ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Đsmail Eren ÖZĐNAN
Anabilim Dalı : Đnşaat Mühendisliği Programı : Yapı Mühendisliği
OCAK 2010 SĐLEX ve TRAS KATKILI HARÇ ve BETON KARIŞIMLARININ
Tez Danışmanı : Y. Doç. Dr. Hakan N. ATAHAN (ĐTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Mehmet Ali TAŞDEMĐR (ĐTÜ)
Doç. Dr. Nabi YÜZER (YTÜ)
ARALIK 2009
ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Đsmail Eren ÖZĐNAN
(501061068)
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 24 ARALIK 2009 Tezin Savunulduğu Tarih : 28 OCAK 2010
SĐLEX ve TRAS KATKILI HARÇ ve BETON KARIŞIMLARININ
ÖNSÖZ
Yüksek Lisans Tez çalışmamın her aşamasında ilgisini, yardımını ve zamanını esirgemeyen değerli hocam Sn. Y. Doç. Dr. Hakan Nuri ATAHAN’ a,
Çalışmalarımda ilgi ve yardımları dolayısıyla sayın hocalarım başta Prof. Dr. Mehmet Ali TAŞDEMĐR olmak üzere, Y. Doç. Dr. Bekir Y. PEKMEZCĐ’ ye, Araş. Gör. Cengiz ŞENGÜL’e, Araş. Gör. Dr. Ü. Anıl DOĞAN’ a
Labaratvuar çalışmalarımdaki yardımları dolayısıyla Đ.T.Ü. Đnşaat Fakültesi Yapı Malzemesi Labaratuvarı tüm çalışanlarına,
Deneysel çalışmalarıma yaptıkları katkılardan ötürü Nuh Beton kalite kontrol labaratuvarı çalışanlarına ve Sn. Beyhan ÜÇYĐĞĐT’e, AkçanSa firmasından değerli meslektaşım ve arkadaşım Sn. Yük. Đnş. Müh. Muhittin TARHAN’a, sileks malzemesinin teminini sağlayan Çanakkale Seramik firmasına ve Sn. Yasemin Hanım’a,
Đş hayatındaki zorluklara karşı her zaman tecrübesiyle, bilgisiyle yol gösteren destek olan ve yüksek lisans çalışmam sırasında da bu zorlukları yaşatmayarak sağladığı tüm olanaklar için proje müdürüm Sn. Mim. A. Övünç ÖZENEL’ e
Çalışmalarım sırasında her an yanımda olup, yardımlarını esirgemeyen başta Tel. Yük. Müh. Kazım ŞENTÜRK, Erhan ŞENEL, Đnş. Müh. Müge YÜCESOY ve Yük. Đnş. Müh. Armin MOKARRAMĐ olmak üzere tüm arkadaşlarıma,
ve aileme,
Maddi manevi varlıkları ile daima yanımda olan aileme,
teşekkür ederim.
