Puzolanik etkinliğe tesir eden, maddenin atom yapısı, kimyasal birleşimi, kalsinasyon, mekanik, ısıl ve kimyasal etkinleştirme faktörleri ele alınacaktır.
2.2.3.1.Atom yapısı
Atom dizilişlerine (yapılarına) göre puzolanları üç grupta toplamak mümkündür: • Camsı yapıda olanlar: Volkanik camlar, yüksek fırın cürufu, uçucu kül, perlit
gibi puzolanik etkinliği (reaktiviteyi), camsı yapıları nedeniyle gösterebilirler; • Amorf yapıda olanlar: silis dumanı, pirinç kabuğu külü gibi;
• Kristal yapıda olanlar: zeolit gibi.
Puzolanik malzemenin içeriğinde yüksek bir oranda bulunan ve puzolanik tepkimedeki temel elementlerden olan silis taneciklerinin kristal yapısı puzolanik etkinliğe tesir eden faktörlerden biridir. Urhan (1991) ‘a göre, kristalin yapıda atom
örgüleri düzgün ve sık olduğundan çözünmeleri güçtür. Buna karşın, camsı yapıda atom örgüleri hem daha aralıklı hem de daha bozuktur. Kristalin silis’in yoğunluğu 2,65 iken camsı silis’te bu değer 2,0 ‘a kadar düşebilir. Dolayısıyla camsı silis’in çözünmesi daha kolaydır.
Okucu (1998), farklı tüflerle puzolanik aktivite değerlendirmesi yaptığı çalışmasında, puzolan maddesinin camsı faz yüzdesindeki artışla puzolanik aktivite değerinde yükselme olduğunu belirlemiş, camsı faz ile puzolanik aktivite arasında bir korelasyon olduğunu ortaya koymuştur.
Bu çalışmada, puzolan olarak değerlendirilen perlitin camsı yapıda olması nedeniyle, camsı yapı üzerinde durulacaktır.
2.2.3.2.Kimyasal bileşim
Puzolanın kimyasal içeriği, puzolanik aktiviteyi oluşturan tepkimeler nedeniyle önemlidir.
Puzolanik aktivitenin esası silikatlaşmaya dayanmaktadır. “2.2.4.2. Kimyasal Tepkime” başlığında da açıklandığı üzere puzolanik malzemeler SiO2 , Al2O3 ve Fe2O3 oranları yüksek, kristal yapılarının bozuk, yani amorf yapılıdır.
Diğer yandan, Öz ve Urhan (1993) TS 25’ e göre puzolanik aktivite gösteren iki puzolan madde üzerine yaptıkları araştırmada, puzolanların kimyasal analizlerindeki toplam silis miktarından ziyade, reaktif silis miktarının puzolanik aktiviteyi belirlediğini ortaya koymuştur.
2.2.3.3.Kalsinasyon
Kalsine edilmiş puzolanlar, TS EN 197-1’de, ısıl işlem ile aktifleştirilmiş volkanik orijinli killer, şistler ve tortul kayalar olarak örneklendirilmiştir.
Doğal puzolanların etkinleştirilmesinde (reactivity), kalsinasyon (ısıyla iyileştirme) puzolana göre farklı sonuç verir. Mielenz ve diğ. (1949)’nin 70 doğal puzolan üzerinde kalsinasyonun etkisini inceledikleri çalışmanın sonucunda, puzolanlar Tablo 2.3’te verildiği üzere 6 sınıfa ayrılmıştır. Bunlardan volkanik cam (1), opal (2), zeolit (4) ve puzolan olmayanlar (non-pozzolan, 6)’ın puzolanik etkinlikleri kalsinasyon ile artırılmış iken, kaolinit, montmorilonit, illit ve vermikülit ise önemli
gelişim göstermiştir. Uygun kalsinasyon sıcaklığı 680–870 °C iken, daha yüksek sıcaklıkların puzolanik etkinliği azalttığı görülmüştür. Sıcaklık artışıyla malzemelerin özgül ağırlıklarında da arttığı ve kalsinasyon sırasında özgül yüzeylerinin değiştiği görülmüştür; ancak, özgül yüzey değişimi ile puzolanik etkinlik arasında genel bir korelasyon bulunamamıştır.
2.2.3.4.Aktivasyon
Regourd (1980)’ya göre, harcın potansiyel reaktivitesini aktive etmek için üç yöntem kullanılır:
• Mekanik (öğütme),
• Isıl (yüksek sıcaklıkta kürleme),
• Kimyasal (kimyasal aktivatör-etkinleştirici eklenmesi).
