su yüksekliği yaklaĢık olarak 5 mm olan deney düzeneğine yerleĢtirilmiĢlerdir.
Deney numuneleri 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64 ve 81. dakikalarda elektronik terazi yardımıyla su emme miktarları ölçülmüĢtür (Resim 5.14).
Resim 5.14. Su emme miktarlarının ölçümü
Ölçülen değerlerden her bir dakikadaki su emme miktarları (Q) hesaplanmıĢtır. Emilen su miktarının temas eden yüzey alanına bölümünün oranı ile (Q/A) ve geçen zamanın (t) saniye cinsinden değerinin kare kökü arasında lineer bir iliĢki kurulmuĢtur. Bu iliĢkiye ait elde edilen eğim beton numunelerinin kapiler su emme katsayılarını vermiĢtir. Kapiler su emme kanuna göre;
Q/Alan=K. t (5.8)
Burada;
Q: Emilen su miktarı, cm3
Alan: Su ile temas eden yüzey alanı, cm2 t: Geçen zaman, sn
K: Kapilarite katsayısı, cm2 /sn
5.2.8. Betonda donma-çözülme direnci deneyi
Betonda katkı maddesi kullanımının betonun donma çözülme direnci üzerine
olan etkisini incelemek amacıyla en iyi basınç dayanımını veren üç katkı için betona donma çözülme deneyi yapılmıĢtır.
Bu deneyde 28 günlük kürünü tamamlamıĢ 3 katkılı beton ve 1 Ģahit numune kullanılmıĢtır. Kürden çıkarılan betonlara TS 3449 standartlarına uygun olarak 25
donma-çözülme çevrimi yapılmıĢtır. 15 x 15 x 15 cm‟ lik küp Ģeklinde numuneler 2 saat dondurucu içerisinde dondurulmuĢtur (Resim 5.15).
Resim 5.15. Numuneleri dondurma iĢlemi
Dondurma iĢleminden sonra numuneler 1 saat su içinde çözülmüĢtür (Resim 5.16). Böylece bir çevrim süresi en az 3 saat olmak üzere 25 çevrim uygulanmıĢtır. Donma çözülme sonrası numunelere ait özgül ağırlık değerleri, kapiler su emme kapasiteleri ve basınç dayanımları tekrar ölçülmüĢtür.
5.2.9. Betondan suya kireç çözünürlüğünün belirlenmesi
Basınç dayanımı testinde kırılan, kuru formda katkı içeren bütün numunelerden bilinen ağırlıkta parçalar alınmıĢ ve suya maruz bırakılarak zamana karĢılık su bileĢiminde suya kireç çözülmesinden değiĢim olup olmadığı takip edilmiĢtir. Her katkı türü ve dozu için 3„er numuneden oluĢan gruplar oluĢturulmuĢtur. Bunun için laboratuar ortamında 1 L‟lik beherler içerisindeki saf suya alınan beton parçalarından 50‟Ģer gr yerleĢtirilerek manyetik karıĢtırıcı üzerinde 20 gün boyunca beton parçalarının suyla teması sağlanmıĢtır. Her 4 günde bir bu sudan numune alınarak analizler yapılmıĢtır. En önemli çözünme kireçte beklendiğinden suda sertlik, alkalinite ve pH tayini yapılmıĢtır.
Resim 5.7. Çözünürlük deneyine tabi tutulan numuneler
5.2.9.1. pH tayini
Numunelerin pH‟ sı pHmetre cihazı ile tespit edilmiĢtir.
5.2.9.2. Sertlik tayini
Sertlik tayini yapılacak numuneden 10 ml alınmıĢ ve Eriokromblack T indikatörü katılmıĢtır. 0,2 ml tampon çözeltisi eklenmiĢtir. EDTA ile gök mavisi olana kadar titre edilmiĢtir. Sudaki toplam sertlik (mg/L) CaCO3 olarak 5.9 eĢitliği ile hesaplanmıĢtır.
TS (mg/L CaCO3) = mL EDTA × 1000 (5.9) mL numune
TS : Toplam sertlik
mL EDTA : EDTA sarfiyatı (mL)
5.2.9.3. Alkalinite tayini
Uygun miktarda numune alınarak. 0,1 N H2SO4 çözeltisi ile önce 0,1 mL fenolftalein indikatörü eĢliğinde kırmızı renkten renksize dönünceye kadar titre edilmiĢtir. Aynı karıĢım üzerine 0,1 mL metiloranj indikatörü ilave ederek titrasyona devam edilmiĢtir. Portakal renginden kırmızıya dönülen noktadaki sarfiyat toplam alkalinite sarfiyatıdır. Alkalinite değeri 5.10 eĢitliği ile hesaplanmıĢtır.
Toplam Alkalinite, mg CaCO3 /L = VH2SO4×NH2SO4×50000
mL numune
VH2SO4 : Toplam H2SO4 sarfiyatı (mL) NH2SO4 : H2SO4 normalitesi