Aralık 2009 Đsmail Eren ÖZĐNAN
ĐÇĐNDEKĐLER Sayfa ÖNSÖZ ...v ĐÇĐNDEKĐLER ... vii KISALTMALAR ... ix ÇĐZELGE LĐSTESĐ ... xi
ŞEKĐL LĐSTESĐ ... xiii
ÖZET ... xv
SUMMARY ... xvii
1. GĐRĐŞ ...1
2. KURAMSAL TEMELLER ve KAYNAK ARAŞTIRMASI ...5
2.1 Beton ve Beton Bileşenleri ...5
2.1.1 Agregalar ...5
2.1.2 Çimento ...7
2.1.3 Su ...9
2.2 Puzolanlar ... 10
2.2.1 Puzolanların tanımı ve sınıflandırılması ... 10
2.2.2 Doğal puzolanlar ... 12 2.2.3 Yapay puzolanlar ... 13 2.2.3.1 Silis dumanı ………... 13 2.2.3.2 Uçucu kül ………... 15 2.2.3.3 Yüksek fırın cürufu ……… 17 2.2.3.4 Pirinç kabuğu külü ……... 18 2.2.3.5 Sileks ……….. 19 2.2.4 Puzolanik reaksiyon ... 19 2.2.5 Puzolanik aktiflik ... 21 3. DENEYSEL ÇALIŞMA ... 23 3.1 Çalışmanın Amacı ... 23
3.2 Üretilen Harç ve Betonların Özellikleri... 23
3.3 Kullanılan Malzemeler ... 24 3.3.1 Çimento ... 24 3.3.2 Agregalar ... 24 3.3.3 Sileks ... 26 3.3.4 Tras ... 28 3.3.5 Su ... 28
3.3.6 Akışkanlaştırcı katkı maddesi ... 28
3.4 Harç Karışımları ... 29
3.4.1 Harç üretiminde izlenen sıra ... 30
3.4.2 Harç numune boyutları ve şekilleri ... 31
3.5 Beton Karışımları ... 32
3.5.1 Beton üretiminde izlenen sıra ... 33
3.6 Taze Harç Deneyleri ... 34
3.6.1 Sarsma tablası [flow] deneyi ... 34
3.7 Taze Beton Deneyleri ... 35
3.7.1 Çökme (slump) deneyi ... 35
3.7.2 Birim hacim ağırlık deneyi ... 36
3.8 Sertleşmiş Harç Deneyleri ... 36
3.8.1 Eğilme deneyi ... 36
3.8.2 Basınç deneyi ... 37
3.9 Sertleşmiş Beton Deneyleri ... 37
3.9.1 Silindir numune basınç deneyi ... 37
3.9.2 Yarmada çekme dayanımı ... 38
3.9.3 Üç noktalı eğilme deneyi ... 39
3.9.4 Özgül kırılma enerjisi belirlenmesi ... 40
3.9.5 Net eğilme dayanımı ... 40
3.9.6 Kılcal su emme deneyi ... 40
4. DENEY SONUÇLARI ve DEĞERLENDĐRMESĐ ... 43
4.1 Taze Harç Deneyi Sonuçları ve Değerlendirmesi ... 43
4.1.1 Sarsma tablası [Flow] deneyi sonuçları ... 43
4.2 Taze Beton Deneyleri Sonuçları ve Değerlendirmesi ... 44
4.2.1 Çökme (slump) ve birim ağırlık deneyi sonuçları ... 44
4.3 Sertleşmiş Harç Deneyleri Sonuçları ve Değerlendirmesi ... 44
4.3.1 Eğilme deneyi sonuçları ve değerlendirmesi ... 44
4.3.2 Basınç deneyi sonuçları ve değerlendirmesi ... 45
4.4 Sertleşmiş Beton Deney Sonuçları ve Değerlendirmesi ... 47
4.4.1 Sertleşmiş silindir numune basınç deneyi sonuçları ve değerlendirmesi .. 47
4.4.2 Elastiklik modülü deney sonuçları ve değerlendirmesi ... 48
4.4.3 Yarmada çekme deneyi sonuçları ve değerlendirmesi ... 49
4.4.4 RILEM kırılma enerjisi deneyleri sonuçları ve değerlendirmesi ... 50
4.4.4.1 Kırılma enerjilerinin değerlendirilmesi 50 4.4.4.2 Net eğilme dayanımlarının sonuçları ve değerlendirmesi 52 4.4.5 Kılcal su emme deneyi sonuçları ve değerlendirmesi ... 53
5. SONUÇLAR VE ÖNERĐLER ... 59
KISALTMALAR
YFC : Yüksek Fırın Cürufu
GYFC : Granüle Yüksek Fırın Cürufu
UK : Uçucu Kül
SD : Silis Dumanı
IAE : Internatıonal Energy Agency ACI : American Concrete Institute PÇ : Portland Çimentosu
