Çanakkale-Ayvacık bölgesinde bulunan volkanik tüfün katkılı çimento üretiminde kullanılabilirliğinin incelenmesi

ÇANAKKALE-AYVACIK BÖLGESİNDE BULUNAN VOLKANİK TÜFÜN KATKILI ÇİMENTO ÜRETİMİNDE KULLANILABİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ

İlyas Emre AKAN

Kütahya Dumlupınar Üniversitesi

Lisansüstü Eğitim ve Öğretim Yönetmeliği Uyarınca Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği Anabilim Dalında

YÜKSEK LİSANS TEZİ Olarak Hazırlanmıştır.

Danışman: Dr. Öğr. Üyesi Sunay BEYHAN

KABUL VE ONAY SAYFASI

İlyas Emre AKAN’ın Yüksek Lisans tezi olarak hazırladığı “ÇANAKKALE-AYVACIK BÖLGESİNDE BULUNAN VOLKANİK TÜFÜN KATKILI ÇİMENTO ÜRETİMİNDE KULLANILABİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ” başlıklı bu çalışma, jürimizce Kütahya Dumlupınar Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Öğretim ve Sınav Yönetmeliğinin ilgili maddeleri uyarınca değerlendirilerek kabul edilmiştir.

ETİK İLKE VE KURALLARA UYGUNLUK BEYANI

Bu tezin hazırlanmasında akademik kurallara riayet ettiğimizi, tamamen özgün bir çalışma olduğunu ve yapılan çalışmaların bilimsel etik ilke ve kurallarına uygun olduğunu, çalışmalarda teze ait olmayan bilgiler için kaynak gösterildiğini, Yüksek Öğretim Kurulu önerisi ile Dumlupınar Üniversitesi tarafınca kullanılan Turnitin İntihal Programı ile tarandığı ve intihal oranının %25 olduğunu beyan ederiz. Aksi bir durum ortaya çıktığı takdirde tüm hukuki sonuçları kabul ettiğimizi beyan ederiz.

ÇANAKKALE-AYVACIK BÖLGESİNDE BULUNAN VOLKANİK TÜFÜN KATKILI ÇİMENTO ÜRETİMİNDE KULLANILABİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ

İlyas Emre AKAN

Maden Mühendisliği, Yüksek Lisans Tezi, 2019 Tez Danışmanı: Dr. Öğr. Üyesi Sunay BEYHAN

ÖZET

Çimento, Dünya’dabirçok alanda kullanılan ve milyarlarca ton tüketimi olan yarı mamül bir yapı malzemesidir. Çimento; kil, marn ve kalker gibi hammaddelerin belli işlemlerden (kırma-eleme-öğütme vb. gibi) geçirildikten sonra yüksek sıcaklıkta (1300°C – 1600°C) pişirilmesiyle elde edilmektedir. Proses sıcaklığını elde etmek için yüksek enerji maliyetleri gerekmektedir. Bu enerjiyi elde etmek için uygulanan yanma sonucunda çevreye yüksek oranda karbon ve bazı zararlı gazlar salınmaktadır. Enerji maliyetini ve zararlı gaz salınımını düşürebilmek için çimento üretimi esnasında tüf, kül, silis tozu ve cüruf gibi puzolan özelliği olan maddeler ilave katkı maddesi olarak kullanılmaktadır.

Bu çalışmada; Çanakkale İli, Ayvacık İlçesi civarında yataklanmış volkanik tüfün doğal puzolan hammaddesi olarak katkılı çimento üretiminde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla; farklı tane boyutlarında, ham ve pişmiş malzeme ile hazırlanmış reçeteler kullanılmıştır. Belli oranlarda hazırlanan bu karışımlardan elde edilen örneklere; fiziksel ve mekanik deneyler ile kimyasal, mineralojik, SEM ve optik dilatometre analizleri yapılmıştır. Bu analiz ve deney sonuçları, tüfün katkılı çimento üretiminde kullanılabileceğini göstermiştir. Volkanik tüfün ham malzeme şeklinde kullanılarak hazırlanmış harçta %10-15, pişirilmiş malzeme ile hazırlanmış harçta ise %20-25 oranında çimento yerine kullanılabilir olduğu sonucuna varılmıştır.

THE USABILITY OF THE DISCOVERED VOLCANIC TUFF IN THE REGION OF ÇANAKKALE-AYVACIK, INSTEAD OF CEMENT AS ADDITIVE AGENT

İlyas Emre AKAN

Mining Engineering M. Sc. Thesis, 2019 Thesis Supervisor: Assist Prof. Dr. Sunay BEYHAN

SUMMARY

Cement is a bulk product of a construction material to be used in various field and billions of tons. Cement; is obtained after putting the raw materials such as clay, marl, and limestone through the certain process (such as crushing, grinding, etc.) with cooking at high temperature (1300°C - 1600°C). High energy costs are required to achieve the process temperature. As a result of the combustion applied to obtain this energy, high levels of carbon and some harmful gases are released to the environment. In order to reduce energy costs and harmful gas emissions, tuff, ash, silica dust and slag such as pozzolan are used as an additive agent during cement production.

The usability of the volcanic tuff that located province of Çanakkale, district of Ayvacık, was researched to use as a natural pozzolan raw material in production of blended cement. For this purpose; recipes prepared with raw and cooked ingredients in different grain sizes were used. The samples obtained from these mixtures prepared in certain proportions; Chemical, mineralogical, SEM and optic dilatometer analyses were performed by physical and mechanical experiments. This analysis and test results showed that tuff can be used in production of blended cement. It is concluded that the volcanic tuff is used in the form of raw material and it can be used 10-15% in the mortar and 20-25% cement in the mortar prepared with the cooked material. Key Words: Çanakkale-Ayvacık, Volcanic Tuff, Pozzolan, Cement,

TEŞEKKÜR

Bu çalışmada bana yardımcı olan başta danışmanım Dr. Öğr. Üyesi Sunay BEYHAN’a, desteğini hiçbir şekilde esirgemeyen aileme sonsuz teşekkürlerimi sunarım.

Tezimin deneysel çalışmalarında yardımlarını esirgemeyen Kütahya Dumlupınar Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyelerine ve Laboratuvar Sorumlusu Tekniker Mustafa Dündar’a, Kütahya Dumlupınar Üniversitesi Deprem Araştırma Merkezi Laboratuvarı çalışanlarına, Kütahya Dumlupınar Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü ve Maden Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyelerine ve Arş. Gör. Mehmet Özdemir’e, Kütahya Gürallar kiremit fabrikasına ve Yüksek Kimya Mühendisi Ünal Özçay ile diğer fabrika çalışanlarına, deneysel çalışmalarda kullanılan volkanik tüfün teminindeki katkılarından dolayı Akçin madencilik çalışanlarına teşekkürlerimi sunarım.

İÇİNDEKİLER

SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ ... xiii

1.GİRİŞ ... 1

2.ÇİMENTO VE PUZOLANLAR ... 3

2.1.Çimentonun Tarihçesi ... 3

2.1.1. Çimento hammaddeleri ... 4

2.1.2. Çimento üretim süreci ... 5

2.1.3. Çimento çeşitleri ... 8

2.1.4. Çimento çeşitlerinin isimlendirilmesi ... 10

2.1.5. Çimento hidratasyonu ve fazları ... 11

2.2. Puzolanlar ... 12

2.2.1. Puzolanların tarihçesi ... 13

2.2.2. Puzolanların sınıflandırılması ... 13

2.2.3. Puzolanik aktivite ... 16

2.2.4. Puzolanların çimentoya etkileri ... 17

3.LİTERATÜR ÇALIŞMASI ... 18

4.MALZEME VE YÖNTEM ... 20

4.1. Çalışma Sahasının Jeolojik Yapısı ... 21

4.1. Malzeme ... 22

4.1.1. Çimento ... 22

4.1.2. Ayvacık tüfü ... 22

4.1.3. Standart CEN kumu ... 23

4.1.4. Su. ... 23

4.2. Yöntem ... 23

4.2.1. TS EN 197-1 standardı ... 24

4.2.2. TS EN 196-1 standardı ... 24

İÇİNDEKİLER (devam)

Sayfa

5.1. Numune Hazırlama ... 26

5.2. Kimyasal ve Mineralojik Çalışmalar ... 33

5.2.1. XRF analizleri ... 33

5.2.2. XRD analizleri ... 33

5.2.3. SEM analizleri ... 36

5.3. Deney Harçlarının Hazırlanması ... 38

5.4. Fiziksel ve Mekanik Deneyler ... 41

5.4.1. Ultrasonik ses geçirgenliği ... 41

5.4.2. Eğilmede çekme dayanımı ... 42

5.4.3. Tek eksenli basınç dayanımı ... 43

5.5. Deneysel Çalışmaların Sonuçları ... 44

6. SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ VE ÖNERİLER ... 51

KAYNAKLAR DİZİNİ... 53 ÖZGEÇMİŞ

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil Sayfa

2.1. Çimento üretim prosesi ... 6

2.2. TS EN 197-1’e göre çimento çeşitleri ... 9

2.3. Çimentoların isimlendirilmesi ... 10

2.4. Puzolanların sınıflandırmasını gösteren şema ... 14

4.1. Çalışma bölgesinin uydu görüntüsü ... 20

4.2. Malzemenin oluşum gösterdiği yüzey ... 21

4.3. Maden ocağındaki volkanik tüften görüntü ... 23

5.1. Malzemenin çeneli kırıcıya beslenmesi ... 26

5.2. Numuneye ait kırma-öğütme akım şeması ... 27

5.3. Halkalı değirmeden çıkan malzeme ... 28

5.4. Optik dilatometre analiz sonucu ... 29

5.5. A ve C malzemeleri ... 29

5.6. a) Pişirme fırını, ısı halkaları ile b) A ve C malzemelerinin görüntüsü ... 30