Shi ve Day (1999)’e göre doğal puzolanlarda tepkimeyi artırmak için en sık başvurulan, harcın yüksek sıcaklıkta kürlemesi ve puzolanın uzun süre öğütülmesi yöntemleridir. Dayanım değerleri ve maliyet göz önüne alınarak yapılan kıyaslamada CaCl2 ve Na2SO4 katkılarının kullanılmasının, yüksek sıcaklıkta kürleme ve puzolanın uzun süre öğütülmesi yöntemlerine göre daha etkili bulunmuştur.
• Mekanik aktivasyon
Mekanik yöntem, bileşenlerin özgül yüzeyini artırmak ve böylece hidratasyon oranını hızlandırmak için kullanılır. Ancak, Higginson (1970)’a göre bu yöntemle erken dayanım için olumlu sonuç verirken, geç dayanım değerinde katkı sağlayamamaktadır. Tersine, puzolanın inceliğinin yüksek olması su gereksinimini artırıp geç dayanım değerinde azalmaya neden olmakta; inceliğin sağlanması için ise ilave enerji harcanmasına neden olmaktadır.
Kireç-puzolan harcındaki SiO2 ve CaO arasındaki tepkime esas olarak SiO2’nin çözülmesine dayalıdır. Puzolanların genelde silisli olduğu düşünüldüğünde, kireç- puzolan harcının erken tepkimesi, reaktif SiO2’nin çözülme oranına bağlıdır. Karışımındaki pH değeri 11 ve üzeri ise, SiO2’nin çözülmesi özgül yüzeye bağlıdır. (O’Conner & Greenberg, 1958)
Ca(OH)2 ‘in pH değerinin yaklaşık 12,5 olduğu göz önüne alındığında silis çözünürlüğü için özgül yüzey belirleyici olmaktadır. Ayrıca, uzun öğütme süresi yalnızca malzemenin özgül yüzey değerini artırmakla kalmaz, atomlar arasındaki anormallikleri, gizli yabancı atomları, kusurları da artırır.
• Isıl aktivasyon
Roy ve Idorn (1985)’a göre, harç ya da beton yüksek sıcaklıkta kürlenerek birkaç saat sonunda en yüksek dayanım değerine ulaşırlar. Ancak, yüksek sıcaklıkta kürleme, sertleşmiş betonun nihai dayanımında düşmeye neden olur.
Kireç-puzolan harçlarının hidratasyon sürecinde, tepkimeyi aktive edici enerji portland çimentosuna nispeten daha yüksektir; dolayısıyla kireç-puzolan harçlarının sıcaklıktan daha kolay etkilendiği söylenebilir.
Genelde, kireç-puzolan harçlarının uygun periyotta, yüksek sıcaklıkta kürlemeyle yüksek dayanım elde edilmesi geçerlidir. Ancak, “Puzolanlar ile Yapılan Çalışmalar” bölümünde, sıcaklık artışına farklı puzolanlar farklı yanıt verdiği görülmüştür.
• Kimyasal aktivasyon
Harcın potansiyel reaktivitesini aktive etmek için asit ile iyileştirme, kostik alkali ve bazı katkıların kimyasal etkinleştirici olarak kullanılması mümkündür.
Shi ve Day (2001)’e göre, asit ile iyileştirme yöntemi, puzolanın yüzeyinde bir jel oluşumu sonucunda tepkimeyi yükseltir; ancak bu teknik, yalnızca düşük kalsiyum içerikli puzolanlar için uygundur. Diğer yandan, bu yöntem ekonomik olmadığı gibi, çalışma sırasında da dikkat gerektirdiğinden pratik değildir.
Yine, Shi ve Day (2001)’e göre, puzolanlı beton harcına kimyasal katkı eklenmesi puzolanik tepkime oranını artırıp, erken ve geç dayanım değerlerini yükseltir. Bununla birlikte kostik alkaliler gibi bazı katkılar yüksek etkili olmakla birlikte, pahalı ve de tehlikeli olmaları nedeniyle fizibil değildir.
Diğer yandan yukarıda atıfta bulunulan çalışmada CaCl2 ve Na2SO4 kullanılmış, farklı sıcaklıklarda erken ve geç dayanımlar artış ve katı harcın içeriğindeki Ca(OH)2 tüketiminde hızlanma görülmüştür.
2.2.4. Kireç-puzolan harçlarında puzolanik aktivitenin kimyasal yapısı