Silis Dumanının Beton Özelikleri Üzerindeki Etkisi

2.6.1. Silis Dumanının Özelikleri

Silis dumanı silisyum metali veya ferrosilisyum (FeSi) alaşımlarının üretimi sırasında kullanılan elektrik ark fırınlarında yüksek saflıktaki kuvarsitin kömür ve odun parçacıkları ile indirgenmesi sonucu elde edilen çok ince taneli tozdur.

Süperakışkanlaştırıcı kimyasal katkılardaki gelişmeler sonucu yüksek dayanımlı ve yüksek performanslı betonların vazgeçilmez bir bileşeni haline gelen silis dumanı bugün endüstrisine problem yaratan bir atık değil para ile alınıp satılan değerli bir madde haline gelmiştir. Eldeki rakamlara göre dünyadaki yıllık silis

dumanı üretimi 1 milyon ton civarında olup bunda A.B.D.nin payı 130.000 ton, Norveç‟inki ise 120.000 ton kadardır.

Silis dumanı katkılı çimento ve betonlar yüksek dayanım ve dayanıklılık isteyen yerlerde kullanılmaktadır. Uygulama alanları olarak yerinde dökülmüş veya prefabrike yüksek dayanımlı veya erken dayanımı yüksek beton elemanları, ağır aşınmaya maruz döşemeler ve yol kaplamaları, erozyona ve oyulmaya maruz hidrolik yapılar, zararlı kimyasallara maruz betonlar, beton elemanların onarımı ve güçlendirilmesi, çelik donatının korunması, yüksek performanslı çimento şerbet ve sıvaları sayılabilir.

Silis dumanı genellikle camsı, düzgün yüzeyli küresel taneciklerden meydana gelir. Çok ince taneli ve hafif olduğundan özgül yüzey bazında inceliği Blaine metodu ile tayin edilememektedir. Bunda cihaz hücresine % 50 boşluk oranı ile sıkıştırılmasındaki güçlük rol oynar. Çok ince taneli cisimlerde özgül yüzey Azot Adsorpsiyon (BET) metodu ile tayin edilebilmektedir. Burada özgül yüzey, tanelerin dış yüzeyleri ile içlerindeki açık boşlukların iç yüzeylerinden oluşan alanı 1 molekül kalınlığında bir tabaka ile kaplayacak azot gazı miktarından hesaplanmaktadır. Bu yöntem, taneler arasından hava geçiş hızını esas alan Blaine metodundan farklı olduğundan iki metodla elde edilen sayısal sonuçların doğrudan karşılaştırılması mümkün değildir. Tablo 2.10‟daki değerler silis dumanının inceliği konusunda bir fikir vermektedir [69, s.:7-16].

Tablo 2.10: Çeşitli bağlayıcıların özgül yüzeyleri ve bunları tayin yöntemleri [69]. Yöntem ^{Özgül yüzey} (m²/kg)

Portland çimentosu Blaine 300-400

Uçucu kül Blaine 400-700

Granüle Y.F. cürufu Blaine 350-600

Silis dumanı Azot (BET) 13000-20000

2.6.2. Silis Dumanının Çimento Hamuru Özeliklerine Etkisi

Silis dumanı katılan çimento hamurunda belirli bir kıvam için gerekli su ihtiyacı, yapışkanlık, viskosite, terleme ve özellikle agrega ara yüzeyindeki iç yapı değişikliğe uğrar.

getirirler. Bu olumlu etkiye karşın silis dumanı tanelerinin oluşturduğu büyük yüzey alanı su ihtiyacını artıracak ve kıvamı olumsuz etkileyecektir. Dolayısıyla sonuç hamurdaki çimento ve silis dumanı miktarları ile su/bağlayıcı malzeme (s/b) orantısı gibi faktörlere bağlı olarak değişebilecektir. Araştırmalara göre çimentonun % 5‟i kadar katılan silis dumanı su ihtiyacını fazla değiştirmemekte, daha büyük miktarlarda ise su ihtiyacı artmaktadır.

Yüksek dozajlı veya düşük s/ç orantılı hamurlara katılan silis dumanı yapışkanlığı artırmaktadır. Buna neden olarak bağlayıcı malzeme taneleri arasında temasın artması ve iç terlemenin azalması gösterilmektedir.

Araştırmacılar silis dumanı katkısının beton dayanımı üzerindeki olumlu etkisini daha çok agrega-hamur ara yüzeyini kuvvetlendirmesine bağlamaktadır.