5.7. Pişmiş ve ham malzemelerin genel görüntüsü ... 31

5.8. Deney numunelerinin pişme öncesi ve sonrası renk farkları ... 32

5.9. H malzemesinin XRD analiz sonucu ... 34

5.10. A malzemesinin XRD analiz sonucu ... 34

5.11. C malzemesinin XRD analiz sonucu ... 35

5.12. TAS (Total Alcali-Silica) diyagramı ... 36

5.13. H malzemesinin SEM görüntüsü ... 37

5.14. A malzemesinin SEM görüntüsü ... 37

5.15. C malzemesinin SEM görüntüsü ... 37

5.16. 40 x 40 x 160 mm harç kalıpları ... 39

5.17. Sarsıntı tablası ... 39

5.18. Kür havuzu öncesi bekleme aşaması ... 40

5.19. Kalıptan çıkarılan numuneler ... 40

5.20. Kür havuzu ... 41

5.21. Ultrasonik ses geçiş hızı testinin gösterimi ... 42

5.22. Eğilmede çekme dayanımı deneyi ... 43

5.23. Tek eksenli basınç dayanım testi ... 44

ŞEKİLLER DİZİNİ (devam)

Şekil Sayfa

5.25. Harç içerisinde %20 tüf kullanımının basınç dayanımına etkisi ... 47

5.26. Harç içerisinde %30 tüf kullanımının basınç dayanımına etkisi ... 48

5.27. Harç içerisinde %40 tüf kullanımının basınç dayanımına etkisi ... 48

5.28. Harç içerisinde %10 tüf kullanımının eğilmede çekme dayanımına etkisi ... 49

5.29. Harç içerisinde %20 tüf kullanımının eğilmede çekme dayanımına etkisi ... 49

5.30. Harç içerisinde %30 tüf kullanımının eğilmede çekme dayanımına etkisi ... 50

ÇİZELGELER DİZİNİ

Çizelge Sayfa

2.1. Portland çimentosunun ana bileşenleri ... 11

2.1. Çimento ana bileşenleri ... 12

4.1. Deneysel çalışmalarda kullanılan çimentoların standart özellikleri ... 22

4.2. CEN kumu granülometrisi ... 23

4.3. TS EN 197 – 1 ’e göre çimento standartları ... 24

5.1. H, A ve C malzemelerinin XRF analiz sonuçları ... 33

5.2. Deney harcı reçeteleri ... 38

5.3. Ses geçiş hızına göre beton kalitesi ... 42

5.4. H, A ve C numunelerinin tek eksenli basınç dayanım sonuçları ... 45

5.5. H, A ve C numunelerinin eğilmede çekme dayanım sonuçları ... 45

SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ

SEM Scanning Electron Microscobe DPT Devlet Planlama Teşkilatı

ASTM C American Society for Testing and Materials İLTEM İleri Teknoloji Merkezi

CEN European Committee for Standardization CEM Cement

TAS Total Alkali-Silica

N Normal erken dayanım sınıfı R Yüksek erken dayanım sınıfı L Düşük erken dayanım sınıfı

1. GİRİŞ

Günümüzde yapı malzemelerinin vazgeçilmezi haline gelen çimentonun su ile kolayca birleşerek hidrolik bir bağlayıcı oluşturmasından dolayı günlük hayatımızda bina, köprü, yol, tünel, baraj vb gibi mühendislik yapılarında geniş bir kullanım alanına sahiptir. Çimento üretiminde 1300°- 1600°C gibi yüksek sıcaklıklara ihtiyaç vardır. Bu nedenle, çimento üretiminin yaklaşık %70 - %80’ini enerji maliyeti oluşturmaktadır. Bu yüksek maliyetin yanı sıra, hammaddelerin pişirilmesi sırasında çevresel etkileri azımsanmayacak boyutlara ulaşmaktadır. Çimento üretiminde, kil, marn, kalker ve katkı maddeleri kullanılmaktadır. Üretim prosesine giren kalker (CaCO3), yüksek ısıyla reaksiyona girerek CO2 gazı açığa çıkmasına sebep olmaktadır. Ortaya çıkan bu istenmeyen gaz salınımları ve yüksek enerji maliyetleri, üretim sürecini ekonomikleştirecek arayışa sevk etmiştir. Bundan dolayı, üretim sürecine dahil edilen puzolanik katkıların daha fazla kullanılması, standartların değiştirilmesi ya da katkı maddelerinin üzerinde çalışmalar yapılarak daha farklı özelliklerinin geliştirilmesi çalışmaları artmaktadır. (Şahin, 2018).

Çimento üretiminde katkı maddesi olarak çoğunlukla puzolanik özellik gösteren malzemeler kullanılmaktadır. ASTM C 618 standardına göre puzolanik malzeme, kendiliğinden bağlayıcılık özelliği olmayan veya çok az olan, ince öğütüldüklerinde kireç ile reaksiyona girerek bağlayıcılık özelliği kazanan malzemelere denilmektedir. Bu bağlayıcılığı kazanabilmesinin en büyük etkenlerinden biri, bünyesinde reaktif silisyum dioksit (SiO2) ve alüminyum dioksit (Al2O3) bulundurmasıdır. Normal şartlar altında bağlayıcı olmayan bu silisyum dioksit, çok ince öğütüldüğü durumda bağlayıcılık etkisi kazanmaktadır (Şahin, 2018).

Puzolanik maddeler genelde yüksek oranlarda kolloidal halde silisyum ve alüminyum içermektedir. Puzolanlar, doğal ve yapay olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Doğal puzolanlar; volkanik tüf, pomza taşı, tras gibi volkanik kökenli malzemelerdir. Yapay puzolanlar ise bir ısıl işlem sonunda elde edilen silis dumanı, uçucu kül, yüksek fırın cürufu gibi atık malzemelerdir. (Kaplan ve Binici, 1995).

Doğal puzolanlar, Portland Çimentosuna (PÇ) katkı malzemesi ya da ikame malzemesi olarak kullanılması durumunda birçok avantaj sağlamaktadır. Doğal puzolan özelliğine sahip maddelerin ince öğütülebilmeleri sayesinde çimento hamurundaki mikro boşluklara girebilmekte ve çimento hamurunun iskelet yapısını değiştirerek dayanıklılığını artırmaktadırlar (Shannag, 2000; Pan, vd., 2003; Sabir, vd., 2001). İnce taneli durumdaki doğal puzolan katkılar, betonda

işlenebilmeyi ve sülfat dayanıklılığını arttırırken, terlemeyi, hidratasyon ısısını, su geçirimliliğini ve alkali silika reaksiyonunu azaltmaktadır (Türkmenoğlu ve Tankut, 2002).

Katkılı çimento, portland çimentosuna göre çok daha az enerji tüketimi sağlaması ve bazı özelliklerinin getirdiği ilave katkılardan dolayı yapı sektöründe geniş bir kullanım alanı bulmuştur. Beton uygulamalarında tras katkılı çimentoların kullanılması çeşitli teknolojik avantajlar da sağlamaktadır (Camacho, vd., 2002).

Bu çalışmada, jeolojik oluşumu itibarı ile yeterli hammadde rezervi olduğu düşünülen Çanakkale Ayvacık yöresine ait volkanik tüfün katkılı çimento üretiminde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla; XRF, XRD, SEM ve optik dilatometre deney ve analizleri ile basınç dayanımı, eğilmede çekme dayanımı ve ultrasonik ses geçirgenliği deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalarda kullanılan harç karışımları toplam bağlayıcı miktarı sabit tutularak çimento ağırlığının %10, %20, %30 ve %40’ı oranlarında volkanik tüfün çimentoya ikame olarak kullanılması ile hazırlanmıştır. Optik dilatometre incelemesinde, volkanik tüfün 950°C’lerde faz değişikliğine uğradığı görülmüştür. Bu yüzden hem +5 -12 mm (agrega) hem de -90 boyutuna indirilen ham malzeme pişirilerek harç içerisine ikame edilerek deneysel çalışmalara tabii tutulmuştur. Dolayısıyla, ham ve pişmiş volkanik tüf örneklerinin belli oranlarda harç içerisinde çimento yerine kullanılması ile yapılan deneysel çalışmalarda, volkanik tüfün katkılı çimento üretimine uygun olduğu sonucuna varılmıştır.

2. ÇİMENTO VE PUZOLANLAR

Çimento, kelime karşılığı Almanca’da, "zement", Fransızca’da "cement" ve Latince’de yontulmuş taş kırıntısı anlamına gelen "Comentum" olarak kullanılmaktadır. Türkçe ’ye ise İtalyancadan geçmiş olup, bağlamak veya bağ anlamına gelen "çimento" kelimesi olarak adlandırılmaktadır (Kökipek, 2010).

2.1. Çimentonun Tarihçesi

Çimento, insanlık tarihinde çok eskilere kadar uzanan, barınma ve korunma gibi yaşam alanı yapılarını meydana getirebilmek için en çok kullanılan bağlayıcı bir malzemedir. M.Ö. 6700 yıllarında Konya’nın Çumra İlçesindeki Çatal Höyük ’te yapılan evlerin duvarlarının kurutulmuş killerden, Mısır Piramitlerinin inşasında piramitleri birleştirmek için alçıtaşının pişirilmesiyle bağlayıcı alçının kullanıldığı ortaya çıkmıştır. Eski Romalılar, Vezüv Yanardağı yakınlarındaki Pozzuoli Kasabası’nda volkanik malzemeleri ince öğüterek, dayanımı ve bağlayıcılığı olan malzeme geliştirmişler ve kireçle karıştırmışlardır. Bu sayede, bağlayıcı özelliği olmayıp kireçle karıştıktan sonra bağlayıcı özellik kazanan hidrolik malzemelere de puzolan (Pozzuoli’den gelen) ismi verilmiştir. İlk portland çimentosunun 1824 yılında İngiliz duvar işçisi Joseph Aspdin tarafından bulunduğu kabul edilmektedir. Aspdin, 3 birim kalker ve 1 birim kili karıştırarak pişirmesi sonucunda yeşilimsi gri renkte malzeme elde etmiştir. Bu renk, güney İngiltere’de Portland yarımadasındaki killi kalkerleri anımsattığı için Portland çimentosu ismini almıştır (Şafak, 2014).

