Uçucu külün ASR‟ye etkisi

~ %15 ~ %30 ~ %20 Bilinmiyor

Naiqian ve Tingyu, doğal zeolit tozunun doygun Ca(OH)2 çözeltisinin pH‟ını etkin bir Ģekilde düĢürdüğünü gözlemlemiĢtir. Çözeltinin pH‟ı artan zeolit tozu miktarı ve zamanla azalmaktadır. Doğal zeolit tozunun inceliği arttıkça pH‟daki azalma daha fazladır. Ayrıca, kullanılan zeolit tozu miktarı arttıkça alkali iyon konsantrasyonları da azalır. Alkali iyon konsantrasyonlarındaki azalma üç faktöre bağlıdır; bunlar iyon değiĢimi, adsorblanma ve puzolanik reaksiyondur. Doğal zeolit tozunun kristal yapısı, camsı yapıdaki uçucu kül ve yüksek fırın cürufuna nazaran alkaliniteyi azaltmada daha etkilidir. Bunun ana nedeni, iyon değiĢimine ek olarak, doğal zeolit tozunun gözenekli yapısının pek çok alkali iyonunu adsorplayabilmesidir. Doğal zeolit tozunun inceliği arttıkça yapısı daha açık bir hal almakta ve Ca(OH)2‟ye doygun çözelti ile doğal zeolit tozu ara yer alanı artmaktadır. Bu sebeple alkali iyonlarının adsorblanması artmaktadır. Doğal zeolit tozunun miktarı arttıkça (OH¯) miktarı da azalmaktadır. Doğal zeolit tozu içermeyen harç numunelerinin genleĢmesi %0.51 iken %30 oranında doğal zeolit tozu kullanıldığında genleĢme %0.10‟a düĢmüĢtür. Sonuçlar, alkalinitedeki azalma ile genleĢmedeki azalmanın bağlantılı olduğunu göstermektedir [100, 30].

3.1.2. Uçucu külün ASR’ye etkisi

Uçucu küllerin ana kimyasal bileĢenleri; silis (SiO2), alümin (Al2O3) ve demir oksit (Fe2O3)‟tir. Uçucu küller, santralin yakma kabiliyeti ve kullanılan yakıta göre farklı miktarlarda kalsiyum oksit (CaO), magnezyum oksit (MgO), kükürttrioksit (SO3) ve yanmamıĢ kömür parçacıkları (karbon, (C)) içerirler. Uçucu kül puzolanik özellik gösterir. Yüksek oranda (%10‟dan fazla) CaO içeren uçucu kül puzolanik özelliğin yanısıra bağlayıcı özellik de gösterir. Uçucu küller, katkılı çimento üretiminde kullanıldığı gibi betonda belirli oranlarda çimento veya ince agrega yerine de

kullanılmaktadır. Uçucu küller, taze betonda sabit su/çimento oranında iĢlenebilirliği arttırır. SertleĢmiĢ betonda ise dayanım kazanma hızını yavaĢlattığından erken yaĢlardaki dayanımı düĢürürken ileri yaĢlardaki dayanımı arttırır. Ayrıca, puzolanik özeliği sayesinde oluĢturduğu ikincil C-S-H‟larla yapıyı daha yoğun hale getirir, agrega-harç ara yerini iyileĢtirir ve bu sayede betonun geçirimliliğini azaltır. Bu sebeple, çeĢitli kimyasal ve fiziksel etkilere karĢı betonun durabilitesi artar. Uçucu küllerin çeĢitliliği sebebiyle araĢtırmacılar ASR‟ye olan etkileri hakkında çoğu zaman çeliĢkili görüĢler öne sürmüĢlerdir. ÇeliĢkilerin sebebi, araĢtırmalarda kullanılan uçucu küllerin ve çimentoların kimyasal ve mineralojik özeliklerinin ve agregaların reaktivitelerinin farklı olmasıdır.

