Çimento türü ve pomza agregasının beton karakteristiklerine etkisi

T.C.

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

ÇİMENTO TÜRÜ VE POMZA AGREGASININ BETON

KARAKTERİSTİKLERİNE ETKİSİ

HAKAN YILMAZ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

DANIŞMAN

YRD. DOÇ. DR. ÖZLEM SALLI BİDECİ

T.C.

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

ÇİMENTO TÜRÜ VE POMZA AGREGASININ BETON

KARAKTERİSTİKLERİNE ETKİSİ

Hakan YILMAZ tarafından hazırlanan tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı’nda YÜKSEK

LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Tez Danışmanı

Yrd. Doç. Dr. Özlem SALLI BİDECİ Düzce Üniversitesi

Jüri Üyeleri

Yrd. Doç. Dr. Özlem SALLI BİDECİ

Düzce Üniversitesi _____________________

Doç. Dr. Osman GENÇEL

Bartın Üniversitesi _____________________

Doç. Dr. Mehmet EMİROĞLU

Düzce Üniversitesi _____________________

BEYAN

Bu tez çalışmasının kendi çalışmam olduğunu, tezin planlanmasından yazımına kadar bütün aşamalarda etik dışı davranışımın olmadığını, bu tezdeki bütün bilgileri akademik ve etik kurallar içinde elde ettiğimi, bu tez çalışmasıyla elde edilmeyen bütün bilgi ve yorumlara kaynak gösterdiğimi ve bu kaynakları da kaynaklar listesine aldığımı, yine bu tezin çalışılması ve yazımı sırasında patent ve telif haklarını ihlal edici bir davranışımın olmadığını beyan ederim.

20 Aralık 2017

TEŞEKKÜR

Lisans ve yüksek lisans öğrenimlerim boyunca bana göstermiş olduğu ailesel yakınlığından dolayı, bu tezin hazırlanması süresince çalışmalarıma yön vererek yardım ve bilgi konusunda bana her türlü desteği sağlayan çok kıymetli ve değerli danışman hocam Yrd. Doç. Dr. Özlem SALLI BİDECİ’ ye en içten dileklerimle teşekkür ederim. Tez çalışmam süresince değerli katkılarını esirgemeyen Düzce Üniversitesi Sanat ve Tasarım Fakültesi öğretim üyesi Yrd. Doç. Dr. Alper BİDECİ’ye, Bartın Üniversitesi İnşaat Fakültesi öğretim üyesi Doç. Dr. Osman GENÇEL’ e ve eğitim hayatım boyunca emeği geçen tüm hocalarıma minnet duygularımı sunmayı bir borç bilir, teşekkür ederim. Ayrıca yapmış olduğum laboratuvar çalışmalarımda tüm olanakları sağlayan Yol Yapı Hazır Beton A.Ş. laboratuvar şefi Enis COŞKUN ve çalışanlarına, T5 Yapı Laboratuvarı işletme sahibi Murat KARABULUT ve çalışanlarına, çalışmalarımın bir bölümünde laboratuvarlarını kullanmama izin veren İstanbul Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi Öğretim Üyesi Doç. Dr. Hasan YILDIRIM’ a, İstanbul Aydın Üniversitesi Rektör Yrd. Prof. Dr. Zafer UTLU’ ya, malzeme temininde yardımcı olan Blok Bims A.Ş., Polipropilen Elyaf San. ve Tic. A.Ş., Beksa Çelik Kord San. ve Tic. A.Ş., Elkem Madencilik Ltd. Şti., desteklerinden dolayı teşekkür ederim.

Tez çalışmam boyunca manevi destekleri ile beni motive eden, bu sürece katkıda bulunan çok kıymetli dostlarım Kenan ERDÖL’ e, Furkan DUMAN’ a, Elif BESLİ’ ye çalışma arkadaşlarım Hilal SÜMER’ e, Şakir Yiğit’ e ve Kültür Üniversitesi Öğr. Gör. Enis KARAÇAM’ a teşekkür ederim.

Beni hiçbir fedakârlıktan kaçınmayarak yetiştiren, maddi ve manevi olarak desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen sevgili babam Remzi YILMAZ’a, annem Aysel Yılmaz’a ve aileme sonsuz teşekkürlerimi sunarım.

İÇİNDEKİLER

ŞEKİL LİSTESİ ... IX

ÇİZELGE LİSTESİ ... X

KISALTMALAR ... XII

ÖZET ... XIII

ABSTRACT ... XIV

1. GİRİŞ ... 1

1.1.1. Pomzanın Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri ... 6

1.1.2. Pomzanın Oluşumu... 8

1.1.3. Pomzanın Kullanım Alanları ... 10

1.1.4. Dünya ve Türkiye’deki Pomza Rezervleri ... 12

1.2. ÇİMENTO ... 15

1.2.1. Kalsiyum Alüminatlı Çimento (CAC)... 16

1.2.1.1. Mukavemet ... 18 1.2.1.2. Yüksek Sıcaklıklık ... 18 1.2.1.3. Asit Direnci ... 19 1.2.1.4. Sülfat Direnci ... 19 1.2.1.5. Aşınma Direnci ... 20 1.2.1.6. Düşük Sıcaklık Uygulamaları ... 20

1.2.2. Sülfatlara Dayanıklı Çimento (SDÇ) ... 21

1.2.3. Beyaz Portland Çimentosu (BPÇ) ... 22

1.2.5. Harç Çimentosu (HÇ) ... 24

1.3. BETON ... 24

1.3.1. Hafif Beton ... 27

1.3.1.1. Hafif Betonun Sınıflandırılması ... 29

1.3.2. Normal Beton ... 30 1.3.3. Ağır Beton ... 30 1.4. LİTERATÜR ÖZETİ ... 31

2.MATERYAL VE METOD ... 43

2.1.1.2. Kırma Taş Agregası ... 44

2.1.1.3. Kırma Kum ... 44 2.1.1.4. Doğal Kum ... 45 2.1.2. Çimento ... 45 2.1.3. Silis Dumanı (SD) ... 47 2.1.4. Polipropilen Lif ... 48 2.1.5. Akışkanlaştırıcı ... 48 2.1.6. Çelik Lif ... 49 2.1.7. Su ... 50 2.2. METOD ... 50

2.2.1. Karışım Oranlarının Belirlenmesi ... 50

2.2.2. Agrega Deneyleri ... 52

2.2.2.1. Elek Analizi ... 52

2.2.2.2. Su Emme ... 52

2.2.2.4. Gevşek ve Sıkı Birim Hacim Ağırlık ... 53

2.2.3. Taze Beton Deneyleri ... 54

2.2.3.1. Çökme-Yayılma Deneyi ... 54

2.2.3.2. Taze Birim Ağırlık Deneyi ... 54

2.2.4. Sertleşmiş Beton Deneyleri ... 55

2.2.4.1. Kuru Birim Hacim Ağırlık ... 55

2.2.4.2. Su Emme Deneyi ... 56

2.2.4.3. Basınç Dayanımı ... 56

2.2.4.4. Yarmada Çekme Dayanımı ... 57

2.2.4.5. Eğilme Dayanımı ... 58

2.2.4.6. Ultrases Geçiş Hızı ... 60

2.2.4.7. Yüksek Sıcaklık ... 61

3. BULGULAR VE TARTIŞMA ... 62

3.1. AGREGA DENEY SONUÇLARI ... 62

3.1.1. Elek Analizi ... 62

3.1.2. Su Emme ... 64

3.1.3. Özgül Ağırlık ... 65

3.1.4. Gevşek ve Sıkı Birim Hacim Ağırlık ... 66

3.2. TAZE BETON NUMUNELERİ DENEY SONUÇLARI ... 67

3.2.1. Çökme-Yayılma Deneyi ... 67

3.2.2. Birim Ağırlık Deneyi ... 67

3.3. SERTLEMİŞ BETON NUMUNELERİN FİZİKSEL VE MEKANİK ÖZELLİKLERİ ... 68

3.3.1. Kuru Birim Ağırlık ... 68

3.3.2. Su Emme Deneyi ... 69

3.3.4. Yarmada Çekme Dayanımı ... 72 3.3.5. Eğilme Dayanımı ... 74 3.3.6. Ultrases Geçiş Hızı ... 76 3.3.7. Yüksek Sıcaklık ... 78

4. SONUÇ VE ÖNERİLER ... 84

5. KAYNAKLAR ... 86

6. EKLER ... 94

6.1. EK 1: EĞİLME DAYANIMI GÖRÜNÜMLERİ ... 94

6.2. EK 2: 100-PCAC SICAKLIK SONRASI GÖRÜNÜMLERİ ... 95

6.3. EK 3: 100-PCEM SICAKLIK SONRASI GÖRÜNÜMLERİ ... 96

6.4. EK 4: 25-PCAC SICAKLIK SONRASI GÖRÜNÜMLERİ ... 97

6.5. EK 5: 25-PCEM SICAKLIK SONRASI GÖRÜNÜMLERİ ... 98

6.6. EK 6: 100-CSCAC SICAKLIK SONRASI GÖRÜNÜMLERİ ... 99

6.7. EK 7: 100-CSCEM SICAKLIK SONRASI GÖRÜNÜMLERİ ... 100

ix

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa No

Şekil 1.1. Nevşehir ve Kayseri pomzasının sıcaklık değişim karakteristiklikleri [5]. ... 2

Şekil 1.2. Deney akış şeması. ... 4

Şekil 1.3. Nevşehir pomzasının makro görünümü (örnek boyu 7 cm) [9]. ... 6

Şekil 1.4. Volkanlar ve ilişkili diğer jeolojik süreçlerin genel bir modeli [7]. ... 9

Şekil 1.5. Dünya pomza rezervi [12]. ... 12

Şekil 1.6. Pomza rezervine sahip ülkeler ve oranları (%) [9]. ... 13

Şekil 1.7. Türkiye’de yıllar itibariyle pomza üretimi (1.000 metrik ton) [9]. ... 14