Çimento, Uluslararası Standart Sanayi Sınıflamasında (ISIC) 269 ana grup ve 2694 kod numarası ile metalik olmayan mineraller sınıfında yer alan bir üründür. Çimento, genel olarak silisyum, kalsiyum, alüminyum ve demir oksitleri içeren hammaddelerin uygun oranlarda bir araya getirilip karıştırılarak, sinterleşme sıcaklığına gelinceye kadar pişirilmesiyle oluşan klinkerin (alçı ya da bir kaç katkı maddesi eklenerek) öğütülmesi sonucu ortaya çıkan hidrolik bir bağlayıcıdır. Avrupa Birliğinin 89/106EEC CPD Yapı Malzemesi Direktifinin çimento ürünü için karşılığı olan standart TS EN 197-1, “Çimento-Bölüm 1: Genel Çimentolar Birleşim, Özellikler ve Uygunluk Kriterleri” başlığı altında yer almaktadır. Türkiye’de çimento üretimi bu standarda göre yapılırken, üretim kontrolü ise TS EN 197-2 standardı ile belirlenmiştir. Çimento sektöründe bu iki standarda da uyma zorunluluğu bulunmaktadır (Erdoğan, 2008).

2.1.1. Çimento hammaddeleri

Çimentonun ana hammaddeleri kalker (kireçtaşı), kil ve marndır. Klinker üretiminin ana bileşenleri CaO için kalker, SiO2, Al2O3 ve Fe2O3 için kil mineralleri en temel kaynaklardır. CaO, SiO2, Al2O3 ve Fe2O3 ’i standartlara uygun oranlarda bünyesinde bulunduran diğer hammaddelerde çimento üretiminde kullanılmaktadır. Çimento üretiminde kullanılacak hammaddelerin uygunluk derecesi onların kimyasal bileşimleri açısından önemlidir. Ana hammaddeler dışında, klinker üretimi için gerekli katkılar ise, ham karışımın kimyasal bileşimini düzeltici yönde etkiye sahip; Fe, SiO2 ya da Al2O3 içerikli malzemelerdir. Ayrıca klinkerin öğütülmesi aşamasında alçı taşı, puzolanik malzemeler, yüksek fırın cürufu ve uçucu küller son yıllarda belirli oranlarda değişik tip çimento üretmek için katkı maddesi olarak kullanılmaktadır (DPT, 2001).

Kireçtaşı: Kimyasal bileşiminde en az %90 CaCO3 (kalsiyum karbonat) bulunan kayaçlara kalker veya kireçtaşı adı verilmektedir. Ayrıca kimyasal bileşiminde %90’a kadar CaCO3, mineralojik bileşiminde ise %90’a kadar kalsit içeren kayaçlara da yerbilimciler kireçtaşı terimini kullanmaktadır.

Kalkerin mineralojik incelemesinde saf halde kalsit ve çok az aragonit kristallerinden oluştuğu görülür. Kalsit ve aragonit, kalsiyum karbonatın iki ayrı kristal şekli olup, teorik olarak %56 CaO ve %44 CO2 içerir. Ancak doğada hiçbir zaman saf olarak bulunmaz. Kalkerin sertlik derecesi 3, özgül ağırlığı 2,5 – 2,7 gr/cm3 _{civarındadır.}

Kalsit (hegzagonal CaCO3) ve aragonit (ortorombik CaCO3) kristallerinin her ikisi de genç kireçtaşı oluşumlarında yer alabilmektedir. Aragonit kristallerinin kalsit kristallerine daha kolay dönüşebilmesi sebebi ile eski kireçtaşı oluşumlarında aragonit kristalleri bulmak zordur (DPT, 2001).

Kil: Çimento üretiminde ikinci önemli hammadde kildir. Kili oluşturan bileşikler sulu

alüminyum silikatlardır. Killer, kaolin, montmorillonit ve illit gibi kil minerallerinin yanında önemli ölçüde demir oksit, demir sülfür, kum ve kalsit kil dışı mineraller ve az miktarda organik madde içermektedir. Demir, killeri renklendiren esas maddedir. Bunun yanında farklı organik maddelerde killerin renk almasına sebep olurlar. Bu şekilde safsızlık içermeyen killer beyaz renkte olurlar.

Killer, kütlece en çok SiO2, Al2O3 ve Fe2O3 içerir. Bunlara ek, az miktarlarda MgO, CaO3, K2O ve Na2O içerebilirler. Killer, içerdikleri kil minerallerine göre farklılık göstermekte olup genelde bir ya da birkaç kil mineralini beraberinde içermektedirler. Kil mineralinin yanında

feldspat ve kuvars mineralleri de bulunabilmektedir. Killer, içerdiği kil minerallerine göre aşağıdaki gibi gruplandırılmıştır (Yalnız, 2006).

- Kaolinit - Mika

- Montmorillonit - Klorit

- Karışık tabakalı

Marn: İçerisinde farklı miktarlarda kuvars, kil ve demir oksit gibi safsızlıklar bulunduran

kireçtaşına marn denilmektedir. Hem kil bileşenlerini hem de kalkeri birlikte içerdiği için çimento hammaddesi olarak kullanılabilmektedir.

Marn, kalsiyum karbonat ve kilin birlikte sedimantasyonu sonucu oluşum gösterir. Marn, kalkere nispeten daha yumuşaktır ve kalker ve kil bileşenlerinin her ikisini de ihtiva ettiği için çimento üretimi açısından çok elverişli bir hammadde özelliği gösterir. Bu nedenle, killi kireçtaşının kimyasal bileşimi portland çimentosunun içeriğine çok yakındır (DPT, 2001).

2.1.2. Çimento üretim süreci

Çimento üretimi yüksek enerji gerektiren bir prosesten oluşmaktadır. Bu proses başlıca üç aşamadan oluşur:

- Hammadde Hazırlanması, - Klinker Üretimi,

- Klinker Öğütme.

Hammadde hazırlanması ve klinker öğütme işlemi başlıca elektrik tüketen aşamalar iken, klinker fırınları çimento fabrikalarında neredeyse tüm enerjinin en fazla tüketildiği kısımdır. Klinker üretiminde harcanan enerji, çimento üretiminin yaklaşık %70-80’ini oluşturmaktadır. Çimento sanayii, toplam küresel enerji tüketiminin %5’ini oluşturduğu tahmin edilmektedir (Erdoğan, 2008). Çimentonun üretim prosesi Şekil 2.1’de verilmektedir.

Şekil 2.1. Çimento üretim prosesi (DPT, 2008).

Hammadde hazırlama

Üretimde, hammadde oran doğruluğu ve bu oranların tüm proses boyunca stabil kalması, elde edilen çimentonun kalitesine büyük ölçüde etkimektedir. Hazırlama safhasında toplanan hammaddeler, kırma-eleme-öğütme işlemlerinden geçirilerek klinker üretiminde istenen tane boyutuna getirilir. Böylece klinker fırınına verilmek üzere hazır hale gelen farin meydana gelmiş olur. Yaklaşık olarak 1 ton klinker üretmek için 1,65-1,75 ton farine ihtiyaç duyulmaktadır. (Erdoğan, 2008).

Kırıcı (1)

Farin

Öğütücü (1)

Fırın (1) (2)

Klinker

Katkı maddesi

Öğütücü (1)

ÇİMENTO

KALKER

(1) Elektrik enerjisinin kullanıldığı aşama (2) Yakıt kullanılan aşama

Klinkerin üretimi

Çimento oluşmadan bir önceki safha klinker üretimidir. Bu safhada farin, yüksek ısıyla kalsinasyon ve sonrasında klinkerizasyon aşamalarından geçirilir. Bu işlemler için çeşitli tip ve ölçülerde fırınlar kullanılmaktadır. Çimento üretim sektöründeki önemli gelişmelerinden biri olan ön kalsinasyon işlemi 1970’li yıllarda kullanılmaya başlanmıştır. Bu sayede mevcut fabrikalarda ön kalsinasyon sistemine geçebilmiş ve yeni yapılan fabrikalarda da enerji tasarrufu ile verimlilikte artış gözlenmiştir (Erdoğan, 2008).

Döner fırınlarda klinker üretimi: Gelişmiş ülkelerde, öğütülmüş hammadde ağırlıklı

olarak döner fırınlarda işlenmektedir. Proseslerdeki fırın, yaklaşık 6 metre çapa sahip silindirden oluşmaktadır. Bu silindir, yatay düzlem ile 3°-4° açı yapacak şekilde kurulmakta ve dakikada ortalama 1 ile 4 defa dönebilmektedir. Öğütülmüş hammadde silindirin içindeki aleve doğru aşağı yönlü hareket alır. Hammadde yaş proseste %20’den fazla su içermektedir. Bu proseste çamurdaki su oranı genelde %38 civarında olmakla beraber bu oran genellikle %24 ile %48 arasında değişebilmektedir. Yarı yaş proseste su oranı %17 ile %22 arasında, yarı kuru veya Lepol proseste ise %11 ile %24 arasındadır. Kuru proseste ise bu oran %0 ile %0,7 değişmekle birlikte, genelde %0,5 civarındadır. Hammaddenin içerisindeki su oranın azalması enerji tüketimiyle doğru orantılıdır. Ön ısıtıcı ve ön kalsinatör ile kuru fırınlarda takviyesi yapılabilmektedir. Ön ısıtıcı ile birlikte yakma işlemindeki enerji sarfiyatı azalmaktadır. Ön kalsinatör, kalkerin %80 ile %95’inin fırına girmeden ayrıştığı, bir brülöre sahip olan bölümdür. Ön kalsinasyonsuz sistemlerde kalkerin ayrışması (kalsinasyon) fırın içinde gerçekleşmektedir. Ön kalsinasyon enerji tüketimini azaltmakla beraber fırının uzunluğunun da kısa olmasına imkan sağlamaktadır. Fırının kısa olması ise fırın üretim maliyetinin düşürmektedir (Erdoğan, 2008).

