Uçucu küllerin sertleşmiş beton özeliklerine etkileri

2.4.4.1. Uçucu küllerin dayanım kazanımı, basınç ve eğilme dayanımları üzerindeki etkisi

fiziksel özelikleri, tanecik şekli, uçucu kül reaktivitesi, sıcaklık ve diğer kür koşulları ve kullanım oranları gibi faktörlere bağlıdır [1].

Yapılan çalışmalarda genel kanı, C sınıfı uçucu küllerin, F sınıfı uçucu küllere oranla erken yaşlardaki reaksiyon hızlarının daha yüksek olduğu yönündedir. Bunun nedeni olarak da C sınıfı uçucu küllerin daha yüksek miktarda CaO (kireç) içermeleri gösterilmiştir [2].

Mehta and Gjorv yaptıkları çalışmada, % 30 oranında F tipi uçucu kül içeren çimentolarla ürettiği betonlarda 7. ve 28. günlerdeki dayanımların düşük, 90. gündeki dayanımların ise kontrol betonuna eriştiğini gözlemlemişlerdir [48].

F tipi uçucu küller ilk yaşlarda düşük mukavemetler verirken C tipi uçucu küllerde kireç oranı daha yüksek olduğu için; ilk yaşlarda mukavemet kazanma hızı daha fazladır. Hatta bazı çalışmalarda; C tipi uçucu küllü betonların, kontrol betonlarıyla hemen hemen aynı hızda mukavemet kazandıkları gözlenmiştir [10].

Yuan and Cook yapmış oldukları çalışmada; betonun dayanım kazanımını; yüksek kireçli uçucu küllü betonlar (CaO = % 30.3) ve hiç uçucu kül içermeyen betonlar üzerinde incelemişlerdir. Su/çimento oranını 0,45 olarak sabit tuttukları, % 20, % 30 ve % 50 oranında uçucu külün çimento ile yer değiştirildiği bu çalışma sonucunda, uçucu küllü betonların 28 güne kadar kontrol betonuyla hemen hemen aynı dayanıma sahip oldukları, 28 günden sonra ise kontrol betonuna göre daha fazla dayanım kazandıklarını tespit etmişlerdir [49].

Tuygun, kısmi ikame yöntemi ile yaptığı çalışmada % 10, % 30 ve % 50 oranlarında uçucu kül kullanarak betonlar üretmiş, uçucu küllü betonların erken yaşlardaki dayanımlarının bütün yerleştirme yüzdelerinde düşük olduğunu gözlemlemiştir. 28. ve 90. günlerdeki basınç dayanımlarının ise % 10 uçucu kül içeren numunelerin kontrol betonuna yakın ve üzerinde değerler verdiğini söylemiştir. % 30 ve % 50 uçucu küllü numunelerin ise ileriki yaşlardaki dayanımlarının ise kontrol betonuna göre düşük olduğunu saptamıştır [11].

Şengül vd., yapmış oldukları çalışmada beton karışımındaki uçucu külleri kullanmadan önce öğütmüşlerdir. Uçucu kül tanelerinin inceliği ve yoğunluğu bir miktar değişmiştir. Yapılan basınç deneyler sonucunda öğütülmüş uçucu kül içeren betonların % 30 yer değiştirme yüzdesine kadar kontrol betonlarının basınç dayanımlarından daha yüksek basınç dayanımları sağladıkları görülmüştür [50].

Dayanım gelişimini uçucu külün tane boyutu açısından ele alırsak incelik ve bağlayıcılık aktivitesi olarak iki yönde etkilediğini görürüz. İncelik açısından, büyük taneler betonun su ihtiyacını artırdıklarından dayanım gelişimini de olumsuz yönde etkilerler. Bağlayıcılık aktivitesi hamurdaki katı fazın yüzeyinde meydana geldiğinden, dayanım gelişimini etkilemektedir. Bu nedenle yüzey alanı bağlayıcılık aktivitesinde önemli rol oynar [1].

Crow and Dunstan çok farklı özellikler içeren uçucu küllerin inceliğini araştırmışlar, inceliği fazla olan uçucu küllerin çimentoyla daha iyi reaksiyona girdiğini ve daha iyi dayanım kazandığını söylemişlerdir [51].