Örneğin, Nixon, vd. ve Stark, yavaĢ reaksiyona giren agregalar için çimentonun kütlece %20-30 oranında uçucu külle yer değiĢtirmesi halinde ASR sebebiyle betonda oluĢabilecek genleĢmelerin azaldığını belirlemiĢlerdir [101-103]. Ancak Hobbs, laboratuarda yaptığı deneysel çalıĢmada yüksek reaktiviteye sahip opali, agrega olarak kullanmıĢ ve çimento ile en yüksek genleĢmeyi veren kombinasyonu sağlamıĢtırki bu pratikte imkânsızdır [104]. Böyle durumlarda, en etkili uçucu küller bile genleĢmeyi zararsız seviyelere düĢürememiĢ, buna rağmen yine de genleĢmelerde kayda değer düĢüĢler görülmüĢtür. Bu tür deneylerin sonuçları pratikte uygulanamamaktadır. HızlandırılmıĢ harç çubuğu metodu diğer genleĢme deneylerine alternatif olmaktadır. Bu deney yardımı ile mineral katkıların etkililiği hakkında bilgiler rapor edilmektedir.

Davies ve Oberholster, çalıĢmalarında uçucu kül, yüksek fırın cürufu ve silis dumanı kullanmıĢlardır [105]. HHÇ deneyinde belli bir agrega için kullanılabilecek maksimum mineral katkı miktarı bulunmaktadır. HızlandırılmıĢ harç çubuğu deneyi (1 M NaOH, 80^oC) uçucu külün ASR üzerindeki uzun süreli etkisinin tahmininde kullanılabilir. HHÇD metodu, boĢluk çözeltisi alkali içeriği 1M NaOH veya altında değerlerde olan betonlara uygulanabilir [106, 107].

Stark, vd. NBRI hızlandırılmıĢ harç çubuğu deneyine tabi tuttukları üç farklı uçucu kül ve bir çeĢit yüksek fırın cürufunu üç farklı agrega için buldukları sonuçları ve yorumları yayımlamıĢlardır [88]. Deney sonuçlarından da görülmüĢtür ki, kullanılan

uçucu kül oranı arttıkça genleĢmedeki azalma da artmaktadır. HızlandırılmıĢ deney metodunun ASR hasarlarını minimuma indirgemede kullanılacak mineral katkıların miktarını belirlemede güvenilir ve hızlı bir metot olduğu, farklı kaynaklardan alınan agregalarla, farklı kimyasal ve mineralojik özelliklere sahip çimento ve mineral katkıların davranıĢlarının bu metotla saptanabildiği söylenebilir.

Portland çimentosu kullanıldığında uçucu külün çimento ile kısmi yer değiĢimi toplam hidroksit iyon konsantrasyonunu azaltmada etkisiz olmaktadır. Ancak, yüksek alkalin çimento kullanıldığında toplam hidroksit iyon içeriği azalmaktadır ve bu azalma miktarı, yüksek fırın cürufu sebebiyle oluĢan azalma miktarından fazladır [17].

Ayrıca, uçucu kül ve cürufun harç çubuklarındaki genleĢmeyi erken yaĢlarda (örneğin 28 günde) azalttığını gözlemlemiĢlerdir. Bu durumda, çimento hamurunun puzolanik reaksiyon sonucu yoğunlaĢmıĢ olması sebebiyle genleĢmeyi azaltmıĢ olması ihtimali yüksek değildir. Çünkü uçucu külün ve cürufun hidratasyon hızı çimentonunkinden düĢüktür. Uçucu külün (F sınıfı) alkali silis reaksiyonunu azaltması ve hatta önlemesi aĢağıdaki mekanizmalarla açıklanabilmektedir;

1. Çimento uçucu kül reaksiyon ürünü, sadece Portland çimentosunun reaksiyonu sonucunda oluĢan kalsiyum silis ürününden daha düĢük CaO:SiO2 (C/S) oranına sahiptir. Bunun yanında kalsiyum silis hidrate (CSH) jelinin alkalileri bağlama kapasitesi daha yüksektir ve sonuçta beton boĢluk suyunun pH‟ı azaltılmıĢ olacağından alkali silis reaksiyonu önlenir.

2. Uçucu külün puzolanik reaksiyonu ortamdaki kalsiyum hidroksitle (Ca(OH)2) reaksiyona girip çimento pastasında daha fazla CSH meydana getireceğinden daha sıkı bir mikro yapı oluĢacak ve alkali iyonlarının difüzyonu ve dolayısıyla reaksiyona girmeleri zorlaĢacaktır. Bunun diğer bir faydası ise betonun daha az geçirgen olması nedeniyle ortama rutubet giriĢinin önlenmesidir.