Milli fırınlarda klinker üretimi: Milli fırınlar, genelde hammadde ve çimentonun

nakliyesinde altyapısı yeterli olmayan ülkelerde veya özel çimentoların üretimlerinde kullanılmaktadır. Bu fırınlar daha çok düşük üretim kapasitesine sahip fabrikalarda görülmektedir. Tasarımlarında bazı farklılıklar olabilmekle beraber, milli fırınların çalışma prensiplerine benzemektedir. Fırına beslenen hammadde ile yanma sonucu açığa çıkan egzoz gazları arasında etkin bir ısı alışverişinin sağlanabildiği durumlarda milli fırınlarda enerji verimliliği sağlanabilmektedir. Milli fırınlardaki en büyük enerji kayıpları, yakıtın tam olarak yanmamasından kaynaklanmakta ve bu durum ayrıca CO ve uçucu organik bileşiklerin salınımına yol açmaktadır (Erdoğan, 2008).

Klinker öğütme

Klinker, çimento özelliklerini kontrol eden katkı maddeleriyle (uçucu küller, cüruf ve puzolanik malzemeler vb.) birlikte, bilyalı veya silindirik değirmenlerde öğütme işlemi yapılarak elde edilmektedir. Yeterince öğütülememiş kaba malzeme, burada ayrılarak tekrar öğütme işlemine tabii tutulur. Bu işlemdeki enerji sarfiyatının büyük bir bölümü son üründe istenen inceliğe ve kullanılan katkı maddelerine bağlı olarak değişebilmektedir. Çimentonun inceliği, çimentonun özelliklerini ve bu çimentodan üretilen betonun donma süresi vb. gibi durumlara kadar etkili olabilmektedir.

2.1.3. Çimento çeşitleri

Türk Standartları Enstitüsü, 197-1 standardında, genel amaçlı çimentoları "CEM" çimentoları olarak adlandırmaktadır. Klinkerin belirli bir standardı olmadığı için, klinkerde aranan özellikler, çimento standartları içerisinde belirtilmiştir. Bunlar;

- CEM I portland çimentosu,

- CEM II portland kompoze çimento, - CEM II yüksek fırın cüruflu çimento, - CEM IV puzolanik çimento,

- CEM V kompoze çimentolar olmak üzere 5 ana gruptan oluşmaktadır.

Bu çimento çeşitliliği, içeriklerindeki ana bileşim ve minör bileşimlerden kaynaklanmaktadır. Klinker içerisine eklenen malzeme kütlece %5’ten fazla ise ana bileşen %0-5 arasında ise minör bileşen olarak kabul edilmektedir. Çimento bileşimlerinin belirlenmesi için TS EN 197-1 tablosunda aşağıdaki semboller kullanılmıştır.

A : Çimentonun en az mineral katkı içeren tipi

B : Çimentonun A tipinden daha fazla mineral katkı içeren tipi C : Çimentonun B tipinden daha fazla mineral katkı içeren tipi K : Klinker

S : Granüle yüksek fırın cürufu D : Silis dumanı

P : Doğal puzolan

Q : Doğal kalsine edilmiş puzolan V : Silissi uçucu kül

W : Kalkersi uçucu kül T : Pişmiş şist

L : Kalker (TOC > %0,5) LL : Kalker (TOC < %0,2) TOC : Toplam Organik Karbon

Çimento, dayanım açısından 32,5, 42,5 ve 52,5 olmak üzere 3 sınıfa ayrılmıştır. Bu değerler TS EN 196-1’de tayin edilen ve MPa olarak tanımlanan 28 günlük basınç dayanımlarını göstermektedir. TS EN 197-1’e göre çimento çeşitleri Şekil 2.2’de verilmiştir.

2.1.4. Çimento çeşitlerinin isimlendirilmesi

Çimentolar; türü, katkı oranı, dayanım sınıfı ve erken dayanım gibi kriterlerine göre isimlendirilmektedir. Bu sayede kullanılabilecekleri yerlere (köprü, tünel, bina inşaatı, şap, sıva uygulamaları vb.) göre seçilebilmektedir. Çimentoların isimlendirilmesiyle, fazla dayanım gerektirmeyen uygulamalarda gereksiz yere dayanımı yüksek çimento kullanımının önüne geçilmiş olunmaktadır.

2.1.5. Çimento hidratasyonu ve fazları

Çimento 4 ana bileşenden oluşmaktadır. Bu bileşenler Çizelge 2.1’de verilmektedir.

Çizelge 2.1. Portland çimentosunun ana bileşenleri (Mirhosseini, 2017).

Bileşen adı Oksit bileşenleri Sembol

Dikalsiyum silikat 2CaO.SiO2 C2S

Trikalsiyum silikat 3CaO.SiO2 C3S

Trikalsiyum alüminat 3CaO.Al2O3 C3A

Tetra kalsiyum alümino ferrit 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF

Çimentonun su ile birleştiğinde meydana gelen tepkimeye hidratasyon denmektedir. Bu reaksiyonun sonucunda çimento sertleşerek belirli bir mukavemet kazanmaktadır. Reaksiyon sonucunda su, kalsiyum silikatlar (C3S ve C2S) ile tepkimeye girerek kalsiyum – silikat – hidratı (C3 S2 H3) ve kristal yapıda olan CH’yi meydana getirir. Yaygın olarak bilinen adıyla C – S – H jeli oluşmaktadır (Erdoğan, 1995).

Kalsiyum silikat (C3S, C2H) reaksiyonları,

2 C3S + 6H → C3S2H3 + 3CH 2 C2H + 4H → C3S2H3 + CH

Bu iki silikat reaksiyonun farkı, C3S’nin, C2S’ye oranla daha fazla miktarda kireç içermesi ve dolayısıyla C3S’nin reaksiyon hızının, C2S’ye göre daha yüksek olmasıdır. Çimentonun bağlayıcılık özelliği kazanmasındaki en önemli etken, kalsiyum silikat içeren bu iki bileşendir. Bu iki bileşenin arasındaki en büyük fark ise C2S bileşeninin, çimentonun bağlayıcılık özelliğine etkisi, ilk zamanlarda az, daha sonraki süreçlerde yüksek dayanım kazanmasıdır. C3S bileşeni ise hem ilk günlerde hem de sonraki süreçte bağlayıcılık etkisi yüksektir (Erdoğan, 1995).

Kalsiyum alüminat (C3A) reaksiyonu,

2 C3A + 21H → C4AH13 + C2AH8

Kristalleşme özelliğinden dolayı hızlı bir şekilde gerçekleşmektedir. Kalsiyum alümino hidrat, kararlı yapıya sahip bir bileşik değildir ve erken sürede kübik kristalli yapıya geçerek kararlı hale dönme eğilimindedir. Bu reaksiyon çok hızlıdır ve yüksek miktarda ısı meydana getirir. Bundan dolayı genellikle ‘’yalancı priz’’ adıyla bilinen ani katılaşmaya sebep olmaktadır.

Bu durumun önüne geçmek için pişirme işleminden sonra, öğütme sırasında klinkere bir miktar alçı eklenir.

Tetra kalsiyum alümino ferrit (C4AF) ile alçıtaşı reaksiyonu, C4AF + 3CSH2 + 21H → C6(A,F)S3H32 + (A,F)H3 C4AF + C6(A,F)S3H32 + 7H → 3C6(A,F)S3H32 + (A,F)H3

C3A ve C4AF bileşenleri, bir miktar alçıtaşı ile karıştırıldıklarında, çimentonun bağlayıcılık özelliğini ilk aşamalarda kısmen de olsa negatif yönde etkilemektedir, fakat çimentonun gerçek bağlayıcılığını C3S ve C2S oluşturmaktadır (Erdoğan, 1995).

Genel olarak bahsetmek gerekirse, çimento ana bileşenlerinin özellikleri Çizelge 2.1 ’deki gibidir.

Çizelge 2.1. Çimento ana bileşenleri (Betonvecimento, 2014).

Çimento Özellikleri

Çimento Bileşenleri

C3S C2S C3A C4AF

Reaksiyon Hızı Orta Yavaş Hızlı Orta

Hidratasyon Isısı Orta Az Çok Çok

Bağlayıcılık Değeri Başlangıçta Yüksek Düşük Düşük Düşük Sonunda Yüksek Yüksek Düşük Düşük

2.2. Puzolanlar

Kendi başlarına hidrolik bağlayıcı özelliği olmayan ancak ince öğütüldüklerinde nemli ortamda ve normal sıcaklıkta kalsiyum hidroksitle tepkimeye girerek bağlayıcı özellikte bileşikler oluşturan doğal ve yapay maddelere puzolan denir. Çoğu puzolanik malzeme, volkanik kökenli olmakla beraber, daha çok bilinenleri volkanik tüflerdir. Volkanik püskürme safhasında silisyum ve alüminyumlu malzemelerden oluşan eriyik fazdaki magma, yüzeye alevli bir şekilde çıkarak çok çabuk soğuma gösterdiği durumda, camsı (amorf) yapıya sahip olmaktadır. Püskürme esnasında gazların da olması, malzeme içerisinde boşluklu yapıya ve büyük yüzey alanı oluşturmasına neden olmaktadır. Yüzey alanının geniş olması ve düzensiz yerleşim gösterebilmelerinden dolayı, alüminalı silisler, sulu ortamlarda kalsiyum iyonlarıyla kolayca reaksiyona girebilmektedir. Volkanik püskürmenin çok hızlı gerçekleşmesi, malzemenin daha amorf yapıya ve bu sayede daha yüksek puzolanik aktivite göstermesine neden olmaktadır (Erdoğdu, 2009).

2.2.1. Puzolanların tarihçesi

Puzolan terimi, İtalya’nın Napoli Körfezi’ndeki Vezüv Dağı yakınındaki Pozzuoli kentinden gelmektedir. Puzolanik maddelerin en başlıca özelliği yüksek miktarda SiO2 ve Al2O3 içermeleridir. Bu nedenle Ca(OH)2 ile tepkimeleri kolay olmasından dolayı bağlayıcı özellik gösterirler.

