ASTM C 125 (1994) ve ASTM C 618 (1994)'e göre puzolanlar, kendi başına bağlayıcılık özelliği çok az olan veya hiç olmayan ancak ince öğütüldüğünde ve rutubetli ortamda kalsiyum hidroksitle kimyasal reaksiyona girdiklerinde bağlayıcılık özelliği kazanan silisli ya da silisli ve alüminli malzemelerdir. Esas oksitleri olan silis ve alümine ilave olarak yapılarında demir oksit, kalsiyum oksit (CaO), alkali ve karbon bulunmaktadır. Bu maddelerin miktarları ise elde edildikleri kaynağa göre değişmektedir.
Puzolanların kullanımı yaklaşık olarak bundan 2000 yıl önce eski Romalılar döneminde başlamıştır. Bugünkü İtalya'da Vezüv yanardağı eteklerinde bulunan Pozzuoli kasabasında, volkanik küllerin su ve söndürülmüş kireçle karıştırıldığında bağlayıcı bir madde olduğu ilk kez Romalılar tarafından fark edilmiştir (Erdoğan, 1995).
Soroka (1993) puzolanlar genel olarak doğal ve yapay olmak üzere iki gruba ayrır. Birinci gruptaki puzolanlar doğal olarak ortaya çıkan malzemeler olup elde edilişleri genellikle kırma, öğütme ve eleme ile sınırlıdır (Bilim, 2006). Volkanik camlar, volkanik tüfler, diatomlu topraklar, traslar ve bazı killer bu gruba giren doğal puzolanlardır. Bir diğer grup puzolan da yapay puzolanlar olup bunlar bazı endüstri kollarında yan ürün olarak ortaya çıkan malzemelerdir. Silis dumanı, uçucu kül ve yüksek fırın cürufları en yaygın olarak kullanılan yapay puzolanlardır.
1.1.1 Puzolanik reaksiyon
özellik gösterirler. Reaksiyonun devam edebilmesi ve alkali çözeltileri ile geniş bir yüzey alanın teması için, puzolanların ince öğütülmüş formda olması gerekmektedir (Newman ve Choo, 2003; Bilim, 2006). Puzolan ve Portland çimentosu karışımı hidratasyona girince puzolanik reaksiyon etkisiyle bağlayıcı hamurdaki serbest kireç miktarı giderek azalmaktadır. Buna göre belli bir sürenin sonunda, puzolan içeren betonların çimento hamurunda Portland çimentosunun hamuruna oranla daha az serbest kireç ve daha çok kalsiyum silika hidrat (C-S-H) ürünü bulunmaktadır. Puzolan içeren betonlarda daha çok bağlayıcı ürün olan C-S-H jellerinin bulunması, dayanım artışına neden olurken hamur boşluk yapısının iyileşmesi neticesinde betonun dış etkilere dayanıklılığı da artmaktadır (Özturan, 1991).
Nemli ortamda ve ince öğütülmüş formda, puzolanın silisi ile kalsiyum hidroksit arasında meydana gelen reaksiyon basitçe CH + S + H — C-S-H (kalsiyum silika hidrat) şeklinde gösterilebilir. Bu reaksiyon yavaş bir reaksiyondur ve çimento kimyasında C = CaO, S = SiO2, H = H2O ve CH = Ca(OH)2 olarak gösterilmektedir. Kireç puzolan reaksiyonunun C-S-H haricinde diğer ürünleri ise kalsiyum-alümine-hidrate, hidrate olmuş gehlenit, kalsiyum karbo alüminat, kalsiyum alümina monosülfat ve etrengittir (Erdoğan, 1997).