Şekil 1.8. Türkiye’deki pomza yataklarının dağılışı [13]. ... 15

Şekil 1.9. CAC dayanım kazanım grafiği [20]. ... 18

Şekil 1.10. CAC ve Portland çimentolarının sülfat etkisine dayanımı [20]. ... 19

Şekil 1.11. Hafif betonların sınıflandırılması [32]. ... 30

Şekil 2.1. Nevşehir ili maden haritası ve pomza ocaklarının dağılımı. ... 43

Şekil 2.2. Deneylerde kullanılan çelik lif. ... 49

Şekil 2.3. Beton karıştırma mikseri. ... 50

Şekil 2.4. Agregaların etüv kurusu hali ... 52

Şekil 2.5. Beton karışımının kalıplara yerleştirilmesi. ... 55

Şekil 2.6. Sertleşmiş beton numunelerinin etüv kurusu halleri. ... 56

Şekil 2.7. Beton numunelerin üzerinde basınç deneylerinin yapılması. ... 57

Şekil 2.8. Beton numunelerin üzerinde yarmada çekme deneylerinin yapılması. ... 58

Şekil 2.9. Eğilme dayanım test cihazı. ... 59

Şekil 2.10. Eğilme dayanımı numune düzeneği. ... 59

Şekil 2.11. Ultrases hız ölçüm test cihazı. ... 60

Şekil 2.12. Yüksek sıcaklık fırını. ... 61

Şekil 3.1. Karışımların granülometrisi. ... 64

Şekil 3.2. Beton karışımında yayılma çapının belirlenmesi. ... 67

Şekil 3.3. Beton numunelerin su emme değerleri (%). ... 70

Şekil 3.4. Beton numunelerin basınç dayanımları (MPa). ... 72

Şekil 3.5. Yarmada çekme dayanım değerlerinde değişim (MPa). ... 73

Şekil 3.6. Beton numunelerin eğilme dayanımları (MPa). ... 75

Şekil 3.7. Eğilme dayanımı öncesi kiriş numune görünümleri. ... 75

Şekil 3.8. Beton numunelerin sıcaklık öncesi ultrases geçiş hızları (km/s). ... 77

Şekil 3.9. Beton numuneleri ultrases deney düzeneği. ... 77

Şekil 3.10. Beton numunelerin sıcaklık sonrası basınç dayanım değerleri (MPa). ... 79

Şekil 3.11. Beton numunelerin sıcaklık öncesi görünümleri. ... 80

Şekil 3.12. Beton numunelerinin sıcaklık sonrası ultrases geçiş hızları (km/s). ... 81

x

ÇİZELGE LİSTESİ

Sayfa No

Çizelge 1.1. Pomza örneklerinin ateşe dayanıklılık analiz değerleri [5]. ... 2

Çizelge 1.2. Ülkemizdeki pomza kayaçlarının genel fiziksel özellikleri [4]. ... 7

Çizelge 1.3. Ülkemizdeki pomza kayaçlarının genel kimyasal özellikleri [4]. ... 7

Çizelge 1.4. Pomzanın kullanım alanlarına göre oransal dağılımı [9]. ... 11

Çizelge 1.5. Dünya pomza rezervi [9]. ... 13

Çizelge 1.6. Türkiye pomza rezervi [12]. ... 14

Çizelge 1.7. CAC ve Portland çimentolu karoların ısıl dayanım karşılaştırılması [20]. 18 Çizelge 1.8. CAC asit direncine karşı kütle kaybı [20]. ... 19

Çizelge 1.9. Portland ve CAC çimentolarının aşınma miktarları [20]. ... 20

Çizelge 1.10. Sülfatlara dayanıklı çimentonun kimyasal ve fiziksel özellikleri [21]. .... 21

Çizelge 1.11. Beyaz Portland çimentosunun kimyasal özellikleri [22]. ... 22

Çizelge 1.12. Beyaz Portland çimentosunun basınç mukavemetleri [22]. ... 22

Çizelge 1.13. Borlu aktif belit çimentonun kimyasal özellikleri [23]. ... 23

Çizelge 1.14. Borlu aktif belit çimentonun fiziksel özellikleri [23]. ... 23

Çizelge 1.15. Harç çimentosunun kimyasal özellikleri [24]. ... 24

Çizelge 1.16. Harç çimentosunun fiziksel özellikleri [24]. ... 24

Çizelge 2.1. Pomza agregaların kimyasal analizi. ... 44

Çizelge 2.2. Kırma taş agregasının fiziksel özellikleri. ... 44

Çizelge 2.3. Kırma kum fiziksel özellikleri. ... 44

Çizelge 2.4. Doğal kumun fiziksel özellikleri. ... 45

Çizelge 2.5. CEM-I 42.5 R çimentosunun kimyasal analizi (%) [81]. ... 45

Çizelge 2.6. CEM-I 42.5 R fiziksel ve mekanik özellikleri [81]. ... 46

Çizelge 2.7. CAC kimyasal analizi [20]. ... 46

Çizelge 2.8. CAC fiziksel ve mekanik analizi [20]. ... 47

Çizelge 2.9. Kullanılan silis dumanı kimyasal ve fiziksel analizi [83]. ... 47

Çizelge 2.10. Kullanılan polipropilen lif’in fiziksel ve kimyasal özellikleri [87]. ... 48

Çizelge 2.11. Kullanılan akışkanlaştırıcının kimyasal ve fiziksel özellikleri [85]. ... 49

Çizelge 2.12. Kullanılan çelik lif özellikleri [86]. ... 49

Çizelge 2.13. CAC ve CEM karışımlı betonların dizayn bilgileri. ... 51

Çizelge 2.14. Ultrases – beton kalitesi ilişkisi. ... 60

Çizelge 3.1. Beton numunelerin kodları. ... 62

Çizelge 3.2. 100-CS karışım elek analiz bilgileri. ... 63

Çizelge 3.3. 25-P karışım elek analiz bilgileri. ... 63

Çizelge 3.4. 100-P karışım elek analiz bilgileri. ... 63

Çizelge 3.5. Agregaların su emme oranı sonuçları. ... 64

Çizelge 3.6. Agregaların özgül ağırlık sonuçları. ... 65

Çizelge 3.7. Agregaların gevşek ve sıkı birim ağırlık değerleri. ... 66

Çizelge 3.8. Beton numunelerin yayılma sonuçları. ... 67

Çizelge 3.9. Beton numunelerin taze birim ağırlık deney sonuçları. ... 68

Çizelge 3.10. Beton numunelerin kuru birim ağırlık sonuçları. ... 68

xi

Çizelge 3.12. Beton numunelerin basınç dayanım sonuçları. ... 70

Çizelge 3.13. Beton numunelerin yarmada çekme dayanım sonuçları. ... 73

Çizelge 3.14. Beton numunelerin eğilme dayanım sonuçları. ... 74

Çizelge 3.15. Beton numunelerinin sıcaklık öncesi ultrases geçiş hızları (km/s). ... 76

Çizelge 3.16. Beton numunelerinin sıcaklık sonrası basınç dayanım sonuçları (MPa). . 78

Çizelge 3.17. Beton numunelerinin sıcaklık sonrası ultrases geçiş hızları (km/s). ... 80

xii

KISALTMALAR

A.B.D. Amerika Birleşik Devletleri

ACI Amerikan Beton Enstitüsü

ASTM American Society for Testing and Materials

BAB Borlu Aktif Belit Çimentosu

BPÇ Beyaz Portland Çimentosu

CAC Kalsiyum Alüminatlı Çimento

CEM CEM-I 42.5 R Portland Çimentosu

Db Desibel

Dk Dakika

Fc Kırılmadaki en büyük yük

HB Hafif Beton HÇ Harç Çimentosu KN Kilonewton M.Ö. Milattan Önce MPa Megapascal M.S. Milattan Sonra NB Normal Beton PPL Polipropilen Lif Rc Basınç dayanımı Rf Eğilme dayanımı SA Süperakışkanlaştırıcı S/B Su/Bağlayıcı SD Silis Dumanı

SDF Sülfatlara Dayanıklı Çimento

TS EN Türk Standartları Enstitüsü

TSE Türk Standartları Enstitüsü

100-CS %100 Kırma Taş Agregası

100-CSCAC %100 Kırma Taş Kalsiyum Alüminatlı Çimento Karışımı 100-CSCEM %100 Kırma Taş CEM-I 42.5 R Portland Çimentolu Karışım

100-P %100 Pomza Agregası

100-PCAC %100 Pomza Kalsiyum Alüminatlı Çimento Karışımı 100-PCEM %100 Pomza CEM-I 42.5 R Portland Çimentolu Karışım

25-P %25 Pomza Agregası

25-PCAC %25 Pomza Kalsiyum Alüminatlı Çimento Karışımı

xiii

ÖZET

ÇİMENTO TÜRÜ VE POMZA AGREGASININ BETON

KARAKTERİSTİKLERİNE ETKİSİ

Hakan YILMAZ Düzce Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi

Danışman: Yrd. Doç. Dr. Özlem SALLI BİDECİ Aralık 2017, 102 sayfa

Bu çalışmada, maksimum tane çapı 16 mm olan kırma taş agregası ve pomza agregası ile CEM-I 42.5 R ve kalsiyum alüminatlı çimento (500 doz) kullanılarak altı farklı seride beton numunesi üretilmiştir. Karışımlarda S/B oranı sabit tutularak çimentonun ağırlıkça %2’ si oranında süper akışkanlaştırıcı kimyasal katkı maddesi ve mekanik özelliklerini iyileştirmek için %0.15 polipropilen lif, %5 çelik lif, ayrıca kırma kum ve kırma kumun ağırlıkça %10’nu ile yer değiştirilerek silis dumanı ilave edilmiştir. %100 pomza agregası kullanılarak hafif, %25 pomza agregası kullanılarak yarı taşıyıcı hafif ve %100 kırma taş agregası kullanılarak yüksek dayanımlı beton elde edilebilirliği araştırılmış ve mühendislik özellikleri karşılaştırılmıştır. Bu kapsamda taze beton numuneleri üzerinde birim ağırlık, yayılma deneyleri, sertleşmiş beton numuneleri üzerinde; kuru birim ağırlık, basınç dayanımı, yarmada çekme dayanımı, su emme, eğilme dayanımı deneyleri ile ultrases geçiş hızı özellikleri incelenmiştir. Çalışmada ayrıca; 200°C, 400°C, 600°C, 800°C, 1000°C olmak üzere farklı sıcaklıklara maruz bırakılan 28 günlük beton numunelerin basınç dayanımı, ultrases geçiş hızları ve ağırlık kayıpları belirlenmiştir. Çalışmanın sonucunda, beton numuneleri içerisinde en yüksek basınç dayanımı %100 kırma taş agregalı CEM I 42.5 R (100-CSCEM) beton numunelerinden elde edilmiştir. Yüksek sıcaklık sonrası (1000°C) basınç dayanımında %100 kırma taş agregalı CAC (100-CSCAC) beton numunelerin daha iyi sonuç verdiği belirlenmiştir.