Ülkemizde çimento sanayinde doğal puzolanik katkı maddesi olarak, tras ve bazik nitelikli volkanik oluşumların bir ürünü olarak oluşan doğal cüruflar yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca yapay olarak elde edilen yüksek fırın cürufu ve uçucu küller de katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Çimento maliyetlerinin düşürülmesi açısından katkı maddelerinin yüksek oranda kullanılabilir kalitede olması büyük önem taşımaktadır. Puzolanik aktivite değerleri, SiO2, Al2O3 ve Fe2O3 içeriği ve çözünmüş kalıntı oranları gibi parametreler katılabilirlik oranını belirlemek de etken olup, katılım oranları genelde %10 - 30 arasındadır (DPT, 2000).

2.2.2. Puzolanların sınıflandırılması

Puzolanlar, yapay ve doğal olmak üzere ikiye ayrılırlar (Şekil 2.4). Doğal puzolanlar, genel olarak oluşumları sırasında çok az değişikliğe uğramış, volkanik kökenli kayaçlardan oluşum göstermelerine rağmen, içerisinde farklı maddeler de bulundurabilir.

Puzolanik maddeler, silissi veya alüminyum silikat veya bunların bileşiminden oluşan doğal maddelerdir. Uçucu kül ve silis dumanı puzolanik özelliklere sahip olmalarına rağmen ayrı maddelerde tarif edilmiştir. Puzolanik maddeler su ile karıştırıldığında kendi kendine sertleşmezler fakat ince öğütüldüklerinde ve suda çözünmüş kalsiyum hidroksitle (Ca(OH)2), dayanımı geliştiren kalsiyum silikat ve kalsiyum alüminat bileşikleri oluşturarak reaksiyon gösterirler. Puzolan esasen reaktif silisyum dioksit (SiO2) ve alüminyum oksit (Al2O3)’den oluşmuştur. Dayanım oluşturabilmesi için reaktif silisyum dioksit miktarı kütlece %25’den az olmamalıdır (TS EN 197-1, 2002).

Şekil 2.4. Puzolanların sınıflandırmasını gösteren şema.

Geçmiş yıllarda tuğlanın veya kiremitlerin öğütülmesi ile elde edilen ince taneli malzeme, puzolanik malzeme olarak yaygın kullanım alanı bulmuştur. Killi malzemelerin pişirilmesi ile elde edilen puzolanlar; ABD, Brezilya ve Hindistan’da birçok baraj inşaatında kullanılmıştır. Daha sonraki yıllarda bu tür puzolanlar, yerlerini, daha kolay ve ekonomik olarak bulunabilen uçucu küllere bırakmıştır (Erdoğan, 2003).

Doğal puzolanlar

Pomza: Boşluklu ve gözenekli yapıya sahip, fiziksel ve kimyasal etkenlere dirençli,

volkanik olaylar sonucu oluşmuş camsı yapıda volkanik bir kayaçtır. Oluşumu esnasında bünyesindeki gazların ani çıkış ve soğuması sebebiyle mikro ve makro ölçekte sayısız gözenek oluşur. Volkanik kökenli bu yapıdaki malzeme bünyesindeki alümina silikatlar, suyun içerisinde bulunan Ca iyonlarıyla reaksiyona girebilecek durumdadırlar. Bu durumdan dolayı puzolanik özellik gösterirler.

PUZOLAN

DOĞAL

YAPAY

Tüf ve İgnimbiritler: Doğal puzolanik malzemelerin en yaygın olanları volkanik kökenli

tüflerdir. Volkanizma sonucu yüzeye çıkan ve içerisinde silisli ve alüminli bileşik bulunduran magma, ani soğuma ile karşılaştığında camsı yapıya sahip olur. Yüzey alanlarının geniş ve düzensiz olması, sulu ortamlarda Ca iyonlarıyla reaksiyona girebilmelerini sağlamaktadır (Erdoğdu vd., 2009).

Zeolit: Kimyasal olarak ‘’sulu alümina silikatlar’’ olarak da bilinen zeolitler, günümüzde

yaygın bir şekilde endüstriyel hammaddesi olarak kullanılmaktadır. Doğal zeolitler, bünyesinde 40’ın üzerinde mineral barındıran bir grup ismidir. Zeolitik tüfler, birçok ülkede puzolanik hammadde kaynağı olarak kullanılmaktadır (Uzun, 2016).

Kireçtaşı: Mineral katkı olarak geçmişte çoğunlukla puzolanik özellik gösteren

malzemelerin kullanılması tercih edilirken, çimentoda kireçtaşı katkısı genellikle minör bileşen olarak %5’lik kullanım ile sınırlandırılmıştır. Fakat, kireçtaşının asıl bileşen olarak kullanıldığı katkılı çimento üretimi son yıllarda artış göstermiştir. Portland kompoze çimento üretiminde, kireçtaşı minör ilave bileşen olarak da kullanılmaktadır.

Literatürde, çimentoya kireçtaşı katılmasının, çimento özgül yüzey alanını arttırırken, tane boyut dağılımının da genişlediğine dair çalışmalar bulunmaktadır. Bu türdeki çimentolara kireçtaşı ilavesi arttıkça, hacimsel anlamda önemli bir değişim olmadığı gözlenmektedir. Fakat kireçtaşı katkılı çimentolar ile yapılan harçların, kireçtaşı ilavesinin artışı ile su emme miktarının doğru orantılı olduğu görülmüştür (Pandey vd., 2003).

Hidratasyon ısısı, kireçtaşı ikame oranı %5 olan çimentolarda, portland çimentosu ile üretilen harçlara göre daha çabuk açığa çıkmaktadır. Kireçtaşı ikamesinin direkt olarak basınç dayanımına etkisi yoktur. Sadece dolgu görevi vardır (Tosun vd., 2009).

Diatomit: Volkanik aktivitelerin yoğun olduğu bölgelerde bulunan tuzlu ve tatlı sularda

fotosentezin fazlasıyla gerçekleştiği derinliklerde bulunan tek hücreli alg türü olan diatome iskeletinin haricinde kil, volkanik kül ve diğer organik kalıntılardan oluşmuş bir kayaç türüdür. Diatomitler, öğütülmeden veya öğütüldükten sonra puzolanik özellik gösterebilmektedirler (Aruntaş, 1996).

Pişirilmiş Kil ve Şeyl: Silis ve alümin açısından zengin olan kil ve şeyl mineralleri,

genellikle kristal yapıya sahiptir. Doğal yapılarıyla puzolanik aktiviteleri yoktur. Fakat 1-2 saat kadar 700-900°C civarında sıcaklığa tabi tutulduklarında, düzenli kristal yapıları bozularak yarı amorf veya düzensiz alümino silisli bir yapı meydana getirirler. Bu sayede puzolanik aktivite kazanabilmektedirler (Ün, 2007).

Yapay puzolanlar

Uçucu Küller: Termik enerji santrallerinde kömürün yanması sonucu ortaya çıkan uçucu

küller, çimento üretiminde kullanılan en yaygın puzolan malzemesidir. Uçucu küller, baca gazlarının atmosfere bırakılmadan önce, bu gazlar içindeki ince toz partiküllerin toz toplama sistemleri aracılığıyla toplanması sonucu elde edilmektedir.

Silis Dumanı: Silisyum metalinin veya ferrosilisyum alaşımlarının üretimi safhasında

kullanılan elektrik ark fırınlarında yüksek saflıkta bulunan kuvarsitin, kömür ve odun parçacıkları ile indirgenmesi sonucu ortaya çıkan ve yan ürün olarak elde edilen bir atık maddedir. Silis dumanı, çok ince tane yapısı olması ve yüksek oranda SiO2 içermesi sebebiyle puzolanik reaksiyona erken başlamaktadır (Çelik, 2004).

Yüksek Fırın Cürufu: Demir üretimi sırasında yüksek fırınlarda kok kömürünün karbonu,

cevherin demiroksitindeki oksijenle birleşerek CO ve CO2 gazları olarak fırını terk ederken, sıcaklık 1400-1600°C’ leri bulduğunda kok kömürü ve kireçtaşının yanması sonucunda ortaya çıkan atıklardan oluşan puzolanik bir malzemedir (Uzun, 2016).

Pirinç Kabuğu Külü: Pirinç tanelerinin üzerinde iki tane kabuk bulunmaktadır. Kepek

olarak isimlendirilen, sarımsı renkte ince zar gibi olan ilk kabuk pirinç tanelerinin etrafını kaplamaktadır. Kapçık veya kavuz denen ikinci kabuk ise en dıştaki kabuktur. Çeşitli organik ve inorganik bileşenden meydana gelen bu kabuk yüksek miktarda silika içermektedir.

Kerpiç blokların ve tuğlaların yapımında pirinç kabuğu külünden yararlanılmaya çok eski zamanlarda başlanmıştır. 1924 yılında, pirinç kabuğu külünün betonda kullanılmasına dair Almanya’da iki patent alınmıştır (Cook, 1986).

2.2.3. Puzolanik aktivite

Puzolanik aktivitenin oluşabilmesi için, malzemelerde bulunan kalsiyum hidroksitle (Ca(OH)2) sulu ortamda tepkimeye girmesi ve bağlayıcı özellik göstermesi gerekmektedir. Gerçek anlamda bu aktiviteden bahsedebilmek için bu iki durumun aynı anda gerçekleşmesi gerekmektedir.

Yüksek aktiviteye sahip olan puzolanların aşağıdaki koşulları sağlaması beklenir: - Yüksek SiO2, Al2O3, Fe2O3 miktarı,

- Amorf yapıya sahip olması, - Büyük özgül yüzey alanı.

Malzemenin puzolanlığı mekanik ve kimyasal deneylerle ortaya çıkmaktadır. Mekanik deneyler, puzolan-kireç, puzolan-portland çimentosu ile yapılan eğilme ve basınç deneyleridir. Kimyasal deneyler ise puzolanlı çimentonun su ile yaptığı hidratasyon sonunda çözeltide oluşan Ca(OH)2’i saptamaya dayanmaktadır (Mazsazza, 1989).