Şekil 2.14‟de katkısız ve silis dumanı katkılı hamurların agrega ile olan ara yüzeyleri gösterilmiştir. a) katkısız hamurdaki ara yüzeyi belirtmektedir. Çimento taneleri (ç) arasında su ile dolu boşluklar görülmektedir. b) de aynı ara yüzey sertleştikten sonra resmedilmiştir. C-S-H ve CH kristalleri, kısmen etrenjit (etr.) içeren boşluklar görülmektedir. şeklin c) ve d) bölümlerinde ise silis dumanı katkılı taze ve sertleşmiş hamurlardaki durum gösterilmiştir. Silis dumanı (SD) taneleri boşlukları doldurmakta, CH kristallerini küçülmektedir. Ayrıca ilave puzolanik C-S-H jeli de meydana gelerek boşlukları azaltmakta, dayanımı arttırmaktadır [69, s.:18-19].

2.6.3. Silis Dumanının Taze Beton Özeliklerine Etkisi

2.6.3.1. Su ihtiyacı, ĠĢlenebilme ve Çökme Kaybı

Silis dumanı içeren çimento hamuru daha yapışkan olduğundan taze betonda ayrışma olasılığı azalır. Yüksek dozda silis dumanı kullanıldığında artan yapışkanlık işlenebilmeyi de zorlaştırır. Bu tür betonlarda başlangıç çökme değerinin normal betonunkinden 5 cm daha fazla olması önerilmektedir.

Silis dumanlı betonlarda kullanılan akışkanlaştırıcı veya süperakışkanlaştırıcı katkılar değişik miktarlarda çökme kaybına neden olabilirler. Burada katkı ve çimento türlerinin de rolü olduğundan kullanılacak malzeme ile önceden deneme karışımı yapılması ve çökme kaybının belirlenmesi önerilmektedir. Katkı türünün ve beton karışımına giriş zamanının doğru seçimi ve ilk çökme değerinin yüksek tutulması alınabilecek önlemler arasındadır.

2.6.3.2. Terleme ve Plastik Rötre

Silis dumanı tanelerinin büyük yüzey alanı taze beton içindeki serbest suyun önemli bölümünü bağlar. Ayrıca bu taneler boşluk ve gözenekleri doldurarak suyun beton yüzeyine çıkışını yavaşlatırlar. Sonuç olarak silis dumanı katkılı betonlarda terleme katkı miktarı ile orantılı olarak önemli miktarda azalır (Şekil 2.15).

büzülmeden dolayı çatlama riskini artırır. Çatlakların oluşması priz başlangıcına kadar sürebilir. Bu süre içinde beton yüzeyinin kürüne özen gösterilmesi veya beton yüzeyinin örtülerek buharlaşmanın önlenmesi yararlı olur [69, s.:24-25].

2.6.4. Silis Dumanının SertleĢmiĢ Beton Özeliklerine Etkisi

2.6.4.1. Basınç Dayanımı

Silis dumanı katkısının beton dayanımına olan etkisi Şekil 2.16‟deki gibi açıklanabilir. Diğer puzolanlar gibi yeni C-S-H jelleri oluşmasını sağlamaları yanı sıra ince silis dumanı taneleri agrega-hamur arayüzey bölgesini sıkılayıp kuvvetlendirerek beton dayanımını artırırlar. Buna karşın belirli bir işlenebilirlik için su ihtiyacını artırmaları gibi olumsuz etkileri de vardır. Dolayısıyla betondaki optimum silis dumanı miktarı, bu etkilerin göreceli değerlerine bağlı olacak ve çimento, agrega, akışkanlaştırıcı katkı tip ve miktarları ile bakım koşulları gibi klasik faktörlerden de etkilenecektir [69, s.:28-29].

Şekil 2.16: Silis dumanının beton dayanımına etkisi [69]. 2.6.4.2. Çekme ve Eğilme Dayanımları

Silis dumanı katkılı betonlarda çekme veya eğilme dayanımlarının basınç dayanımına oranı katkısız betonlarınkine benzer. Basınç dayanımı arttıkça çekme ve eğilme dayanımları da artar. Ancak artış hızı giderek yavaşlar. Silis dumanı

miktarının artması veya süperakışkanlaştırıcı kullanılmaması eğilme-basınç dayanımları orantısının katkısız betonlarınkinden daha küçük olmasına yol açmaktadır [69, s.:33].

2.6.4.3. Darbeye KarĢı Dayanıklılık

Silis dumanı katkılı betonların dinamik yüklere karşı direncini belirlemek için yapılan bir çalışmada % 25‟e kadar silis dumanı katkısı içeren beton numuneler belirli yükseklikten düşen bir kütlenin ardışık darbelerine maruz bırakılmışlar, ağırlık kayıpları ve ultrasonik puls geçiş hızları ölçülerek katkısız beton değerleri ile karşılaştırılmışlardır. Sonuçlara göre özellikle % 10-15 katkı oranları betonun darbeye karşı direncini artırmaktadır [69, s.:34].