Anahtar sözcükler: Basınç dayanımı, Hafif beton, Kalsiyum alüminatlı çimento, Pomza,

xiv

ABSTRACT

EFFECT OF CEMENT TYPE AND PUMICE AGGREGATES ON

CONCRETE CHARACTERISTICS

Hakan YILMAZ Düzce University

Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Civil Engineering Master’s Thesis

Supervisor: Assist. Prof. Dr. Özlem SALLI BİDECİ December 2017, 102 pages

In this study, six different concrete samples were produced by using with crushed stone aggregate, pumice aggregate that maximum particle diameter of 16 mm., CEM-I 42.5 R and Calcium Aluminated Cement (500 doses). In mixtures, the superplasticizing chemical additive, 2% by weight of the cement, and 0.15% polypropylene fiber, in order to improve mechanical properties, 5% steel fiber, also stone powder and silica fume, replace with 10% by weight of stone powder were added by keeping water-cement ratio. The availability of lightweight concrete a 100% pumice aggregate, semi-structural lightweight concrete by using 25% pumice aggregate and high strength concrete by using 100% crushed stone aggregate were investigated and the engineering properties were compared. Within this framework, unit weight, slump-flow test on fresh concrete samples; dry-unit weight, compressive strength, splitting tensile strength, water absorption, flexural strength with experiments properties of ultrasonic pulse velocity on hardened concrete samples were investigated. In study, also compressive strenght, pulse velocity and weight losses were determined by carring out temperature test on 28 days concrete samples exposed to different tempreatures 200°C, 400°C, 600°C, 800°C, 1000°C. At the end of this study, the highest compressive strength in concrete samples was optained from 100% crushed stone aggregate-CEM I 42.5 R (100-CSCEM). After high temperature (1000°C) 100% crushed stone-CAC (100-CSCAC) was determined to give the best result of this study.

Keywords: Calcium aluminate cement, Compressive strength, Lightweight concrete,

1

1. GİRİŞ

Pomza; boşluklu, süngerimsi, volkanik olaylar sonucunda oluşmuş, fiziksel ve kimyasal etkilere dayanıklı, camsı volkanik kökenli bir kayaçtır. Oluşumu esnasında içerisindeki gazların ani olarak bünyeyi terk etmesi ve ani soğuması sebebiyle çok sayıda gözenek oluşmaktadır. Genellikle gözenekleri arasındaki boşluklar bağlantısız olduğundan ısı ve ses iletimi oldukça düşüktür. Pomza dünya endüstrisinde yeni olmamasına rağmen ülkemiz endüstrisine son yirmi yıl içerisinde girmiş ve endüstriyel hammadde olarak elliden fazla sektörde hammadde ya da katkı malzemesi biçiminde kullanılmaktadır [1]. Pomza; inşaat sektöründe düşük birim hacim ağırlık, yangına karşı direnç, enerji sarfiyatının azaltılması, ısı kaybı ve gürültü kirliliğinin azalması amacıyla da ısı ve ses yalıtımında kullanılmaktadır [2].

Teknolojinin ilerlemesiyle kullanım yerlerine göre farklı beklentileri karşılamak amacıyla özel betonların üretilmesi de hız kazanmıştır. Ağır beton, taşıyıcı hafif beton, yüksek akıcılığa sahip beton, bu özel beton özelliklerden bazılarıdır. Betona bu farklı özelikleri kazandırmak elbette ki betonun geleneksel bileşenlerinin haricinde farklı nitelikteki yapı malzemelerinin karışıma ilave edilmesiyle olmaktadır. Ayrıca mineral ve kimyasal katkılarla, farklı tip ve mineralojik kökene sahip hafif agregalar kullanılmasıyla yüksek dayanımlı hafif agregalı betonlar üretilmektedir [3].

Hafif betonda kullanılan agregalar yüksek sıcaklığa maruz kaldıklarında içinde bulundurdukları uçucu gazlar ve belirli sıcaklıklarda eriyik durumuna dönüşen bileşenleri nedeniyle farklı oranlarda ağırlık kaybına uğrarlar. Bu sebeple malzemenin ortamın sıcaklık farklılıklarından nasıl etkileneceği ve kütlesinden herhangi bir kaybın olup olmayacağının araştırılmasında farklı sıcaklıklar için davranış karakteristiği ve ateşe dayanıklılık testleri yapılmaktadır. Pomza örneklerinin ateşe dayanıklılık testleri 20°C ile 1250°C arasındaki sıcaklıklarda yapılmaktadır [4].

Agrega boyutunda bulunan pomza örnekleri üzerinde yapılan farklı sıcaklıklardaki davranış karakteristiği ve ateşe dayanıklılık analizleri Çizelge 1.1’de Nevşehir ve Kayseri pomza örneklerine ait sıcaklığa bağımlı değişim karakteristiklikleri Şekil 1.1’de verilmiştir [5].

2

Çizelge 1.1. Pomza örneklerinin ateşe dayanıklılık analiz değerleri [5]. Bölge Yapısal Bozulma (°C) Ergime Noktası (°C)

Nevşehir 940 1240

Kayseri 835 1205

Şekil 1.1. Nevşehir ve Kayseri pomzasının sıcaklık değişim karakteristiklikleri [5]. Bu çalışmada, maksimum tane çapı 16 mm olan kırma taş agregası ve pomza agregası ile CEM-I 42,5 R ve kalsiyum alüminatlı çimento (500 doz) kullanılarak altı farklı seride beton numunesi üretilmiştir. Karışımlarda S/B oranı sabit tutularak çimentonun ağırlıkça %2’ si oranında süper akışkanlaştırıcı kimyasal katkı maddesi ve mekanik özelliklerini iyileştirmek için %0.15 polipropilen lif, %5 çelik lif, ayrıca kırma kum ve kırma kumun ağırlıkça %10’nu ile yer değiştirilerek silis dumanı ilave edilmiştir.

%100 pomza agregası kullanılarak hafif, %25 pomza agregası kullanılarak yarı hafif ve %100 kırma taş agregası kullanılarak yüksek dayanımlı beton elde edilebilirliği araştırılmış ve mühendislik özellikleri karşılaştırılmıştır. Bu kapsam da taze beton numuneleri üzerinde birim ağırlık, yayılma deneyleri; sertleşmiş beton numuneleri üzerinde kuru birim ağırlık, basınç dayanımı, yarmada çekme dayanımı, su emme, eğilme dayanımı, ultrases geçiş hızı özellikleri incelenmiştir. Çalışma da ayrıca; 200°C, 400°C, 600°C, 800°C, 1000°C olmak üzere farklı sıcaklıklara maruz bırakılan 28 günlük beton numunelerin basınç dayanım değerleri, ultrases geçiş hızları ve ağırlık kayıpları belirlenmiştir. Çalışmanın sonucunda, beton numuneleri içerisinde en yüksek basınç dayanımı %100 kırma taş agregalı CEM I 42.5 R (100-CSCEM) beton numunelerinden

3

elde edilmiştir. Yüksek sıcaklık sonrası (1000°C) basınç dayanımında %100 kırma taş agregalı CAC (100-CSCAC) beton numunelerin daha iyi sonuç verdiği belirlenmiştir. Çalışmanın deney akış şeması Şekil 1.2’de verilmiştir.

4 Agrega Temini Çelik Lif Süperakışkanlaştırıcı Agregalar 60 ±2 ºC etüvde 24 saat kurutulmuştur. - CEM I 42,5 R - Kalsiyum Alüminatlı Çimento Su Beton Numunelerin Hazırlanması

Taze Beton Karışımı

Agregalarda; - Granülometri - Özgül Ağırlık - Su Emme Oranı

Sertleşmiş Beton Deneyleri Birim Ağırlık

Deneyi Çökme- Yayılma

Deneyi

- Kuru Birim Ağırlık - Su Emme Oranı - Basınç Dayanımı

- Yarmada Çekme Dayanımı - Yüksek Sıcaklık - Ultrases Geçiş Hızı - Ağırlık Kaybı %100 Pomza CAC %100 Pomza CEM I %25 Pomza CAC %25 Pomza CEM I

%100 Kırma Taş CAC

%100 Kırma Taş CEM I Pomza (4/8 ve 8/16mm) Kırma Taş (4/8 ve 8/16mm)

Doğal Kum (0/4) Taş Tozu (0/4)

Polipropilen Lif Silis Dumanı

5

1.1. POMZA

Pomzanın bilinen en eski kullanımı, M.Ö. I. yüzyılda Vitruvio’ya ait mimari özete dayanmaktadır. Vitruvio; pomza yığınlarını sudan hafif olması nedeniyle “yüzücü” olarak tanımlar, suyu emmediğinden ve hijyenik olduğundan da bahseder. Eski Romalılar zamanında pomza taşı çoğunlukla termal banyoların ve tapınakların yapımında kullanılmıştır. Bu tür eserler günümüze kadar da ulaşmıştır. Bu döneme ait en belirgin örneklerden biri Roma Pantheonu ve İstanbul’daki Ayasofya Kilisesidir. Ayrıca pomzanın 1800’lü tarihlerde Almanya’da kullanıldığı bilinmekte olup Avrupa genelinde çok fazla kullanımı olmamıştır. Yapı malzemesi olarak kullanımı ise 1851 yılında Californiya’da başlayarak sonrasında hızla yayılmıştır [6].

A.B.D.’deki pomza endüstrisi 1963 yılına kadar 15 eyalette 103 işletmeye kadar genişlemiş ve 1983’te San Fransisco yakınlarındaki Mercet Gölü'nde aşındırıcı pomza şeklinde kullanılması için 70 bin ton-kadar üretilmiştir. Ayrıca pomza, çimento ile birlikte Los Angeles su kemerinin yapımında 1908’den 1918’e kadar kullanılmıştır. 1935’te hafif-yalıtımlı beton agregası olarak kullanılan pomzanın oranı düzenli bir şekilde artmıştır. Puzolanik aktivitesinin de yüksek olması nedeniyle puzolan ve Portland çimentoları ile karıştırılarak çeşitli barajlarda, su kanallarında ve baraj gövde inşaatlarında kullanılmıştır [7].