Bir maddenin puzolanik özellikleri ve aktivitesini belirlemek için farklı yöntemler geliştirilmiştir. Örneğin, bileşimindeki silisyum, alüminyum ve demiroksit miktarları toplamının en az %70 olması, çimentonun hacimce %35’i yerine ikame edildiğinde katkısız harç karışımını 28 günlük basınç dayanımının en az %70 - %75’ini sağlaması veya kireçle reaksiyona girdiğinde 7 günlük kür süresi sonunda belirli bir dayanıma ulaşması gibi koşullar bazı standartlarda yer almaktadır (Akgül, 2006).

2.2.4. Puzolanların çimentoya etkileri

TS EN 197-1 de değişik mineral katkılar ve bunların çeşitli kombinasyonlarını içeren çok sayıda çimento türüne yer verilmektedir. Puzolan katkı maddelerinin çimento üretiminde kullanılması, ekonomik ve teknik olarak avantajlar sağlamaktadır. Katkı maddeleri genellikle klinker üretildikten sonra, klinkerin öğütülmesi esnasında katılmaktadır. Dolayısı ile çimento üretiminde daha az hammadde ve daha az enerji kullanıldığı için daha az gaz salınımı ortaya çıkmaktadır. Çimento su ile karıştırıldığında kalsiyum silikatlar bağlayıcı özellikteki kalsiyum silikat hidrat, C-S-H jelini oluştururlar ve bir miktar kireç hidrat, CH açığa çıkar. C3S erken dayanıma ve hidratasyon ısısına daha fazla katkıda bulunmakta ve daha fazla kireç açığa çıkarmaktadır. Ayrıca kalsiyum alüminatlar da jel meydana getirmekte ve C3A hidratasyon ısısını artırarak, sülfatlara karşı direnci azaltmaktadır. CH ve gözenekler dayanım ve dayanıklılığa olumsuz yönde etkiyen unsurlardır (Müezzinoğlu, 2009).

Sonuç olarak çimentoya katılan mineral katkıların faydaları şu şekilde sıralanabilir: - Enerji tasarrufu sağlayarak ekonomiye katkıda bulunması,

- Çevreye salınan gazların azaltılması, - İşlenebilirliğin artması,

3. LİTERATÜR ÇALIŞMASI

Bu bölümde, çeşitli bölgelerdeki tüfler kullanılarak ulusal ve uluslararası yapılmış çalışmalar yer almaktadır. Yapılan çalışmalar, tüflerin belirli oranlarda çimento üretiminde kullanılabilir katkı malzemesi olabileceğini ortaya koymaktadır.

Bayburt yöresine ait beyaz, yeşil ve sarı renkli volkanik tüflerin, mineralojik, kimyasal ve mekanik–fiziksel özelliklerinin belirlenmesine yönelik yapılan çalışmada; bu tüflerin puzolanik aktivite özelliğinin olduğu belirtilmektedir. Çalışma sonucunda; bu tüflerin yeterli dayanım indeksini karşıladığı ve çimento üretiminde puzolanik katkı maddesi olarak kullanılabileceği belirtilmektedir (Şahin 2018).

Akgül (2006); Datça yöresine ait volkanik tüfün SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 toplam değerinin TS 25 standardının fazlasını sağladığını belirtmektedir. Ayrıca puzolanik aktivite deneyinde, 7 günlük eğilme dayanımının en az 1 N/mm2 _{olması istenirken, elde edilen deney sonucunda bu} değeri 1,20 N/mm2_{, basınç dayanımının en az 4 N/mm}2 _{istenirken, deney sonucunda 8,10 N/mm}2 olarak belirlenmiştir.

Çavdar (2004), Trabzon yöresinden alınan 5 farklı volkanik tüf numunelerinin tümünün puzolanik aktivite sağladığını ve TS 25 standardındaki basınç ve eğilme dayanımına sahip olduğunu bildirmektedir. Tüfün çimento yerine %35 oranında ikamesi ile 28 günlük basınç dayanımın, kontrol harcına göre %38 daha düşük olduğu, fakat 90 günlük kür süresi sonundaki dayanımının, kontrol harcına göre %11 artış gösterdiğini tespit etmiştir.

Uzun (2016), Niğde bölgesi volkanik tüfün XRF element analizinde, TS 25 standartlarını karşıladığını ve yapılan deneyler sonucunda, çimento yerine %20 oranında katıldığında 28 günlük basınç dayanımının, kontrol harcına çok yaklaştığı ve standart değerlerin üzerinde bir sonuca ulaşıldığını belirtmektedir.

Tuncer (2014), Gümüşhane bölgesine ait volkanik tüf ile yaptığı çalışmada, tüfün puzolanik aktivite özelliğine sahip olduğunu belirtmektedir. Ayrıca bu bölgeye ait tüflerin, çeşitli oranlarda çimentonun yerine ikame edilerek farklı alanlarda kullanılabileceğini de tespit etmiştir. Zeolit, uçucu kül ve atık cam malzemelerin portland kompoze çimento üretiminde kullanılabilirliği üzerine yapılan bir araştırmada; bu malzemelerden ağırlıkça %5 ve %10 oranlarında portland çimentosu klinkeri ile birlikte üçlü katkılı çimentolar elde etmek için kullanılmıştır. Yapılan çalışmada; üretilen portland kompoze çimentoların TS EN 197–1’e uygun

olduğu ve çimento üretiminde zeolit, uçucu kül ve atık camın katkı malzemesi olarak kullanılabileceği belirtilmektedir (Dayı vd., 2013).

Puzolanik katkı maddelerinin betonun yapısı ve kimyasal dayanıklılığı üzerine etkisinin belirlenmesine yönelik çalışmada, puzolanik katkı maddelerinin betonun gözenekliliğini azalttığını, yoğunluğu arttırdığını ve sonuç olarak betonun sülfat iyonu içeren çözeltiye karşı kimyasal dayanıklılığını arttırdığı belirtilmektedir. Söz konusu çalışmada, mikro ve nano boy silika, biyokütle külleri (odun külleri, odun + arpa saman külleri) gibi doğal ve yapay puzolanik katkı maddeleri kullanılmıştır (Setina, 2013).

Ürdün’ün güney doğusunda yer alan Jabal Artin bölgesine ait volkanik tüf agregalarının çimento harcı özelliklerine olan etkisinin incelendiği bir çalışmada; farklı oranlarda volkanik tüf agregası kullanılarak hazırlanan harç örneklerine, 3, 7, 28 ve 56 günlük kür süreleri uygulanmıştır. Bu kür süreleri sonunda yapılan basınç ve eğilme dayanımı deney sonuçlarına göre; volkanik tüfün harç özelliklerini iyileştirdiği bildirilmektedir (Al-Zou’by vd., 2014).

Al-Zboon ve Zou’by (2017) tarafından volkanik tüf agregalarının betonda kullanılabilirliğinin incelendiği bir çalışmada, normal agrega %0, 25, 50, 75 ve %100 oranında volkanik tüf agregası ile değiştirilerek hazırladıkları karışımlara basınç ve eğilme dayanımı, elastisite modülü ve gerilme-birim deformasyon davranışının belirlendiği deneyler uygulanmıştır. Deney sonuçlarına göre; basınç ve eğilme dayanımında %25 oranında bir iyileşme olduğu ifade edilmektedir.

Üç farklı bölgeye ait volkanik tüfün özellikleri ve puzolanik aktivitesi ile ilgili yapılan bir çalışmada, çimento esaslı kompozitlerde ilave çimento esaslı malzemeler olarak tüflerin kullanılabileceği ifade edilmektedir. Ayrıca yapılan çalışmada elde edilen sonuçların, tüflerin puzolanik aktivitesinin yüksek olduğu ifade edilmektedir (Yu, vd., 2017).

4. MALZEME VE YÖNTEM

Bu tez çalışmasında kullanılan örnekler, Çanakkale İli Ayvacık İlçesi’ne bağlı Akçin Köyü’nden temin edilmiştir. Bölgede bulunan köylerde, bu malzeme ile yapılmış birçok cami, ev, baraka tarzı eski yapılar bulunmaktadır. İnsanların hala bu yapılarda yaşamlarını sürdürmektedir. Ayvacık İlçesi konumu itibarı ile Türkiye’de Marmara Bölgesi’nin güney batısında yer almaktadır (Şekil 4.1).

Şekil 4.1. Çalışma bölgesinin uydu görüntüsü.

Malzemenin oluşum gösterdiği bölge (Şekil 4.2), konum olarak bölgede bulunan çimento fabrikasına yaklaşık 55 km, Balıkesir’e 160 km ve İzmir’e 260 km mesafededir. Bölgede bulunan tüfün rezervinin oldukça yüksek olması hammadde ihtiyacını uzun yıllar karşılayabileceği düşünülmektedir. Bu bakımdan, bölge çimento üretimi için oldukça avantajlı konumdadır.

Şekil 4.2. Malzemenin oluşum gösterdiği yüzey.

4.1. Çalışma Sahasının Jeolojik Yapısı

Çanakkale İli, Ayvacık İlçesi ile Küçükkuyu bölgesi arasında farklı tip ve özelliklerde jeolojik birimler yer almaktadır. Ayvacık – Küçükkuyu yol güzergahı boyunca yer yer mostra veren, Miyosen döneminde mevcut gölde çökelmiş olan, kumtaşı, silttaşı, bitümlü şeyl ve volkanik tüflerden oluşan birimler bulunmaktadır.

Bölgede Miyosen döneminde oluşum gösteren, andezidik tüf, andezit, dasit, dasidik tüf ve bazalt oluşumlarına rastlanmaktadır. Tüf; sarımsı ve beyaz renklerde olup Zindan Tepe, Oluklu Tepe ve Çamkaya Tepeleri çevresinde mostra vermektedir.

Ayvacık ilçesine bağlı, Ahmetçe, Kozlu, Büyükhusun, Bademli, Yeşilyurt ve Behram köyleri genellikle volkanik kökenli kayaçların üzerine kurulmuşlardır. Bu kayaçlar, dasidik tüf, dasit, andezidik tüf, andezit ve riyolitlerden oluşmaktadır (Atabey, 2008).