1.1.2 Puzolanik aktiflik
Bir beton karışımındaki puzolanın hidrate olmuş kireçle arasındaki reaksiyonun ne kadar iyi olduğu puzolanik aktivite ile tanımlanmaktadır. Diğer bir deyişle puzolanik aktiflik, kalsiyum hidroksitle, alümina silikatlar arasında oluşan ve sonucunda bağlayıcı özelliği olan hidratasyon ürünü meydana getiren reaksiyona işaret etmektedir (Erdoğan, 2002). Bir puzolanın Portland çimentosu betonu içinde kullanılabilmesi için değeri test ile ölçülebilen ve yeteri derecede puzolanik aktifliğe sahip olması gerekir. Puzolanik aktivitenin ölçülmesi için birçok metodun önerilmesi ve tavsiye edilmesine rağmen bunlardan hiç biri tamamen doyurucu olarak göz önüne alınmamaktadır. Çimento bağlayıcılı bir karışımın dayanımının, sadece bağlayıcının özelliklerine bağlı olmayıp normal test metotları ile anlaşılamayan birçok değişik faktöre bağlı olması, yukarıda bahsedilen testlerin yetersizliğinin esas nedenleridir.
Puzolanik malzemelerin, söndürülmüş kireç ve su ile ne ölçüde reaksiyona girip bağlayıcı özellik gösterebileceği ve çimento ile kullanıldığında kabul edilebilir bir
dayanım gelişmesi sağlayıp sağlayamayacağının tespitinde dayanım aktivite indisi deneyi kullanılır. ASTM C 311 (1994)'e göre, iki ayrı harç karışımı hazırlamak sureti ile puzolanların dayanım aktivite indisleri hesaplanır. Kontrol karışımının hazırlanmasında, 1 kısım çimento, 2,75 standart kum ve 0,485 su/bağlayıcı oranları kullanılarak, 5 cm boyutlarında küp numuneler elde edilir. Denenecek karışım ise, kontrol karışımındaki çimentonun %20 oranında puzolanik malzeme ile yer değiştirilmesi sonucu elde edilir. Denenecek karışımdaki su miktarı ise kontrol karışımının gösterdiği akmayı sağlayabilecek su miktarı olarak alınır (Bilim, 2006). Hazırlanan numuneler, dayanımları bulunmadan önce, kirece doygun su içinde deney gününe kadar kür edilir. Kür sıcaklığı 23 ∓ 2ºC olmalıdır. Küp numuneler, 7. ve 28. günlerin sonunda basınç dayanımı deneyine tabi tutularak, kontrol ve denenecek karışımlar için dayanımlar bulunur. Herhangi bir zaman için her karışımdan 3 örnek test edilir. Dayanım aktiflik indisi denklem (1.1)’de gösterildiği gibi hesaplanır.
Dayanım aktiflik indisi = (A/B)*100 (1.1) A: Puzolanlı denenecek karışıma ait örneklerin ortalama basınç dayanımı B: Kontrol karışımına ait örneklerin ortalama basınç dayanımı
1.1.3 Puzolanların kullanım amacı
İnce öğütülmüş formdaki puzolanlar, beton karışımına ilave edilecek çimentonun ya da ince agreganın bir kısmı (bu oran kullanım amacına göre ayarlanır) ile yer değiştirme sureti ile kullanılır. Puzolanlar, betonda işlenebilirliği ve perdahlamayı iyileştirmek (eğer karışım içindeki ince malzeme miktarı yeterli değilse), kanamayı ve ayrışmayı (segregasyon) azaltmak, hidratasyon ısısını azaltmak, alkali-silika reaksiyonu sonucu meydana gelen zararlı hacim genleşmelerini azaltmak, geçirgenliği azaltmak, nihai dayanımı arttırmak, sülfata karşı dayanıklılığı arttırmak (deniz suyu, sülfatlı zeminlerin ve doğal asitli suların etkili saldırılarına olan dayanımı) ve beton yapım maliyetini ve betonlama işleminin masraflarını azaltmak gibi amaçlarla beton içerisinde kullanılmaktadırlar (Erdoğan, 1997). Ancak, belli bir mineral katkının beton özelliklerine olan etkisinin, o katkının inceliğine, bileşimine ve kullanıldığı miktarına bağlı olduğu da unutulmamalıdır.
1.2 Yüksek Fırın Cürufları