3. MATERYAL VE METOT
3.3. Pomza Zeminlerin İndeks ve Fiziksel Özelliklerinin Belirlenmesi
Deneysel çalışmanın ilk aşamasında çalışma alanından alınan granüler pomzanın birtakım fiziksel ve indeks özelliklerini belirlemeye yönelik çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalardan bir kısmı S.Ü. Müh. Mim. Fak. Laboratuarında yapılırken bir kısım analizlerde farklı kurumlarda yaptırılmıştır.
Pomza ile ilgili su içinde batma deneyi Süleyman Demirel Üniversitesi Pomza Araştırma ve Uygulama Merkezinde, Civa Porozimetre Deneyi ve (SEM) Taramali Elektron Mikroskopu Zeiss 50 VP ile boşluklarının görünümü Seramik Araştırma Merkezi A.Ş. Anadolu Üniversitesi Yunus Emre Kampusünde, Kimyasal analizi ve Kesme Kutusu Deneyleri D.S.İ. Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesinde yaptırılmıştır.
3.3.1. Pomzanın tane çapının belirlenmesi
Pomzanın tane çapı dağılımını belirlemek için elek analizi yapılmıştır. Elek analizi TS 1900-2 (ASTM D2166)’da belirtildiği şekilde yapılmıştır. Elek analizi için numunelerden belirli bir miktar alınmış ve farklı numaralı eleklerden geçirilerek eleme işlemine tabi tutulmuştur.
3.3.2. Pomzanın özgül yoğunluğunun belirlenmesi
Özgül ağırlık deneyleri 3 farklı yöntemle belirlenmiştir. Birincisinde, basit bir yerdeğiştirme tekniği kullanılmıştır. Kuru ağırlığı bilinen bir malzeme, içinde su bulunan ölçülü bir silindire boşaltılmış, su yükselme seviyesi ölçülmüştür. Bu yöntemde malzeme içerisindeki içsel boşluklara suyun girmesi minimize edilmiş olduğu
düşünülmüştür. İkinci olarak kalibre edilmiş bir piknometre kullanılmıştır. Fakat bu yöntemde hava ile vakum yöntemi kullanılmamıştır. Bu iki yöntemdeki sonuçlar hemen hemen birbirine yakın çıkmıştır. Bu şekilde elde edilen özgül ağırlık direk veya yerdeğiştirme (GD) olarak isimlendirilmiştir. Üçüncüsünde ise ölçümler standart piknometre ile yapılmış ve vakum ile hava çıkarılmıştır. Bu yöntem ASTM 854-98 (TS 1900) standart yöntemidir. Bu yöntem ile elde edilen değer standart değerdir (GS).
3.3.3. Pomzanın birim hacim ağırlığının belirlenmesi
Pomza numunesinin birim hacim ağırlık tayini TS 3529 (ASTM C 29)’a göre yapılmıştır. Deneyde 20 kg çekerli 1 gr duyarlı terazi, 600 mm boyunda, 16 mm çapında ucu yarım küre biçimli bir şişleme çubuğu, İç çapı 250mm, yüksekliği 280 mm, kalınlığı 3.5 mm olan ölçü kabı kullanılmıştır. Farklı çaplarda alınan pomza numuneleri şişleme çubuğu ile yüzeyin her tarafına yayılacak şekilde 25 vuruş yapılarak şişlenip sıkıştırılmıştır. Sıkıştırma işlemi, kap ikinci kez 2/3 ü, üçüncü kez tamamı taşarcasına doldurularak oluşturulan ikinci ve üçüncü tabakalar için de 25 kez şişlenerek tekrarlanmıştır. Ölçü kabı üst yüzü şişleme çubuğu ile ayrılarak düzeltilmiştir.
Pomzanın birim hacim ağırlığı aşağıdaki denklem 3.1 ile bulunmuştur.
V W W k 1 2 − = γ (3.1.) Burada;
γk= Birim hacim ağırlık (kg/m3) W2=Pomza ile dolu ölçü kabı ağırlığı (g) W1=Ölçü kabı boş ağırlığı (g) V= Ölçü kabının iç hacmi (dm3)
3.3.4. Pomzanın su emme oranının belirlenmesi
Pomzanın su emme oranı tayini TS 3526 (ASTM C 127-88 )’de belirtildiği şekilde yapılmıştır. TS 707’ye uygun olarak deney numunesi içinde yaklaşık 20oC’deki su bulunan bir kaba konulmuş ve hafifçe sallanarak taneler üzerindeki toz ve yabancı maddeler temizlenmiştir. Su içinde 24 saat bekletildikten sonra çıkarılmış, suyu süzülmüş ve tanelerin üzerindeki gözle görülebilen su tabakası (film) kalmayıncaya
kadar kurutulmuştur. Kurutma biter bitmez numune hemen tartılarak doygun kuru yüzey ağırlığı bulunmuştur (W2). Doygun kuru yüzey halindeki numune tartıdan hemen sonra kafes örgülü tel sepete konarak su dolu kovanın içine su yüzeyinden en az 5 cm daha aşağıda kalacak şekilde daldırılmıştır. Daha sonra sepetin kova kenarına dokunmamasına dikkat edilerek terazi kefesinin ortasına yerleştirilmiştir. Numune sudan çıkarılmış ve etüv kurusu durumuna getirilmiştir. Pomza numunesi oda sıcaklığına kadar soğutulmuş ve havadaki kuru ağırlığı kaydedilmiştir (W1).