Dayanım gelişimini puzolanik aktivite açısından değerlendirdiğimizde, puzolanik reaksiyonun hem çimento hidratasyonuyla oluşan serbest kireç oluşumunu beklemesi hem de yavaş bir reaksiyon olması sebebiyle puzolanik etkiyle dayanım kazanma da yavaş olmaktadır. Genelde bu tür betonlarda erken yaşlardaki dayanımlar düşük, ancak puzolanik aktivitenin yüksekliğine göre ilerki yaşlardaki dayanımlar kontrol betonunu yakalamakta veya geçmektedir [2].

Sıcaklık ve kür koşulları da dayanımları etkilemektedir. Uçucu küllü betonların sıcaklık artışıyla birlikte dayanımlarının da arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca kür koşulları da dayanım artışında önemli bir etkiye sahiptir [42].

2.4.4.2. Uçucu küllerin elastisite modülü üzerindeki etkisi

Uçucu kül kullanılan betonlarda, elastisite modülünün basınç dayanımına benzer özellikler gösterdiği kabul edilmektedir. Yani uçucu küllü betonlarda elastisite

modülü erken yaşlarda kontrol betonuna oranla düşük, ileriki yaşlarda ise daha yüksek olduğu söylenmektedir [43].

Berry et al., yapmış oldukları çalışmada, uçucu kül özelliklerinin az da olsa elastisite modülünü etkilediğini söylemişlerdir. Elastisite modülünün, kontrol betonuyla karşılaştırıldığında düşük dayanımlarda düşük, yüksek dayanımlarda ise yüksek değerlerde olduğunu saptamışlardır [16].

Galoeta et al., % 18 ve % 25 oranlarında F tipi uçucu kül içeren betonlarla yaptıkları çalışmalarda, elastisite modüllerinin aynı mukavemetteki kontrol betonu ile aynı olduğunu söylemişlerdir [52].

Joaquin et al., yüksek oranda F tipi uçucu kül kullandıkları betonlarda, elastisite modülünün erken yaşlarda düşük değerler verdiğini gözlemlemişlerdir [44].

Yapılan çalışmalar sonucunda, uçucu külün elastisite modülü üzerindeki etkisi, basınç dayanımı üzerindeki etkisi kadar belirgin değildir. Elastisite modülünü, uçucu kül kullanmanın etkisinden çok, agrega ve çimento özelliğinin belirlediği bilinmektedir [42].

2.4.4.3. Uçucu küllerin sünme ve rötre üzerindeki etkisi

Uçucu küller, kullanıldıkları betonun dayanımına ve dayanım kazanma hızına etki ettiğinden dolayı, betonda sünme ve rötreye de etki etmektedir. Sünme ve rötre dayanımla ters orantılıdır. Yani dayanım azaldığında artar. Erken yaşlarda yüksek, ileriki yaşlarda ise düşüktür. Betondaki sünme ve rötreye etki eden faktörleri, ortamın sıcaklığını ve nem koşulları, betonun dayanımı, elastisite modülü, agrega miktarı, yükleme anındaki beton yaşı ve yükleme anındaki sünme gerilmesinin dayanıma oranı olarak sayılabilir [1,43].

Atiş’in F tipi yüksek miktarda uçucu kül içeren betonlarda yaptığı çalışmalar, uçucu kül kullanımının rötreyi azalttığını göstermektedir [45].

Brooks and Farrugia, % 30 ve % 70 ikame oranlarında ürettikleri uçucu küllü betonda sünmenin, uçucu kül miktarının artışı ile arttığını belirtmişlerdir [46].

Gifford and Ward yaptıkları çalışmalarda uçucu küllerin sünmeyi azalttığını, bunun nedeninin ise uçucu küllerin elastisite modülünü artırması ve toplam agrega miktarını arttırırken sünme için uygun hamur hacmini azaltması olduğunu söylemişlerdir [53].

Sonuç olarak, uçucu küllü betonlarda rötre davranışıyla sünme davranışı birbirine benzemekte ve betona olumlu yönde katkı sağlamaktadır.