Yalnız yerli inşaat endüstrisinde pomzanın geniş bir şekilde kullanılmasına rağmen A.B.D. diğer ülkelere nazaran geri kalmıştır. Örneğin; Almanya, II. Dünya Savaşından önce hafif bina yapım ünitelerinde sağlam bir dış ticarete sahip olmuştur. Almanya’nın Ren Bölgesindeki şehirlerde M.S. IV. yüzyıldan 1800’lü yıllara kadar pomza kullanıldığı görülmüştür. Fakat 1980 yılından önce önemli bir pomza üretimi söz konusuyken son yıllarda üretimde önemli düşüşler olmuştur. Mevcut olan tek yataktan üretilen pomzanın sadece inşaat sektöründe kullanılması yeterli olmamış diğer alanlarda kullanılan pomza için ithalat yoluna gidilmiştir [4]. Son 20 yıldır ise pomza kullanımında bir artış gözlenmekte olup bu artışın hızlanarak devam edeceği tahmin edilmektedir [6].

Bims taşı, teknik termolojide “doğal hafif agrega” olarak nitelendirilmekte olup, “pomza taşı” olarak da adlandırılmaktadır. Bims taşının kırma, eleme ve boyutlandırma ile elde edilmiş farklı tane boyutlarındaki malzeme haline “bims agregası” (pomza agregası) adı verilmektedir [4]. TS 10088 EN 932-3 standardı pomzayı genellikle riyolitik bileşenli,

6

aşırı derecede boşluklu, camsı lav ve genellikle su yüzeyinde yüzecek kadar hafif olarak tanımlamaktadır [8].

Şekil 1.3. Nevşehir pomzasının makro görünümü (örnek boyu 7 cm) [9].

Sertliği mohs skalasına göre 5-6’dır. Kimyasal olarak %75’e varan silis içeriği bulunabilmektedir. Pomzanın genel kimyasal bileşimi; %60-75 SiO2, %13-17 Al2O3,

%1-3 Fe2O3, %1-2 CaO, %7-8 Na2O- K2O ve eser miktarda TiO2 ve SO3’den

oluşmaktadır. Kayacın içerdiği SiO2 oranı kayaca abraziflik özelliği kazandırmaktadır.

Bu özelliğinden dolayı çeliği rahatlıkla aşındırabilecek bir kimyasal yapı sergileyebilmekte ve Al2O3 bileşimi ise ateşe ve ısıya yüksek dayanım özelliği

kazandırmaktadır. Na2O ve K2O tekstil sanayiinde reaksiyon özellikleri veren mineraller

olarak bilinmektedir [10].

Asidik ve bazik volkanik faaliyetler neticesinde iki tür pomza oluşumu vardır. Bunlar asidik ve bazik pomzalardır. Bazik pomzaya “bazaltik pomza” veya “scoria” da denilmektedir. Bazaltik pomza koyu renkli, kahverengimsi veya siyahımsı olabilmektedir. Özgül ağırlığı 1-2 civarındadır. Asidik pomza ise yeryüzünde en yaygın olarak bulunan ve kullanılan, beyaz kirli veya grimsi beyaz renkte görünen pomzadır. Asidik karakterli pomzalarda silis oranı daha yüksektir ve inşaat sektöründe yaygın kullanım alanı bulabilmektedir. Diğer taraftan bazik karakterli pomzalar da alüminyum, demir, kalsiyum ve magnezyum bileşenlerinin daha yüksek oranda bulunması sebebiyle diğer endüstriyel alanlarda (örneğin gübre sanayiinde kek maddesi olarak, toprak ıslahı amacıyla tarımda vs.) kullanım alanı bulabilmektedir [10].

1.1.1. Pomzanın Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Pomza taşı yapısındaki SiO2 oranı agrega kompozisyonunun asidik ve/veya bazik özellik

7

kazandırdığı gibi abrasif özellikte kazandırmaktadır. Aynı zamanda, kayaç bünyesindeki SiO2 oranı arttıkça, kayacın asidiklik özelliği artmakta böylece kayacın agrega dayanımı

daha yüksek olmaktadır. Kayacın kimyasal bileşiminde bulunan Al2O3 oranının yüksek

olması ise ateşe ve yüksek ısıya dayanım özelliği kazandırır. İnşaat sektörü açısından pomza taşının asidik karakterde olması Fe2O3 oranının düşük, Al2O3 oranının ise yüksek

olması istenilmektedir [11].

Ülkemizdeki pomza kayaçlarının genel fiziksel özellikleri Çizelge1.2’de ve kimyasal özellikleri Çizelge1.3’de verilmiştir [4].

Çizelge 1.2. Ülkemizdeki pomza kayaçlarının genel fiziksel özellikleri [4]. Fiziksel Özellikleri Analiz Değerleri

Renk Açık griden, kirli beyaza

Kristal Şekli Amorf

Kristal Suyu Yok

Sertlik (MOHS) 5.5-6.0

Kuru Birim Hacim Ağırlığı (g/cm3) 0.37-0.97 Gerçek Özgül Ağırlığı 2.15-2.65

Porozite (%) 45-90

Rötre (mm/m) <1

Isı İletkenlik Katsayısı (W/mK) 0.08-0.2 Isınma Isısı (cal/g.°C) 0.24-0.28

Ses Yalıtım (dB) 40-55

Su Emme (ağırlıkça)% 30-70

Buhar Difüzyon Katsayısı 5-10

Çizelge 1.3. Ülkemizdeki pomza kayaçlarının genel kimyasal özellikleri [4]. Kimyasal Özellikler Analiz Değerleri

pH 7-7.3

Radyoaktivite Yok

Suda Çözünen Madde Miktarı (ağırlıkça)% ≤ 0.15 Asitte Çözünen Madde Miktarı (ağırlıkça)% ≤ 2.9

Uçucu Madde (ağırlıkça)% Yok

Asitlerle Etkileşim* İnert

Alevlenme Derecesi (°C) Yok

Ergime Derecesi (°C) >900

* Pomza sadece hidroflorik asit ile etkileşerek toksik silikon tetraflorit gazı çıkarır.

8

Çizelge 1.3. Ülkemizdeki pomza kayaçlarının genel kimyasal özellikleri (devamı). Kimyasal Bileşenler Analiz Değerleri

SiO2 5-75 Al2O3 11-17 Fe2O3 0.5-5 CaO 1-8 MgO 05-3 K2O Na2O 30-9 SO3 <1 Kızdırma Kaybı 1-3

Pomza agregasının tane iriliği arttıkça, hacim kütle değeri düşmektedir. Diğer taraftan, tane boyutu arttıkça agregadaki gözenek oranı da artmaktadır. Pomza oluşumlarında genellikle görülen bir olgu, pomza taşının gözenek yüzdesi volkan bacasından uzaklaştıkça artar. Gözenek oranının artması ve buna bağlı olarak düşük birim hacim kütle değerine sahip olması, pomza taşının yalıtım amaçlı dökme malzemesi olarak kullanılmasını da sağlamıştır [4]. Pomza genellikle doğal düşük yoğunluklu agregalar içerisinde en çok kullanılanıdır. Yoğunlukları 480-880 kg/m3 _{arasındadır [2]. Pomza}

agregalarda özgül kütle, kuru kütlenin hacmine oranı (gözenek hacmi hariç) olarak değerlendirilen bir fiziksel özellik olup, pomza taşı oluşumlarında özgül ağırlık genellikle 2.1’in üzerindedir. Agrega hacim kütlesi, pomza agregada kuru kütlenin tüm hacmine oranı olarak nitelendirilen bir büyüklük olup, yatağa ve tane iriliğine göre değişim gösterir [4].

1.1.2. Pomzanın Oluşumu

Yer kabuğunda çok sayıda ekonomik değeri olan maden türü vardır ve bunlar metalik ve metalik olmayan yer altı kaynaklarıdır. Ekonomik değeri olan ve volkanik faaliyetler sonucu oluşan madenlerin başında obsidyen, perlit, ignimbrit ve pomza taşı (sünger taşı) gelmektedir. Bunlardan pomza, kızgın haldeki magmanın içerdiği gazların ani soğuma esnasında kütleden ayrılmasıyla oluşan çok gözenekli camsı yapıda volkanik kökenli bir madendir [12].

Volkanik oluşumlarda asidik magma bazik magmaya nazaran daha viskoz olup yüksek miktarda silis içermektedir. Bazik magmanın sıvı olduğu sıcaklıklarda asidik magma katı halde bulunur. Bu nedenle volkanik aktivitenin durduğu zamanlarda magma akışı da durarak asidik kayaç ve kütleler oluşur. Bu olay bir volkanın genel aktivite karakteristiğini sergiler. Basıncın artmasıyla asidik malzeme ile birlikte magmadaki

9

erimiş gazlar büyük patlamalar şeklinde bacadan püskürmeye başlar. Ani basınç serbestleşmesi ani genleşmeleri oluşturur. Bu esnada bünyedeki uçucu bileşenlerin ani olarak kaçmasına neden olur. Uçucuları takiben, arkada kalan erimiş küresel parçalar, atmosferle temas eder etmez hızla soğurlar. Böylelikle pomza oluşur ve volkan aktivitesi sonrasında genellikle volkan krateri zamanla bir krater gölü şekline dönüşebilmektedir (Şekil 1.4) [7].

Şekil 1.4. Volkanlar ve ilişkili diğer jeolojik süreçlerin genel bir modeli [7]. Burada pomza oluşumunu kontrol eden faktörler;

➢ Püskürme süresi, ➢ Ara süreler, ➢ Magmanın ısısı,

➢ Magmadaki erimiş gaz miktarı,

10

Bu oluşan pomza parçaları volkan bacalarının yakınından itibaren uzaklara doğru hava akımının da etkisiyle, eski yüzey şekline uygun olarak depolanır. Bu durumdaki pomza yatakları oluşmuş olup, zamanla akarsular tarafından taşınarak uygun havzalarda depolanabilir. Bu şekilde oluşan yataklar içinde %1-3 oranında andezit, traki-andezit, bazalt, obsidyen gibi volkanik kayaç parçaları bulunur. İkincil durumda oluşan pomza yataklarında ise yabancı maddeler daha fazla olabilmektedir. Pomza da taşınma mekaniği, basitleştirilmiş olarak üç ana grupta ele alınabilmektedir [7].