RILEM : Réunion Internationale des Laboratoires et Experts des Matériaux NSF : Naftalin Sülfanat Esaslı Ürünler
MSF : Melamin Sülfonat Esaslı Ürünler
ASTM : American Society for Testing and Materials TSE : Türk Standartları Enstitüsü
TS : Türk Standartları
ISO : Internationl Organization for Standardization CEN : European Committee for Standardization
LVDT : Lineer Variable Differantial Transformer Transducer SA : Süper Akışkanlaştırıcı
ÇĐZELGE LĐSTESĐ
Sayfa
Çizelge 2.1 : Çimento dayanım sınıfları [15]...8
Çizelge 2.2 : Suların zararlı dereceleri için sınır değerleri [17]. ...9
Çizelge 2.3 : Puzolanların sınıflandırılması ve türleri [24]. ... 11
Çizelge 2.4 : Silis dumanı ve bazı maddelerin özgül yüzey alanları (cm2/g). ... 14
Çizelge 2.5 : Trasın kimyasal özellikleri (TS 25). ... 21
Çizelge 2.6 : Puzolanik aktivite deneyi için karışım miktarı. ... 21
Çizelge 2.7 : Sönmüş kirecin özellikleri. ... 22
Çizelge 3.1 : Portland çimentosunun fiziksel ve mekanik özellikleri. ... 24
Çizelge 3.2 : Portland çimentosunun kimyasal özellikleri. ... 24
Çizelge 3.3 : Çalışmada kullanılan agregaların özgül ağırlıkları. ... 25
Çizelge 3.4 : Çalışmada kullanılan agregaların granülometri deneyi sonuçları ... 25
Çizelge 3.5 : Beton karışımında kullnılan agrega oranları. ... 25
Çizelge 3.6 : Öğütülmüş sileks malzemesi fiziksel özellikleri. ... 26
Çizelge 3.7 : Sileks malzemesi kimyasal analiz raporu. ... 27
Çizelge 3.8 : Numunenin bileşenleri ve oranları. ... 27
Çizelge 3.9 : Polikarbosilik eter esaslı akışkanlaştırıcı teknik özellikleri [57]. ... 28
Çizelge 3.10 : Naftalin sülfonat esaslı akışkanlaştırıcı teknik özellikleri [57]. ... 29
Çizelge 3.11 : Şahit ve öğütülmüş sileks katkılı harç karışımlarında kullanılan malzeme miktarları. ... 29
Çizelge 3.12 : Tras katkılı harç karışımlarında kullanılan malzeme miktarları. ... 30
Çizelge 3.13 : Şahit ve öğütülmüş sileks katkılı betonların üretiminde kullanılan malzeme miktarları. ... 32
Çizelge 3.14 : Şahit ve tras katkılı betonların üretiminde kullanılan malzeme miktarları. ... 33
Çizelge 4.1 : Harç karışımları ve işlenebilme (yayılma) değerleri. ... 43
Çizelge 4.2 : Taze betonların slump ve birim hacim ağırlık değerleri. ... 44
Çizelge 4.3 : Beton karışımlarında kullanılan akışkanlaştırıcı miktarları. ... 44
Çizelge 4.4 : Sertleşmiş beton silindir numunelerinin 28 ve 56 günlük ortalama elastisite modülleri. ... 48
Çizelge 4.5 : 1. Saatin sonunda 28 ve 56 günlük kılcallık katsayısı değerleri. ... 55
ŞEKĐL LĐSTESĐ
Sayfa
Şekil 2.1 : Doğal agrega örnekleri ...5
Şekil 2.2 : Yapay agrega örnekleri (genleştirilmiş kil, curuf) ...6
Şekil 3.1 : Beton üretimlerinde kullanılan agrega karışımının granülometri eğrisi. .. 26
Şekil 3.2 : Harç numunesi üretim basamakları [58]. ... 31
Şekil 3.3 : Harç numunesi kalıbı. ... 32
Şekil 3.4 : Silindir ve prizma beton numunelerinin boyutları. ... 34
Şekil 3.5 : Sarsma tablası deneyi gösterimi. ... 35