Su emme oranı 1 1 2 W W W mc = − ile hesaplanmıştır. (3.2.) Burada:
mc= Numunenin su emme oranı (%) W1= Numunenin etüv kurusu ağırlığı
W2=Numunenin doygun kuru yüzey durumundaki ağırlığı
3.3.5. Pomzanın su içinde batma deneyi
Düşük birim hacim ağırlıkları nedeniyle granüler pomza su üzerinde yüzebilir. Pomzanın batma nedeni boşluklarına suyun girmesi nedeniyledir. Çeşitli çaplardaki pomza numunesi üzerinde yapılan batma deneyinde zamana karşılık birim hacim ağırlığı ilişkisi belirlenmiştir.
3.3.6. Pomza üzerinde yapılan civa porozimetre deneyi
Civa porozimetresi deneyinde belirli bir basınçta (P) gözeneklere giren civa hacmi (V) ölçülür. Bu deneyde amaç boşlukların boyut analizini tespit etmektir. Civa porozimetresi deneyi, bir numuneyi tamamen havadan arındırma ve sonra civa ile kaplama, ve daha sonra da yüksek basınç uygulama adımlarına sahiptir. Bu deneyde sonuçlar grafiksel olarak hacime (V) karşılık basınç grafiği ve boyutsuz hacime (V/Vtoplam) karşılık basınç grafiği olmak üzere iki yolla gösterilebilir. Pomza üzerinde Civa Porozimetre deneyleri Seramik Araştırma Merkezi A.Ş. Anadolu Üniversitesi Yunus Emre Kampusünde gerçekleştirilmiştir. Üç farklı çapa sahip (8 mm, 4 mm ve 2 mm) pomza üzerinde çalışmalar yapılmıştır.
3.3.7. Pomza üzerinde yapılan SEM (Scanning Electron Microscopy) analizi
Pomza içinde bulunan boşlukların görülebilmesi için arazide farklı çalışma alanlarından alınan numuneler Anadolu Üniveritesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ’de bulunan Oxford marka EDX ve WDX dedektörlerinin bulunduğu ZEISS marka SUPRA 50 VP model Taramalı Elektron Mikroskobunda analiz edilmiştir.
3.3.8. Pomza üzerinde yapılan kimyasal analiz
Pomzanın kimyasal analizi, D.S.İ. 4. Bölge Müdürlüğü Kimya laboratuarında yaptırılmıştır. Yapılan kimyasal analizde pomza içinde bulunan ve kayaca aşındırıcı bir özellik kazındaıran SiO2 gibi önemli bileşenlerin oranları tespit edilmiştir.
3.3.9. Pomza üzerinde yapılan kesme kutusu deneyi
Kesme kutusu deneyi kayma direnci parametrelerinin belirlenmesinde kullanılan en eski deney yöntemidir. Kesme kutusu deney yöntemi diğer kesme deneylerinin uygulamadaki zorluğu nedeniyle özellikle kohezyonsuz zeminlerde uygulama alanı bulmuştur. Kesme kutusu deney cihazı içine numune konabilecek kare tabanlı bir prizma, düşey yük uygulama düzeneği, yatay yük uygulama düzeneği, düşey ve yatay deformasyon ölçüm aletleri, yatay yük ölçüm düzeneği, düşey yük yükleme bağından oluşan ve otomatik olarak çalışan bir cihazdır. Kesme kutusu deneyleri ASTM D-3080 standartlarına göre yapılmıştır. Kesme kutusu deneyinde granüler pomzada bulunan farklı çaplı numunelerden dolayı 100 mm×100 mm boyutlarında ve yüksekliği 20 mm olan kare kesitli ringler kullanılmıştır. Düşey gerilmeler her bir numune için sırasıyla 32.6 – 65.2 ve 130.5 kPa olacak şekilde ve 1 mm/dk hızda kesilmiştir.
3.3.10. Pomza üzerinde yapılan permeabilite deneyi
Pomza üzerinde sabit seviyeli permeabilite deneyi, ASTM D2434-68’e göre yapılmıştır. Deneylerde granüler pomza örneği kullanılmıştır. Deney DSİ TAKK Dairesi Başkanlığı Zemin Mekaniği Laboratuarında yapılmıştır (Şekil 3.9). Granüler
pomza zemin arazideki sıkılığına benzer olarak saydam silindire yerleştirilmiş, pomza tanelerinin yıkanıp gitmesini önlemek amacıyla alt ve üst kısmında bir filtre oluşturulmuştur. Sabit su düzeyli bir hazneden gelen su zeminden geçerek 1000 cc’lik bürette toplanmış 15, 30 ve 45 sn ‘de toplanan su miktarları okunup kaydedilmiş ve Darcy yasasından k (permeabilite katsayısı) hesaplanmıştır.
Şekil 3.9. Sabit seviyeli permeabilite deney düzeneği