➢ Düşme (Buluttan çökelme) ile yığılma ➢ Fırlatma ile yığılma

➢ Akma ile yığılma

Düşme ile yığılmada sınıflandırma iyi bir değişim sergilemekte, tane büyüklükleri de dar aralıklarda kalmaktadır. Pomza oluşum tabaka kalınlıkları çok ince olup, cm mertebeleri ile simgelenebilmektedir. Ayrıca, tabaka kalınlıkları tepelerde ve düzlüklerde aynı kalınlığı göstermektedir. Fırlatma ile yığılma şeklinde oluşmuş pomza oluşumlarında ise, bazen düzgün ve yer yer birbiri içine itilmiş tabakalar ve arada bazaltik kayaç sokulumları ve patlama çarpmanın etkisi ile yapıda parçalanma ve sıkışma görülür. Akma ile yığılma şeklinde oluşmuş pomza yataklarında ise, genel olarak masif strüktür, tabakalarda yoğun kötü bir ayrışma ve boyut sınıflandırması yok denilecek kadar az bir olgu izlenebilmektedir. Bu oluşumun en açık göstergesi ise gang mineralleri alt katmanda kalırken, pomzanın ise serbest halde üst katmanda yer almasıdır [7].

1.1.3. Pomzanın Kullanım Alanları

Türkiye, çeşitli renk ve dokuya sahip pomza çeşitleri ile dünya pomza rezervleri açısından önemli bir yere ve pazar şansına sahiptir. Pomzanın, dünyada halen elliden fazla endüstriyel alanda farklı amaçlarda kullanım imkânı bulunmaktadır. Bu kullanım, endüstriyel amacına göre ya ana hammadde olarak veya katkı malzemesi biçimindedir. Pomzanın dünyada olduğu gibi ülkemizde en yaygın kullanım alanı inşaat sektörüdür (Çizelge 1.4). Bunun yanı sıra, tekstil sektörünün dışında, diğer tüm alanlarda dünyada ki kullanımı ülkemiz açısından farklılık sunmaktadır. Çünkü daha yüksek katma değere sahip ürünlerin kullanıldığı sektörlerin ülkemizde yeterince gelişmemiş olması veya bu alanlarda yatırım yapılmamış olmasıdır. 2011 yılı verilerine göre pomzanın kullanım alanlarının sektör bazında dağılımı dünya ve ülkemiz açısından karşılaştırılmıştır [9].

11

Çizelge 1.4. Pomzanın kullanım alanlarına göre oransal dağılımı [9]. Kullanım Alanı _{Kullanım (%)} Dünya’daki _{Kullanım (%)} Türkiye’deki

Hafif yapı elemanı blok üretiminde 48 80

Hafif beton üretiminde 12 2

Yalıtım malzeme türevlerinin üretiminde 9 4 Ziraat sektöründe 12 6 Tekstil sektöründe 4 3 Kimya sektöründe 8 1 Diğer sektörlerde 7 4

Pomzanın kullanım alanlarını genel olarak dört ana grupta toplamak mümkündür. Bunlar; inşaat, tekstil, tarım, kimya ve diğer endüstri alanları başlığı altında toplanabilir.

İnşaat sektöründe,

➢ Hafif yapı elemanlarının üretiminde, ➢ Prefabrik yapı elemanlarının üretiminde, ➢ Hafif beton üretiminde,

➢ İzolasyon amaçlı çatı ve döşeme dolgu malzemesi olarak, ➢ Hafif hazır sıva ve harç üretiminde,

➢ Çatı ve dekoratif kaplama elemanı üretiminde kullanılmaktadır [6].

Yangına dayanıklılık açısından da normal betona kıyasla %20’ye varan oranda daha emniyetli olduğu kabul edilmektedir. Pomzalı betonun normal betona kıyasla önemli bir avantajı da deprem yüklerine karşı daha elastik davranış gösterebilmesidir. Ayrıca pomzalı beton yapı elemanları dondan da etkilenmemektedir [12].

Tekstil sektöründe,

➢ Kot kumaşların taşlanması işleminde kullanılmaktadır. Tarımda sektöründe,

➢ Toprak ıslahında, az topraklı veya topraksız ortamlarda bitki yetiştirilmesi amacıyla ve suyun kısıtlı bulunduğu tarımsal alanlarda kullanımı mevcuttur. Kimya ve diğer sektörlerde,

➢ Çimento üretiminde puzolonik malzeme olarak,

➢ İzolatif duvar boyası, pürüzlü kaplama, motifli boya, astar macunu ve vernik dolgusu, aşınmayan trafik boya ve kaplamalarında,

12

➢ Plastik ve kağıt sanayinde dolgu malzemesi olarak,

➢ Seramik endüstrisinde seramiklerin ısı yalıtım değerini arttırmada, pürüzlü seramik ve absorbsiyonlu seramik tanelerinin üretiminde,

➢ Gübre üretiminde katkı malzemesi olarak, ➢ Asfalt üretiminde katkı malzemesi olarak,

➢ Ağır ve kirli ortamlarda yağ vb. akışkanları absorbe edici malzeme olarak, ➢ Tavuk çiftliklerinde taban malzemesi olarak,

➢ Kaymaz tip oto lastik yapımında,

➢ Süs eşyalarının pürüzlülüğünün giderilmesi ve cilalanmasında parlatıcı olarak, ➢ Tarım ilaçlarının toz halde kullanılmasında taşıyıcı eleman olarak,

➢ Su, atık su arıtma ve hava temizleme teknolojisinde katkı malzemesi olarak kullanımı mevcuttur.

➢ Karayollarında buzlanmayı kontrol altına almada da pomzadan yararlanılmaktadır [6].

1.1.4. Dünya ve Türkiye’deki Pomza Rezervleri

Pomza yatakları Dünya’daki bazı volkanik alanlarda yoğunlaşmaktadır. Dünya genelinde tespit edilen pomza rezervi 18 milyar ton civarındadır. Pomza yataklarının yer aldığı ülkelerin başında A.B.D., Türkiye ve İtalya gelmektedir (Şekil 1.5) [12].

Şekil 1.5. Dünya pomza rezervi [12].

Alp orojenik kuşağı üzerinde yer alan Türkiye, volkanik aktivitelerin geniş bir alan kaplamasına bağlı olarak zengin pomza yataklarına sahiptir. Türkiye’deki pomza rezervi miktarı 2.8 milyar ton civarındadır (Çizelge 1.5) ve (Şekil 1.6). Buna göre Dünya pomza rezervinin %15.8’ne karşılık gelmektedir [12]. Pomza üretiminde dünyada birkaç ülke

13

söz sahibidir. İtalya ve Türkiye en fazla pomza üretimi yapan ülkelerdir. İtalya 2000-2007 yılları arasındaki dönemde üretimde ilk sırada yer alırken, Türkiye 2008- 2011 yılları arasındaki dönemde üretimini arttırarak ilk sırada yer almıştır [9].

Çizelge 1.5. Dünya pomza rezervi [9].

Ülke Rezerv (Milyon Ton) Oran (%) A.B.D. 11.500 63.9 Türkiye 2.836 15.8 İtalya 2.000 11.1 Yunanistan 500 2.8 Okyanusya 500 2.8 Şili 60 0.3 Diğerleri 600 3.3 TOPLAM 17.996 100

Şekil 1.6. Pomza rezervine sahip ülkeler ve oranları (%) [9].

Dünya’da 2012 yılında pomza ve ilişkili materyallerin üretimi 16.5 milyon ton gerçekleşmiş olup, bu değer 2011 yılı üretim miktarı olan 17.6 milyon tondan %7 daha azdır. 2012 yılında sektörün daralmasına rağmen, Türkiye dünya pomza üreten ülkeler arasında birinci sırada yer almaktadır. Türkiye’nin 2014 yılı pomza üretim miktarı ise 5.700.000 ton olarak tahmin edilmektedir [9].

İtalya 2000-2007 yılları arasındaki dönemde üretimde ilk sırada yer alırken, Türkiye 2008-2011 yılları arasındaki dönemde üretimini arttırarak ilk sırada yer almıştır. Örneğin, 2010 yılında Türkiye’nin, Dünya pomza üretimindeki payı %23 iken (4.000.000 ton), İtalya’nın %17’dir. Bu ülkeleri Yunanistan, İran, Suriye, Şili ve Suudi Arabistan takip

63,9 15,8 11,12,8 2,8 0,3 3,3 ABD Türkiye İtalya Yunanistan Okyanusya Şili Diğerleri

14

etmektedir. Şekil 1.7’de pomza rezervine sahip başlıca ülkeler ve en çok rezerve sahip ilk altı ülke gösterilmiştir [9].

Şekil 1.7. Türkiye’de yıllar itibariyle pomza üretimi (1.000 metrik ton) [9]. Pomza rezervinin en fazla yer aldığı bölge Doğu Anadolu bölgesidir (%55.7). Pomza rezervinin geriye kalan kısmı (%44.3) ise İç Anadolu bölgesinde bulunmaktadır. İl bazında pomza yataklarının dağılışına bakıldığında Bitlis (%44.8), Kayseri (%24.3), Nevşehir (%18.4) ve Van (%6.5) illerinin en büyük paylara sahip olduğu görülür. Türkiye’deki toplam rezervin %94’u bu dört ilde yer almaktadır. Pomza rezervlerine sahip olan diğer iller ise Ağrı, Iğdır, Isparta, Kars ve Ankara illeridir (Çizelge 1.6) [12].

Çizelge 1.6. Türkiye pomza rezervi [12].

İller Rezervin Yeri Rezervin Miktarı (m3_{) İl Toplamı (m}3_{) Oran (%)}

Kayseri Gömeç 13.250.000 596.750.000 24.3 Develi 58.500.000 Talas-Tomarza 241.000.000 Talas-Tomarza 284.000.000 Bitlis Tatvan-Ahlat 1.100.000.000 1.100.000.000 44.8 Nevşehir Avanos-Ürgüp 404.412.834 453.073.334 18.4 Derinkuyu 48.660.500 Van Erciş-Kocapınar 154.625.000 160.575.000 6.5 Mollakasım 5.950.000

Ağrı _{Doğubayazıt} Patnos 27.812.000 54.687.000 2.2 26.875.000 Iğdır Kavaktepe 40.156.250 40.156.250 1.6 Isparta Gölcük 30.983.250 30.983.250 1.3 Kars Digor 11.718.750 13.593.750 0.6 Sarıkamış 1.875.000 Ankara Güdül-Tekköy 8.070.000 8.070.000 0.3 TOPLAM 2.457.888.584 2.457.888.584 100 0 1000000 2000000 3000000 4000000 5000000 6000000 2008 2009 2010 2011 2012 T ürk iy e P om za Üre tim i

15

Türkiye’deki pomza rezervlerinin dağılışına bakıldığında, volkanik arazilerin yayılış gösterdiği Doğu Anadolu ve İç Anadolu bölgelerinde yoğunlaştığı görülmektedir (Şekil1.8) [13].