Edremit Körfezi çevresinde görülen İlyasbaşı Formasyonu, Küçükkuyu – Ayvacık ve Burhaniye – Ayvalık alanları arasında mostra vermektedir. Bu formasyonun kalınlığı yaklaşık 500 m olup, Ayvalığın doğusunda Küçükkuyu Formasyonu üzerine doğru, Ayvacık doğusunda ise Doyran volkanitleri üzerine açılı bir şekilde diskordan olarak gelmektedir. Formasyonun üzerinde de, Ezine volkanitleri olarak adlandırlan ve Doyran volkanitleri ile beraber Biga Yarımadası civarında geniş yayılım gösteren volkanik kayaçlar görülmektedir. İlyasbaşı Formasyonu’nun Geç Miyosen yaşlarında olduğu tahmin edilmektedir (Siyako vd., 1989).

4.1. Malzeme

Bu bölümde, yapılan çalışmalarda kullanılan hammaddeler ve bu hammaddelerin karakterizasyonunu belirlemek için yapılan çalışmalar ve çalışmalarda kullanılan deneysel yöntemler açıklanmıştır.

4.1.1. Çimento

Deneylerde, Çizelge 4.1.’de özellikleri verilen ve Bursa Çimento fabrikasından temin edilen CEM I 42,5 R ve CEM IV/B (P-V) 32,5 N çimentoları kullanılmıştır.

Çizelge 4.1. Deneysel çalışmalarda kullanılan çimentoların standart özellikleri.

Özellik Çimento Tipi

CEM I 42,5 R CEM IV/B (P-V) 32,5 N

Kızdırma kaybı  % 5 -

Çözünmeyen kalıntı  % 5 -

SO3  % 4,0  % 3,5

Cl  % 0,1  % 0,1

Priz başlama süresi  60 dk  75 dk

2 günlük dayanım  20 MPa  10 MPa

7 günlük dayanım - -

28 günlük dayanım  42,5 MPa,  62,5 MPa  32,5 MPa,  52,5 MPa Özgül yüzey (Blaine) 3500 – 3700 cm2_{/g 5200 – 5400 cm}2_/g Yoğunluk 3,10 – 3,15 gr/cm3 _{2,70 – 2,75 gr/cm}3

4.1.2. Ayvacık tüfü

Deneysel çalışmalarda, Çanakkale’nin Ayvacık İlçesi’ndeki Akçin Köyü’ne bağlı olan Akçin Madenciliğin bünyesinde bulunan maden ocağındaki volkanik tüf malzemesi kullanılmıştır (Şekil 4.3).

Şekil 4.3. Maden ocağındaki volkanik tüften görüntü.

4.1.3. Standart CEN kumu

Granülometrisi Çizelge 4.2 ’de verilen TS EN 196-1 deney standartlarına uygun CEN kumu kullanılmıştır.

Çizelge 4.2. CEN kumu granülometrisi.

Elek No Elek Üzerinde Kalan (gr) Kümülatif Kalan (gr) Elek Üzerinde Kalan (%) Kümülatif Kalan (%) Kümülatif Geçen (%) 2,00 - - - - 100 1,60 67,50 67,50 0,5 0,5 95 1,00 378 445,50 28 33 67 0,500 459 904,50 34 67 33 0,1600 283,50 1188 21 88 12 0,800 135 1323 10 98 0,2 Geçen 27 1350 0,2 100 0,0

4.1.4. Su

Tüm deney çalışmalarında Kütahya şebeke suyu kullanılmıştır.

4.2. Yöntem

Yapılan çalışmaların çimento uygunluk kriterleri olan TS EN 197-1 ’e göre karşılaştırılabilmesi için TS EN 196-1 standardı olan ‘’Dayanım Tayini Metodu’’ uygulanmıştır.

4.2.1. TS EN 197-1 standardı

Üretilen çimentoların kullanılacağı yapı ve alanlara göre çeşitlerinin belirlenmesi gerekmektedir. Buna istinaden oluşturulan çimento ve çeşitlerinin, belirli karakteristik özellikleri taşıması gerekmektedir. Bu kriterler genel olarak Çizelge 4.3 ’te verilmiştir.

Çizelge 4.3. TS EN 197 – 1 ’e göre çimento standartları.

Dayanım Sınıfı

Basınç Dayanımı (MPa)

Priz Başlama Süresi (dk)

Genleşme (mm) Erken Dayanım Standart Dayanım

2 Günlük 7 Günlük 28 Günlük 32.5 N - ≥16.0 _{≥32.5 ≤52.5 ≥75} ≤10.0 32.5 R ≥10.0 - 42.5 N ≥10.0 - _{≥42.5 ≤62.5 ≥60} 42.5 R ≥20.0 - 52.5 N ≥20.0 - _{≥52.5 - ≥45} 52.5 R ≥30.0 - TS EN 196-1 TS EN 196-3

4.2.2. TS EN 196-1 standardı

Bu standart, çimento deney metotlarında sadece dayanım tayini yapabilmek için kullanılmaktadır. Standardın uygulama metodunda 1 birim (450 gr.) çimento, 3 birim (1350 gr.) CEN kumu, 0,5 birim (225 gr.) su kullanılmaktadır. Karıştırma kabına, önce 225 gram su eklenir, ardından 450 gram çimento ilave edilir ve karıştırıcı 30 saniye çalıştırılır. Karıştırma işlemi devam ederken 30. saniyenin sonunda 1350 gram CEN kumu yavaş yavaş eklenir. İkinci 30 saniye içerisinde kum ilavesi bittikten sonra karıştırıcı, yüksek devirde 30 saniye daha çalıştır ve karıştırma işlemi sonlandırılır. Karıştırma işlemi bittikten sonra 15 saniye içerisinde, kabın cidarındaki harçlar iyice kazınarak kabın içerine bırakılır. Kabın üzeri örtülerek 75 saniye beklenir ve bu işlemin ardından karıştırıcı yüksek devirde 1 dakika süreyle tekrar çalıştırılır. Bu işlemlerin sonunda harç, 4 dakikalık sürede harç kalıplarına dökülecek hale gelmiş olur.

Harç kalıplarının içi, kalıptan sökme işleminin kolay olması için yağlanır ve sarsma tablasına konulmak üzere kalıp yarı hacmine kadar doldurulur ve sarsma tablasında 60 saniyede 60 defa sarsma yapılır. Sarsma tablası durduktan sonra, kalıbın ikinci tabakası da doldurularak tekrar 60 sarsma yapılır. Sarsma işlemi tamamen bittikten sonra tabladan alınan kalıbın üzerindeki

fazla harçlar sıyırılarak mastarlama işlemi yapılır. Kalıplar numaralandıktan sonra üzeri nemli bir bez ile örtülerek 24 saat beklemeye alınır.

Bekleme işleminin ardından kalıplardan sökülen harç prizmaları tartılır ve sonrasında test edilecekleri güne kadar 20°C ’deki kür havuzunda bekletilir. Döküm esnasında üste gelen yüzeyler, kür havuzunda da aynı şekilde olmalı ve numuneler birbirlerine temas etmeyecek şekilde olmalıdır. Prizmaların basınç deneyleri, dökümden itibaren 2, 7 ve 28 gün sonra yapılır. Kür suyu 14 günde bir değiştirilmelidir.

40x40x160 mm ebatındaki prizmalar deneyden 15 dk. önce sudan çıkarılarak bezle kurulanıp, eğilmede çekme dayanımı ölçülmek üzere cihaza yerleştirilir. Eğilmede çekme cihazının duyarlılığı 1000 kgf (10000 N) ’dan daha az yüklerde %0,8, daha büyük yüklerde ise %1 olmalıdır. Prizmanın yan yüzeyleri baskı mesnetlerine gelecek şekilde yerleştirilir. P yükü, yükleyici silindir vasıtasıyla karşı yüzeyden dik olacak şekilde uygulanır. Yükleme hızı ise saniyede 5 x 1 kgf olacak şekilde ayarlanır.

5. DENEYSEL ÇALIŞMALAR

Bu bölümde Çanakkale İli, Ayvacık İlçesi, Akçin Köyü’ndeki ocaktan, beyaz taş olarak adlandırılan volkanik tüfün, puzolanik özelliğinin olup olmadığını belirlemek amacıyla çeşitli araştırmalar yapılmıştır. Bu çerçevede öncelikle malzeme TS 25 standardına göre puzolanik aktivite deneyine tabii tutulmuş ve sonrasında XRF (yarıkantitatif element analizi) metodu ile sonuçlar ortaya çıkarılmıştır. Bu sonuçların TS 25 standartlarının üzerinde çıkması neticesinde bu volkanik tüfün üzerindeki çalışmalara devam etme kararı alınmıştır.

5.1. Numune Hazırlama

Bu çalışmada 3 tip malzeme kullanılmıştır.

- Ham malzeme (H) : Ocaktan gelen tüvenan tüf malzemesi, doğrudan kırma, öğütme ve eleme işlemlerine tabii tutularak -90µ boyutuna getirilmiştir.

- Pişmiş agrega boyutu (A) : -22 + 5 mm boyutundaki malzeme, 950C’de pişirilerek elde edilmiştir.

- Pişmiş ince malzeme (C) : -90µ boyutundaki malzeme, 950C’de pişirilerek elde edilmiştir.

Açık ocak sahalarından blok halinde temin edilen tüf malzemesi, uygun şartlarda Kütahya Dumlupınar Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü Laboratuvarına standartlara uygun şartlarda nakledilmiştir. Malzemeye daha sonra, çalışmalarda kullanılmak üzere boyut küçültme işlemleri (Kırma-Eleme-Öğütme) uygulanmıştır (Şekil 5.1 ve 5.2). Malzemenin istenen boyuta getirilmesi amacıyla uygulanan yöntemler akım şeması olarak Şekil 5.3’de verilmiştir.

Şekil 5.2. Numuneye ait kırma-öğütme akım şeması.