Şekil 3.6 : Çökme (slump) deneyinin resimli gösterimi [60]. ... 35
Şekil 3.7 : Birim hacim ağırlık deneyi resimli gösterimi [60]. ... 36
Şekil 3.8 : Üç noktalı eğilme deneyi şematik gösterimi. ... 39
Şekil 3.9 : Kılcal su emme deney düzeneği. ... 41
Şekil 3.10 : √t Kütle artışı (m) diagramı (2 ayrı numune için örnek) [64]. ... 41
Şekil 4.1 : Sertleşmiş harç numunelerin eğilme dayanımları……….45
Şekil 4.2 : 7 ve 28 günlük sertleşmiş harç numuneleri basınç dayanımları………...46
Şekil 4.3 : 56 ve 120 günlük sertleşmiş harç numunelerin basınç dayanımları... 46
Şekil 4.4 : 28 ve 56 günlük sertleşmiş beton silindir numunelerinin basınç dayanımları ... 47
Şekil 4.5 : 28 ve 56 günlük silindir numumune elastisite modülleri (GPa) ... 49
Şekil 4.6 : 28 günlük betonlara ait dayanım-elastiklik modülü ilişkisi………..49
Şekil 4.7 : 56 günlük betonlara ait dayanım-elastiklik modülü ilişkisi………..50
Şekil 4.8 : Sertleşmiş beton prizma numunelerin 28 ve 56 günlük yarmada çekme dayanımları ………..50
Şekil 4.9 : Öğütülmüş sileks katkılı ve şahit betonların 28 günlük yük-sehim eğrileri………..51
Şekil 4.10 : Öğütülmüş sileks katkılı ve şahit betonların 56 günlük yük-sehim eğrileri ...51
Şekil 4.11 : 28 ve 56 günlük prizma numumelerin kırılma enerjileri, Gf (N/m) …..52
Şekil 4.12 : 28 ve 56 günlük prizma numunelerin net eğilme dayanımları (MPa) ...52
Şekil 4.13 : Öğütülmüş sileks katkılı ve şahit betonların 28 günlük kılcal su emme verileri ... 53
Şekil 4.14 : Tras katkılı ve şahit betonların 28 günlük kılcal su emme verileri ... 54
Şekil 4.15 : Öğütülmüş sileks katkılı ve şahit betonların 56 günlük kılcal su emme verileri ... 54
Şekil 4.16 : Tras katkılı ve şahit betonların 56 günlük kılcal su emme verileri ... 55
Şekil 4.17 : Tüm betonların 28 ve 56 günlük kılcallık katsayısı değerleri (k=1 için) 56 Şekil 4.18 : Tüm betonların 28 ve 56 günlük kılcallık katsayısı değerleri (k=24 için) ...56
SĐLEKS ve TRAS KATKILI BETON ve HARÇ KARIŞIMLARININ MEKANĐK ve FĐZĐKSEL ÖZELLĐKLERĐNĐN KARŞILAŞTIRILMASI
ÖZET
Puzolanik özelliklere sahip birçok yapay ve doğal madde, çok eski zamanlardan günümüze kadar inşaat yapım alanında ve beton üretiminde çeşitli amaçlarla kullanılmışlardır. Bu maddeler betonun fiziksel, mekanik ve durabilite özelliklerini iyileştirmek ve üretimde ekonomi sağlamak amaçlarıyla kullanılan katkı maddeleridir. Puzolanik özelliklerinin yanında, efektif bir dolgu maddesi fonksiyonu da görebilen bu maddeler bağlayıcı hamur yapısını değiştirirler. Böylece betonun çeşitli özellikleri iyileştirilirken; bilhassa puzolanik aktivitesi yüksek olan mineral katkı maddeleri, boşluk yapısını da iyileştirerek daha yoğun bir bağlayıcı hamurun oluşmasını, agrega-hamur ara yüzeyindeki aderansın artmasını sağlarlar. Bu çalışmada, mineral katkı olarak seramik sanayisinin bir atık ürünü olan sileks malzemesi ve tras kullanılmış ve sileks malzemesinin beton performansına olası katkılarının belirlenmesi amaçlanmıştır.