Şekil 1.8. Türkiye’deki pomza yataklarının dağılışı [13].

1.2. ÇİMENTO

Havada ve suda sertleşebilen, sertleştikten sonrada suda çözünmeyen hidrolik bağlayıcı bir maddedir çimento. Su ile tepkimesinde sertleşerek etrafındaki maddeleri birbirine yapıştırma özelliğine sahip malzemelere "Hidrolik Bağlayıcı" adı verilmektedir [14]. Silisyum, kalsiyum, alüminyum ve demir oksitler ihtiva eden hammaddelerin sinterleşme derecesine kadar pişirilmesiyle elde edilen bir yarı mamul olan klinkerin bir veya daha fazla katkı maddeleriyle öğütülmesi sonucunda meydana gelmektedir. Klinker, %76-78 CaCO3 ve geri kalan kısmı kilden meydana gelen bir karışımın 1400°C ile 1500°C’de

pişirilmesi ile meydana gelir. Çimentonun ilkel hammaddesi olan kalker taşı çimentonun %65’ini teşkil eden CaO’yu, kil ise diğer bileşenleri olan SiO2, Al2O3, Fe2O3’ün meydana

gelmesini sağlar. Özellikle 1000°C’ye kadar kireçtaşı CO2’yi verir ve geriye kalan CaO

yani sönmemiş kireçtir. Meydana gelen bu kireç, diğer maddeler ile reaksiyona girer, böylece kalsiyum silikatlar ve kalsiyum alüminatlar teşekkül eder, bu esnada maddenin rengi sararır, artık bağlayıcı özellikler kazanmaya başlar [15].

16

Çimento sektörü; başlıca Silisyum (Si), Alüminyum (Al), Kalsiyum (Ca) ve Demiroksitleri (Fe2O3) içeren hammaddelerin, teknolojik yöntemlerle sinterleşme

derecesine kadar pişirilmesi ile elde edilen yarı mamul madde klinkerin tek veya daha fazla katkı maddesi ile öğütülmesi yoluyla üretilen hidrolik bağlayıcıları içeren bir sektördür [14].

Türkiye’de üretilen çimentonun neredeyse %98’i TS EN 197-1 standardında yer alan genel çimento tipleridir. TS EN 197-1’de 27 adet genel çimento tipi ve 7 adet sülfatlara dayanıklı çimento tipi yer almaktadır. TS EN 197-1 standardı dışındaki çimentolar ise [16];

1. Kalsiyum Aluminatlı Çimento (TS EN 14647) 2. Süper Sülfat Çimentosu (TS EN 15743) 3. Beyaz Portland Çimentosu (TS 21) 4. Borlu Aktif Belit Çimentosu (TS 13353) 5. Harç Çimentosu (TS EN 413-1)’dur.

1.2.1. Kalsiyum Alüminatlı Çimento (CAC)

Kimyasal ve fiziksel özellikleri ile Portland çimentolarından farklı olan Kalsiyum alüminatlı çimentolar (CAC), termal dayanıklılık, aşınma ve asit direnci, erken dayanım alma konularında yüksek performans gösterirler. Bu çimentolar ile pratik, hızlı ve uzun ömürlü tamir betonları da elde etmek mümkündür ve dünyanın birçok yerinde, çeşitli kullanım amaçları ile karşımıza çıkmaktadır [17].

Kalsiyum alüminatlı çimentolar, boksit ile kalkerin bir döner fırında eritilinceye (1700°C) kadar pişirilmesi ile elde edilmektedir. Bu çimentolarda alümin miktarı %30’dan fazladır. Alüminli çimentonun esas karma bileşenleri kalsiyum alüminat ve dikalsiyum silikat (C2S)’dir. Bu çimento asit karakterli olduğundan asitlerden zarar görmemektedir.

Mekanik dayanımları hızlı bir şekilde gelişmekte ve aynı koşullarda 1 günlük dayanımı, Portland çimentosunun 8 aylık dayanımına eşdeğer olmaktadır. Bu çimentoların prizi ve sertleşmesi sırasında önemli derecede ısı açığa çıkar. Alüminli çimentolarla üretilen betonlarda Ca(OH)2 oluşmaz. Bu nedenle kimyasal etkilere ve yüksek sıcaklıklara karşı

dayanıklıdır [18].

Çimentoda yüksek performans; genellikle yüksek mukavemetle ilişkilendirilen bir kavram olmasına rağmen betonda dayanıklılık kavramı, yapı güvenliğinin

17

sürdürülebilirliği açısından gün geçtikçe daha fazla önemsenmeye başlanmıştır. Ayrıca çimento; kullanım alanı açısından da bilinenden daha geniş bir kullanım yelpazesine sahiptir. Metal ve plastik yerine kullanılarak veya çimentolu sistemler oluşturularak daha yüksek performans seviyelerine ulaşılabilir [17].

Kalsiyum aluminat çimentosu esaslı betonlar, kullanım amaçlarına ve çimento sebebi ile kazandıkları özelliklere göre farklı saha uygulamalarında tercih edilmektedir. Yüksek sıcaklıklara ve aşındırıcı maddelere karşı dayanıklı ve hızlı sertleşen bir malzemedir. Kalsiyum alüminat çimentoları, hem hidratasyon için suya ihtiyaç duymaları, hem de aynı zamanlarda belirlenen betonlar oluşturmaları ve ikisi de benzer karışım tasarımları ve yerleştirme tekniklerine ihtiyaç duymaları nedeniyle Portland çimentolarına benzemektedir. Bununla birlikte, iki çimento arasında önemli farklılıklar da vardır. İlk olarak, Portland çimentoları kalsiyum silikat üretmek üzere kalker ve kilin reaksiyona sokulmasıyla, kalsiyum alüminat çimentoların (yüksek alüminli çimentolar olarak da adlandırılır), kireç içeren bir malzemenin alüminli bir malzeme ile reaksiyona sokulmasıyla kalsiyum alüminatların üretilmesi ile yapılır. İkincisi, kalsiyum alüminatlı çimentolar, uygun agrega ile karıştırıldığında, genellikle avantajlarının eşsiz özelliklerinden alınabileceği özel uygulamalar için kullanılır. Kalsiyum alüminatlı çimentolar temel yapımı hariç, acil onarım ve dökme yerinde yapısal işler için nadiren kullanılırlar. Kalsiyum alüminat çimento betonlarının belirtilebileceği bazı amaçlar şunlardır [19];

➢ Soğuk hava çalışmaları ➢ Yüksek sıcaklıklara direnç ➢ Hafif asitler ve alkalilere direnç

➢ Sülfatlara, deniz suyuna ve saf suya karşı direnç ➢ Hızlı sertleşme

Kalsiyum alüminatlı çimento betonları bir su spreyi veya sis, gölet, ıslak burlap veya bir kür membranı kullanılarak en az 24 saat süreyle kürlenmelidir. İlk defa kalsiyum alüminat çimento beton ile çalışırken, Portland çimentosu betonuyla aynı şekilde ele alınması gerektiği unutulmamalıdır. Bununla birlikte tatmin edici sonuçlar için iki nokta üzerinde durulmalıdır. Önce, su-çimento oranını 0.40’in altında ve betonun yerleştirilmesi için mekanik titreşim kullanılmalıdır. İkincisi, bu betonlar, Portland çimento betonundan çok daha hızlı bir ısı geliştirir ve tatmin edici mukavemet kazanımı için yerleştirildikten sonra 24 saat boyunca iyi bir sertleştirme zorunludur [19].

18

1.2.1.1. Mukavemet

Normal Portland çimentosuna göre CAC, 6. saatte dayanım kazanımına başlar ve 24 saatte nihai dayanımına ulaşır [20]. CAC’nın dayanım kazanım grafiği Şekil 1.9’da verilmiştir.

Şekil 1.9. CAC dayanım kazanım grafiği [20].

1.2.1.2. Yüksek Sıcaklıklık

CAC, yüksek alümina içeriği ile Portland çimentolarının hasar gördüğü kadar sıcaklıklara kolayca ulaşabilir. Portland çimentolarının içeriğindeki, 600°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda dağılan silikatlar, CAC içeriklilerde 1200°C’ye kadar ulaşabilir. Bu özelliği ile CAC ürünün yüksek sıcaklığa maruz kalan endüstriyel zemin kaplamalarında kullanım oranı yüksektir [20]. Çizelge 1.7’de CAC esaslı karolar ile Portland çimento esaslı karoların ısıl dayanımları karşılaştırılarak verilmiştir.

Çizelge 1.7. CAC ve Portland çimentolu karoların ısıl dayanım karşılaştırılması [20].

Karışım

CAC Agregalı Karışımlar (MPa) Portland Çimentosu ve Kalker Agregalı Karışım (MPa) Klinker İle Şamot İle Boksit İle 400°C 37.2 29.7 39.2 35.5 600°C 43.8 41.3 46.9 24.8 800°C 59.5 45.3 56.7 0 1100°C 32.4 25.1 30.2 0

19

1.2.1.3. Asit Direnci

Portland çimentolarının yapısında olan silikatlar pH 7’nin altında çözünmeye başlaması nedeniyle, asidik ortama dayanıksızdır. CAC ise sahip olunan alüminat fazları sebebiyle düşük pH’larda bile yüksek asit mukavemeti sağlamaktadır. Bu sebeple CAC yüksek asit dayanımına sahiptir. CAC asit direncine karşı kütle kaybı yüzdeleri Çizelge 1.8’de verilmiştir. Kütle kaybı CAC ile üretilen betonun 6 saat süreyle, pH değeri tabloda belirtilen şekilde düzenlenerek %98’lik H2SO4 çözeltisinde bekletilmesi sonrasında

hesaplanmıştır. Uygulamalar neticesinde beton tasarımı, uygulanma koşulları ve tercih edilen agrega tipine göre değişiklik gösterebilmektedir [20].