Tüf malzemesi çeneli kırıcı kullanılarak hem halkalı değirmen hem de merdaneli değirmen için uygun boyuta getirilmiştir. Kırma işlemi bittikten sonra malzeme 1 mm’lik elek kullanılarak -1 mm halkalıya, +1mm ise merdaneli değirmene gönderilmiştir. Numune halkalı değirmen kullanılarak -106µ boyutuna indirilmiştir. Halkalı değirmenden çıkan malzeme ise 106µ’luk elekten geçirilmek üzere numune tepsisine toplanmıştır (Şekil 5.3).

(+) (-) _{4 mm Elek} (-) 1 mm Elek + + (+) 90 µ Elek Numune Bölücü (+) (-) -90 µ numune Numune (50 mm)

Şekil 5.3. Halkalı değirmeden çıkan malzeme.

Halkalı değirmeden çıkan malzemenin bir kısmı Kütahya Dumlupınar Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümünde optik dilatometre ölçümü yapılmak üzere ayrılmıştır. Optik dilatometre analizi, malzemenin pişirilme sıcaklığının belirlenmesi amacıyla yapılmıştır. Analiz sonucuna göre, Şekil 5.4’deki dilatometre grafiğinde malzeme 950 °C ‘de kırınım göstermiş olup, bu sıcaklıkta pişirilmesinin uygun olacağı sonucuna varılmıştır (Şekil 5.4).

Şekil 5.4. Optik dilatometre analiz sonucu.

Pişirme sıcaklığının 950°C olmasının uygun olduğuna karar verildikten sonra, A ve C malzemeleri (Şekil 5.5) Kütahya Güral Kiremit Fabrikası Laboratuvarında pişirme işlemine tabi tutulmuştur (Şekil 5.6).

Hazırlanan malzemeler pişirme süresi yaklaşık 1 saat olacak şekilde fırın içerisine konulmuştur. Optik dilatometre analizinden belirlenen 950°C’de malzeme pişirilmiştir. Sıcaklığın takibi amacıyla ısı halkaları kullanılmıştır (Şekil 5.6).

(a)

(b)

A ve C malzemeleri, pişirme fırınına oda sıcaklığında bırakılmıştır. Fırın, pişme sıcaklığına (950°C) gelene kadar malzemeler pişme haznesinde kalmıştır. 950°C ’ye ulaşan fırın yaklaşık 1 saat bu sıcaklıkta kaldıktan sonra kapatılmıştır. Soğuma işlemi, oda sıcaklığının biraz üzerine düşene kadar fırın kapağı açılmamıştır. Pişirme işlemi bittikten sonra fırından çıkarılan malzemeler deneylerde kullanılmak üzere Kütahya Dumlupınar Üniversitesi Maden Mühendisliği Laboratuvarına getirilmiştir (Şekil 5.7).

Şekil 5.7. Pişmiş ve ham malzemelerin genel görüntüsü.

Pişirme işleminden sonra A malzemesi -90µ‘un altına öğütülerek deneylere hazır hale getirilmiştir. Deneylerde kullanılmak üzere hazırlanan H, A ve C malzemeleri, Dumlupınar Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Laboratuvarına getirilmiştir. Numunelerde oluşan renk farklarının, pişirilme tane boyutları ve içerdiği oksitli minerallerden kaynaklandığı düşünülmektedir (Şekil 5.8).

Şekil 5.8. Deney numunelerinin pişme öncesi ve sonrası renk farkları.

Bu numunelerin XRF, XRD ve SEM analizleri Dumlupınar Üniversitesi, İleri Teknoloji Merkezi Laboratuvarı’nda (İLTEM) yapılmıştır.

5.2. Kimyasal ve Mineralojik Çalışmalar

5.2.1. XRF analizleri

Puzolanik aktivite standardı TS 25’de SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 toplamının %70 ve üstü olması istenmektedir. XRF analiz sonuçlarına göre, Ayvacık tüfünün SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 değerinin ortalama %86 olduğu görülmektedir (Çizelge 5.1).

Çizelge 5.1. H, A ve C malzemelerinin XRF analiz sonuçları.

Kimyasal Kompozisyon Malzeme Tanımı H A C (%) SiO2 69,94 70,51 69,16 Al2O3 14,67 14,22 14,03 Fe2O3 2,5 2,05 2,34 CaO 2,75 2,82 3,53 MgO 4,03 3,91 5,06 K2O 4,45 4,55 4,28 Na2O 1,19 1,59 1,26 TiO2 0,23 0,15 0,16 Toplam 99,76 99,80 99,82

5.2.2. XRD analizleri

H malzemesinin XRD analiz sonucuna göre, kuvars, dolomit, albit, montmorillonit, illit ve zeolit mineralleri (Şekil 5.9), A malzemesinin XRD analiz sonucuna göre, kuvars, albit, illit, zeolit ve paligorskit mineralleri (Şekil 5.10) ve C malzemesinin XRD analiz sonucuna göre de albit, paligorskit, kuvars ve zeolit mineralleri (Şekil 5.11) olduğu belirlenmiştir.

Şekil 5.9. H malzemesinin XRD analiz sonucu.

Şekil 5.11. C malzemesinin XRD analiz sonucu.

Ayrıca malzemenin, hangi tüf sınıfında yer aldığı ve nasıl tanımlanması gerektiğinin belirlenmesi amacıyla TAS diyagramından yararlanılmıştır. XRF analiz sonuçlarına göre (Çizelge 5.1), ham malzemenin (H) SiO2 değeri %69,94 ve Na2O + K2O toplamı ise %5,64 olduğundan Şekil 5.12’de verilen TAS (Total Alcali-Silica) diyagramında deneysel çalışmalarda kullanılan malzemenin “Dasidik Tüf” sınıfına girdiği ve bu şekilde tanımlanması gerektiği belirlenmiştir (TAS Middlemost, 1994).

Şekil 5.12. TAS (Total Alcali-Silica) diyagramı (TAS Middlemost, 1994).

5.2.3. SEM analizleri

SEM analizlerinde ham malzemenin (H) taneciklerinde, boşluklu yapıların ve düzensiz şekillenmelerin olduğu (yarı amorf) gözlenmiştir (Şekil 5.13). Bu düzensiz şekillenmeler, taneciklerin başka minerallerle bileşik yapmasını zorlaştırmakta ya da zayıf bileşik yapması durumunu ortaya çıkarmaktadır. Agrega boyutunda pişirilen malzemenin (A), -90

boyutunda pişirilen malzemeye göre sıcaklıktan daha az etkilendiği, camsı faza geçme

eğilimi gösterdiği ve tane yapılarının, yapısal bozunumu tamamlayamadığı görülmektedir

(Şekil 5.14).

Şekil 5.13. H malzemesinin SEM görüntüsü.

Şekil 5.14. A malzemesinin SEM görüntüsü.

5.3. Deney Harçlarının Hazırlanması

Çalışmadaki tüm numuneler, “Çimento Deney Metotlarında Dayanım Tayini” olarak bilinen TS EN 196-1 standardına göre deneylere tabii tutulmuştur. Çimento kalitesini öncelikli olarak dayanım kalitesi belirlediği için, çimentoya ait diğer deneylerin yapılıp yapılmama kararının bu aşamadan sonra verilmesi düşünülmüştür. Deneylerin sonuçları, Çimento Uygunluk Kriteri TS EN 197-1 standardındaki 32,5 ve 42,5 cins çimentolara göre kıyaslanmıştır. Deneysel çalışmalarda 2, 7 ve 28 günlük kür süreleri uygulanmıştır.

Deneyler; H, A ve C malzemelerinden ağırlıkça %10, %20, %30 ve %40 oranlarında, Çimsa 42,5 R çimentosu yerine, 2, 7 ve 28 günlük kür havuzunda bekletilerek yapılmıştır.

TS EN 197-1 standardında 450 gr çimento, 225 gr su ve 1350 gr kum kullanılmaktadır. Bu kriterlere göre deney sonuçlarını kıyaslamak amacı ile hem 32,5 N hem de 42,5 R çimentosu kullanılarak kontrol numuneleri hazırlanmıştır. Hazırlanan deney harcı reçeteleri Çizelge 5.2’de oran ve ağırlık olarak verilmiştir.

Çizelge 5.2. Deney harcı reçeteleri.

Numune Çimento ve Harç Kodu Katkı

Oranı (%) Tüf (gr) 42,5 R (gr) 32,5 N (gr) Kum (gr) Su (gr)

Kontrol CEM IVB/(P-V) 32.5 N - - - 450 1350 225

CEM I 42,5 R - - 450 - 1350 225 H H1 10 45 405 - 1350 225 H2 20 90 360 - 1350 225 H3 30 135 315 - 1350 225 H4 40 180 270 - 1350 225 A A1 10 45 405 - 1350 225 A2 20 90 360 - 1350 225 A3 30 135 315 - 1350 225 A4 40 180 270 - 1350 225 C C1 10 45 405 - 1350 225 C2 20 90 360 - 1350 225 C3 30 135 315 - 1350 225 C4 40 180 270 - 1350 225

Deneysel çalışmalar için Çizelge 5.2’de belirtilen oranlarda harç karışımları hazırlanarak 40x40x160 mm ölçülerindeki kalıplara dökülmüş (Şekil 5.16) ve sarsıntı tablasında titreşim uygulanmıştır (Şekil 5.17).

Şekil 5.16. 40 x 40 x 160 mm harç kalıpları.

Şekil 5.17. Sarsıntı tablası.

Sarsıntı tablasından alınan numuneler 24 saat sonra kür havuzuna konmak üzere, üzeri nemli bir bez ile kapatılarak beklemeye alınmıştır (Şekil 5.18).

Şekil 5.18. Kür havuzu öncesi bekleme aşaması.

24 saatlik süre sonunda kalıptan çıkarılan numuneler (Şekil 5.19), kür sürelerine göre bekletilmek üzere pH derecesi ve su sıcaklığı ayarlanmış kür havuzuna koyulmuştur (Şekil 5.20).