Çizelge 1.8. CAC asit direncine karşı kütle kaybı [20]. pH Değeri Kütle Kaybı (%)

1 1.5

2 1

3 0

1.2.1.4. Sülfat Direnci

CAC üstün özelliklerinden biri de yüksek sülfat direncidir. Sahip olduğu bu özelliği ile deniz suyu, sulama kanalları gibi sülfat etkisine maruz kalan alanlarda, Portland çimentolarına göre fazlasıyla sülfat dayanımına sahiptir. CAC ve Portland çimentosunun sülfat etkisine dayanımı Şekil 1.10’da verilmiştir [20].

20

1.2.1.5. Aşınma Direnci

CAC yüksek mukavemet değerine sahip olmasının yanı sıra, Portland çimentosuna göre çok yüksek aşınma direncine sahiptir. Aşınma direnci agrega sertlik derecesinin yüksek seçilmesiyle daha da yüksek seviyelere ulaşır. Burada önerilen agrega cinsi CAC klinkeridir [20]. CAC ve Portland çimentosunun aşınma miktar yüzdeleri Çizelge 1.9’da verilmiştir. Aşınma miktarı değeri; 5×5×5 cm’lik küplerin ile Los Angeles cihazında 500 devir çevrimi ile elde edilir.

Çizelge 1.9. Portland ve CAC çimentolarının aşınma miktarları [20]. (%) CAC Portland Çimentosu

Aşınma Miktarı %17 %31

1.2.1.6. Düşük Sıcaklık Uygulamaları

Karo üretim tonajı ve hızının düştüğü kış aylarında yüksek hidratasyon hızı özelliği ile CAC soğuk havada yapılan uygulamalarda üstün sonuçlar verir. Hidratasyonun başlamasından birkaç saat sonra ortaya çıkmaya başlayan yüksek ısı sebebiyle, 0°C’ nin altında yapılan üretimlerde bile çok iyi sonuçlar sunmaktadır [20].

Uygulamada;

➢ Araç- gereçlerin temiz olması ve kullanılan suyun içilebilir özellikte olması, ➢ Beton karışımında su/çimento oranının düşük tutulması (maksimum su/çimento

oranı 0.40),

➢ Kullanılacak agreganın granülometrisinin uygun olması,

➢ CAC esaslı uygulamalarda su miktarının minimum düzeyde tutulması,

➢ CAC’ın farklı katkılarla birlikte Portland çimentosundan farklı reaksiyonlar gösterebileceği öngörülerek, saha uygulamaları ve laboratuar denemelerinden sonra gerçekleştirilmesi,

➢ CAC ile yapılan karoları uygun kür koşularında kürlenerek, sıcak kürleme işleminden kesinlikle kaçınılması,

➢ Karo imalatında kullanılan diğer malzemelerin doğrudan güneş ışığından korunması ve sıcak havalarda beton dökümü esnasında meydana gelebilecek yüksek ısıyı engellemek için soğuk malzemeler kullanılması,

➢ 1000°C ve üzeri sıcaklıklarda yüksek ısıl dayanıklılık için CAC agregası veya şamot kullanılmasına dikkat edilmelidir [20].

21

1.2.2. Sülfatlara Dayanıklı Çimento (SDÇ)

Sülfata dayanıklı çimentolar, maksimum %5 oranında C3A içeren klinkerin bir miktar

alçı taşıyla öğütülmesi sonucu elde edilir. Bu tip çimentoların deniz suyu, sülfatlı su içeren zeminler ve diğer sülfatlı ortamlar için en dayanıklı çimentolar olduğu bilinmektedir [18]. Süper sülfatlı çimentolar, kütlece minimum %65 oranında yüksek fırın cürufu (YFC), kalsiyum sülfat ve az miktarda Portland çimento klinkeri veya Portland çimentosunun birlikte öğütülmesiyle elde edilmektedir. Jips ya da jips-anhidritin değişen oranlardaki sülfat mineralleri son öğütme prosesinde Portland çimentosu klinkerine katılabilmektedir. Sülfatında katılmasıyla çimentonun priz süresinin kontrolünde kolaylık sağlanmaktadır. Bunun gibi malzemeler çimentonun öğütülmesi sırasında da %3-5 oranında katılabilmektedir. Jips ve anhidrit evaporit mineralleri olup, jipsin kimyasal formülü CaSO4.2H2O anhidritin ise CaSO4’tür [14]. Sülfatlara dayanıklı

çimento C3A miktarı en fazla %5 olan ve C4AF + 2C3A miktarı en fazla %25 olan

klinkerle az miktarda alçı taşının birlikte öğütülmesiyle elde edilen çimentodur. Bu çimento 28 günlük basınç dayanımlarına göre; Sülfata dayanıklı çimento (SDÇ) 32.5 olmak üzere tek tiptir. Etkili korozyonlarda ve deniz suyu ile temasta olan inşaatlarda kullanılır [15].

Çimentonun kimyasal ve fiziksel özellikleri BS EN 15743’de belirtilen deney metoduna uygun olarak Çizelge 1.10’da verilen değere uygun olmalıdır [21].

Çizelge 1.10. Sülfatlara dayanıklı çimentonun kimyasal ve fiziksel özellikleri [21].

Çimento Sınıfı

Dayanım Sınıfı (MPa) Priz Başlangıç Süresi (min) Genleşme (mm) Erken

Dayanım Standart Dayanım 2 Gün 7 Gün 28 Gün 32.5 L - ≥ 12 ≥ 32.5 ≤ 52.5 ≥ 75 ≤ 10 32.5 N - ≥ 16 42.5 L - ≥ 16 ≥ 42.5 ≤ 62.5 ≥ 60 42.5 N ≥ 10 - 52.5 L ≥ 10 - ≥ 52.5 - ≥ 45 52.5 N ≥ 20 -

22

1.2.3. Beyaz Portland Çimentosu (BPÇ)

Beyaz Portland çimentosu, özel nitelikli kil ile kireçtaşının birlikte pişirilmesiyle elde edilen beyaza yakın renkli klinkerin bir miktar alçı taşı (CaSO4. 2H2O) ile birlikte

öğütülmesiyle elde edilen, beyaz renkli bir hidrolik bağlayıcıdır [22].

Hammaddesi beyaz kil (kaolen), kalker, mermer tozu olan bir Portland çimentosudur. Demir oksit (Fe2O3) (%0.3’den az) ve manganın çok az olması nedeniyle, hafif

yeşil-beyaz renkte olan bu çimento mimari amaçla ile yapılarda kullanılır. Beyaz çimentonun üretiminde kullanılan hammaddeler farklı olduğu gibi üretim yöntemleri de Portland çimentosundan farklıdır. Bu nedenle maliyetleri normal Portland çimentosunun 3 katı kadardır [18]. Beyaz Portland çimentosunun kimyasal özellikleri Çizelge 1.11’de verilen değerlere uygun olmalıdır [22].

Çizelge 1.11. Beyaz Portland çimentosunun kimyasal özellikleri [22]. Bileşenler Değer, % (m/m) En Çok

Magnezyum Oksit (MgO) 5

Kükürt Trioksit (SO3) 4

Çözünmeyen Kalıntı 5

Kızdırma Kaybı 5

Klorür Cl- _0.1

Beyaz Portland çimentosunun basınç mukavemetleri Çizelge 1.12’de verilen değerlerden az olmamalıdır [22].

Çizelge 1.12. Beyaz Portland çimentosunun basınç mukavemetleri [22]. Çimento Sınıfı

ve Tipi

Basınç Mukavemetleri (En Az) (MPa) 2 Gün 7 Gün 28 Gün BPÇ 32.5-70 BPÇ 32.5-85 10 21 32.5 BPÇ 42.5-70 BPÇ 42.5-85 20 31.5 42.5

1.2.4. Borlu Aktif Belit Çimento (BAB)

BAB çimentosunun üretiminde, bileşiminde belirli bir oranda bor oksit (B2O3) içeren ve

çimento özelliklerini olumsuz yönde etkilemeyecek türdeki mineral bulunmaktadır. En önemli mineral kolemanit (Ca2B6O11.5H2O) olup evaporitik (buharlaşmış) çökeltilerde

23

zamanla sedimanlarla örtülmektedir. Su buharlaştıktan sonra geriye bor kalmakta ve bor ile boraks ve kolemanit gibi minerallerin oluşmasına yol açmaktadır. Kolemanit minerali içinde esas olarak yaklaşık %27 CaO, %42 B2O3 ve %6.5 SiO2 bulunmaktadır. Uygun

olduğu tespit edildiğinde kolemanit dışındaki diğer bazı bor minerallerinin de çimento üretiminde kullanılması mümkündür [23].

Üretimi esnasında hammadde olarak kullanılan kireçtaşının bir kısmının yerine belirli bir tenöre sahip bor oksit (B2O3) ihtiva eden bor minerali ilâve edilerek döner fırın içinde

klinkerleşme reaksiyonları neticesinde hızlı soğutma ile oluşan klinkerin belirli bir oranda kalsiyum sülfat (CaSO4) ile öğütülmesi ile elde edilen bir tür Portland çimentosudur [23].

Çimentonun kimyasal özellikleri TS EN 196-2’de belirtilen deney metoduna uygun olarak Çizelge 1.13’de verilen değerlere uygun olmalıdır.

Çizelge 1.13. Borlu aktif belit çimentonun kimyasal özellikleri [23]. Kimyasal Özellik Gerekler, Kütlece %

Kızdırma Kaybı En çok 5

Çözünmeyen kalıntı En çok 5

a veya a C2S (beliti di-kalsiyum silikat) En çok 60

C3A (trikalsiyum alüminat) En çok 7

B2O3 En çok 5

SO3 En çok 3.5

MgO En çok 5

Klorür, Cl- _{En çok 0.1}

Çimentonun fiziksel özellikleri TS EN 196-2’de belirtilen deney metoduna uygun olarak Çizelge 1.14’de verilen değerlere uygun olmalıdır.

Çizelge 1.14. Borlu aktif belit çimentonun fiziksel özellikleri [23].

Fiziksel Özellikler Gerekler

Dayanım Sınıfı 32.5 N 32.5 R 42.5 N 42.5 R 2 günlük basınç dayanımı (MPa) - ≥ 10 ≥ 10 ≥ 16 7 günlük basınç dayanımı (MPa) ≥ 16 ≥ 20 ≥ 20 ≥ 30 28 günlük basınç dayanımı (MPa) ≥ 32.5 _{≤ 42.5} ≥ 32.5 _{≤ 52.5} ≥ 42.5 _{≤ 52.5} ≥ 42.5 _{≤ 62.5} 90 günlük basınç dayanımı (MPa) ≥ 42.5 ≥ 52.5 ≥ 52.5 ≥ 62.5

Priz süresi (min) dk. ≥ 75 ≥ 60

Genleşme (mm) ≤ 10

24

1.2.5. Harç Çimentosu (HÇ)

Harç çimentosu en az %40 Portland çimentosu klinkeri ile %60 oranında uçucu kül gibi puzolanik madde içeren çimentodur. Bu çimento 28 günlük basınç dayanımlarına göre; harç çimentosu olmak üzere tek tip olup sıva harcı için kullanılır [15].

Çimentonun kimyasal özellikleri BS EN 413-1’e göre Çizelge 1.15’te fiziksel özellikleri Çizelge 1.16’da verilmiştir [24].

Çizelge 1.15. Harç çimentosunun kimyasal özellikleri [24]. Özellik Referans Testi Yöntemi Tip Değer

Sülfat İçeriği (SO3) EN 196-2 MC 5 ≤ 2.5 MC 12.5 MC 12.5 MC 22.5 MC 22.5 ≤ 3.5 Klorür İçeriği (Cl-) EN 196-2 MC 5 - MC 12.5 MC 12.5 MC 22.5 MC 22.5 ≤ 0.10

Çizelge 1.16. Harç çimentosunun fiziksel özellikleri [24]. Çimento Sınıfı ve Tipi Basınç Mukavemetleri (MPa)

7 Gün 28 Gün MC 5 - ≥ 5a) _{≤ 15}a) MC 12.5 MC 12.5 X ≥ 7 ≥ 12.5 ≤ 32.5 MC 22.5 MC 22.5 X ≥ 10 ≥ 22.5 ≤ 42.5

a)_{MC 5 tipi numuneleri test ederken (400 ± 40) N/s’lik bir}

yükleme oranı kullanılacaktır.

1.3. BETON

Beton, oranları belirli esaslara göre dizayn edilmiş; çimento, agrega, su ve gerektiğinde katkı maddesinden oluşan ve karışımın belirlenen boyutlar içine boşluksuz bir biçimde yerleştirerek uygun bakım koşulları içerisinde sertleştirme yoluyla elde edilen kompozit bir malzemedir. Beton hangi amaçla üretilirse üretilsin muhakkak üç ana niteliğe sahip olmalıdır [25];

25 ➢ İşlenebilir olmalı,

➢ Dayanımlı olmalı,

➢ Dış etkilere karşı dayanıklı (durabilitesi yüksek) olmalıdır.

Dayanım, betonun diğer tüm özelliklerini etkileyen bir etkendir. Dayanımı yüksek bir beton aynı zamanda geçirimsiz, durabilitesi yüksek ve minimum poroziteye sahiptir. Bu koşulları sağlayabilmek için betonu oluşturan malzemelerin birbirine bağlanarak dolu bir beton oluşturmaları gerekmektedir [25].

Betonun avantajları;

➢ Taze betonun plastik özelliğinin olması sebebiyle istenilen şekil ve boyutlarda beton elemanların kolaylıkla üretilebilmesi,

➢ Sertleşmiş beton elemanların yapıda yerinde üretilebilirliği ya da bir fabrikada önceden üretilerek yapıya sertleşmiş beton elemanları olarak getirilip kullanılabilmesi,

➢ Betonun yerleştirme yöntemlerinde çeşitlilik ve kolaylık bulunması, ➢ Sertleşmiş betonun yüksek basınç dayanımlarına sahip olması,

➢ Sertleşmiş betonun, servis ömrü süresince, çevresinde oluşan yıpratıcı etkilere karşı diğer yapı malzemelerden daha dayanıklı olması ve bakım işlemleri ile masraf gerektirmemesi,

➢ Betonun, çelik donatılarla çok iyi aderans (kenetlenme) özelliği olması, ➢ Betonun, diğer yapı malzemelerine göre daha ekonomik olması,

➢ Betonun, estetik amaçlarla kullanılmaya uygun özellikte bir malzeme olmasıdır [26].

Betonun dezavantajları;

➢ Sertleşmiş betonun çekme dayanımının düşük bir malzeme olması, ➢ Sertleşmiş betonun gevrek özelliğe sahip olması,

➢ Betonun, maruz kalabileceği ıslanma-kuruma veya sıcaklık farklılıkları karşısında bir miktar hacim değişikliği gösterebilmesi,

➢ Betonun, birçok yapı malzemesi gibi sabit yükler altında zamanla kalıcı deformasyona uğrayabilmesi,

➢ Betonun mükemmel bir geçirimsizliğe sahip olmaması ve içerisine bir miktar su veya zararlı maddeler içeren suların sızmasıyla betonun dayanıklılığını azaltabilecek olaylara neden olabilmesi,

26

➢ Betonlardaki dayanım/ağırlık oranının, metaller kadar yüksek olmaması ve yüksek değerdeki yüklerin taşınabilmesi için metallere göre, daha büyük boyutlarda beton elemanların kullanılması gerekmesidir [26].

Betonun yüksek sıcaklık karşısındaki davranışı;

Beton birçok yapı malzemesine oranla yangın etkisine karşı daha dayanıklı bir malzemedir. Genelde beton belirli sıcaklık derecelerine (250°C) belirli sürelerde dayanmakta ve bu dayanıklılığı etkileyen parametreler pas payı tabakasının kalınlığı alevin içeriye karşı sızmasına karşı direnci ve ısı transferine karşı direncidir. Beton dayanımı 250°C’nin altındaki sıcaklıklarda çok etkilenmemekte ancak 300°C üzerindeki sıcaklıklılar da dayanımın kaybı belirginleşmektedir. Beton bünyesinde su; hidrate çimento jelinin bünyesinde bulunan hidrat suyu, jel boşluklarında adsorblanmış olan jel suyu, büyük kapiler boşluklardaki ve agrega boşluklarında bulunan serbest su olarak 3 farklı şekilde bulunmaktadır [39].

Kolaylıkla buharlaşmayan su türleri jel adsorbe suyu ve CSH’ların içindeki hidrat suyu olmasına karşılık daha geniş olan kılcal boşluklardaki serbest su 100°C civarından buharlaşıp uçabilmektedir. Betonun yüksek sıcaklıklardan etkilenmesi çimento hamuru fazı ve agrega türüne bağlı olarak gelişmektedir. Jel yapıda olan çimento hamurunda jel yapıyı oluşturan CSH katı ögeleri adsorbsiyon suyu yoluyla birbirine bağlanmaktadır. Yangının ilk aşamasından buharlaşan su betonun rötre yapmasına neden olmaktadır. Sıcaklığın beton üzerinde; 100~150°C’de kılcal boşluklardaki suyun buharlaşması, jel boşluklarındaki suyun buharlaşması, 150~250°C’de büzülme, kılcal çatlakların oluşumu, çekme dayanımında düşüş, pembemsi renk, 250~300°C’de alüminli ve demir oksitli bileşenlerde bünye suyunun kaybı, basınç dayanımında düşüş, ~400°C’de Ca(OH)2 ‘den

CaO’e dönüşüm (%33 hacim azalması), 400~600°C’de CSH yapısının tahribi gri beyaz renk ve dayanımında %80’ lere varan azalma etkisi olmaktadır [36]- [39].

Beton birim ağırlıklarına göre 3 ana başlıkta sınıflandırılmaktadır: 1. Hafif Beton

2. Normal Beton 3. Ağır Beton

27

1.3.1. Hafif Beton

Etüv kurusu yoğunluğu 800-2000 kg/m3 _{aralığında olan betonlara “hafif beton” denir.}

Hafif betonlar, geçmişten günümüze kadar çok çeşitli yöntemlerle üretilmektedir. Hafif betonlar; hafif agregaların, kimyasal köpük ajanlarıyla veya kum kullanılmadan sadece iri agrega ile veya kimyasal yöntemlerle birlikte gaz oluşturmasıyla üretilirler. Bunların arasında en yaygın ve ekonomik olanı, hafif agregalarla yapılan beton üretimidir. Üretildikleri hafif agrega cinsine göre isim alırlar; bims betonu, uçucu kül betonu, genleştirilmiş kil betonu ve odun talaşı betonu gibi. Bims veya talaş betonlarından, bims ve talaş agregaları yanında gerektiğinde belirli oranlarda doğal kum ilave edilerek de hafif beton üretilmektedir [27].

Çok yönlü olarak kullanılan hafif beton; teknik, ekonomik ve çevresel avantajları nedeniyle son zamanlarda yapılarda daha çok tercih edilmeye başlanmıştır. Yapı yükünü azaltması, dolayısıyla malzeme yönünden ekonomi ve düşük birim ağırlığı sebebiyle de yüksek ısı ve ses yalıtımı gibi yararlar sağlanmıştır [25].

Hafif betonun fiziksel ve mekanik özelikleri, hafif betonu oluşturan bileşenlerin bütün özellikleriyle ilişkilidir. Dayanım, betonun belli başlı özelliklerinden biridir ve genel olarak betonun yoğunluğuyla yakından ilişkilidir. Hafif agregalı betonlar değişik tiplerde olup, özellikleri kullanılan agregalara ve karışımındaki bileşenlere bağlıdır. Beton sertleştiğinde hacminde değişmeler olur. Bu değişmeler fiziksel ve mekanik özelikleriyle ilişkili olup, betonun fiziksel ve mekanik özelikleri şunlardır [28];

➢ Dayanım, ➢ Elastiklik, ➢ Yoğunluk, ➢ Isıl özellikler, ➢ Su emme,

➢ Yüksek sıcaklık etkisindeki davranışlar, ➢ Aşınma direnci.

Hafif betonun avantajları;

➢ Yapının ağırlığının azalmasına bağlı olarak düşey yüklerde azalma olması ve yapıya etkiyen atalet kuvvetlerinin azalması, böylece depremin yapıya daha az etkimesi,