Her iki mineral katkı malzemesi ile üretilen harç ve betonların fiziksel ve mekanik özellikleri hem birbirleri ile hem de sadece PÇ 42.5 içeren şahit (kontrol) grup ile karşılaştırılmıştır. Çimento yerine ağırlıkça, %10, %20, %30, %40, %50 ve %60 oranlarında öğütülmüş sileks, %10, %20 ve %30 oranlarında tras ikame edilerek harç karışımları ve %10, %20 ve %30 oranlarında tras ve öğütülmüş sileks ikame edilerek beton karışımları üretilmiştir. Üretilen harç numuneleri üzerinde 7, 28, 56 ve 120. günlerde eğilme ve basınç deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sertleşmiş beton numuneler üzerinde ise 28 ve 56. günlerde eğilme, basınç, elastiklik modülü, yarmada çekme ve kapiler su emme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, öğütülmüş sileksin puzolanik aktivitesi belirlenmiştir.
Bu çalışma kapsamında üretilen harç ve beton numuneler üzerinde gerçekleştirilen mekanik ve fiziksel deneyler sonucunda, beton içerisinde mineral katkı maddesi olarak öğütülmüş sileks kullanımının, en düşük yerdeğiştirme oranı olarak seçilen %10 değerinde, mekanik ve fiziksel özellikler bakımından sileks içermeyen şahit numunelere benzer özellikler gösterdiği görülmüştür. Bunun yanında, artan diğer oranlarda öğütülmüş sileks ilave edilmesinin, belirlenen özellikleri olumsuz etkilediği görülmüştür. Puzolanik aktivitesinin yüksek olduğu bilinen tras ilaveli harç ve betonların özeliklerinin ise iyileştiği ve en iyi performansın %20 tras yerdeğiştirme oranına sahip beton karışımlarında oluştuğu görülmüştür. Öğütülmüş sileks malzemesi üzerinde yapılan puzolanik aktivite deneyleri malzemenin puzolanik özelliğinin düşük olduğunu göstermiştir. Karışımlara %10 sileks ilave edilmesi durumunda özelliklerin şahit numunelere göre çok değişmemesi, öğütülmüş sileks malzemesinin bu oranda kullanımının filler (doldurma) etkisi sağlayabildiğini düşündürmüştür.
THE COMPARISON OF THE MECHANICAL AND PHYSICAL CHARACTERISTICS OF SILEX AND TRASS MIXED MORTAR AND CONCRETE
SUMMARY
Many artificial and natural materials with pozzolanic characteristics have been used for many different purposes in construction field. These materials are used as additives to improve the durability, physical and mechanical characteristics of concrete and reducing the cost of production. They work as an effective filling material and change the structure of the binding paste and improve certain characteristics of concrete. The additives with high pozzolanic activity help improve the cellular structure, form a more binding paste and increase the adherence on the aggregate-paste interface. In this study, Silex which is a waste product of the ceramic industry and trass have been used to determine their possible contributions to the performance of concrete.
Sets of mortars and concrete have been produced with these mineral additives and they have been compared both between themselves and with the control group that contains only PC 42.5. These sets have been produced with 10% ,20%, 30%, 40%, 50% and 60% silex instead of cement and 10%, 20%, 30% trass. Bending and compression tests have been done on the mortar samples on the 7th, 28th, 56th and 120th days, while bending and compression, modulus of elasticity, tensile splitting, capillary water absorbtion tests have been done on the hardened concrete samples on the 28th and 56th days. Furthermore, the pozzolanic activity of grinded silex has been determined.
This study produced in the mortar and concrete samples can be accomplished on the mechanical and physical tests as a result, the concrete in the mineral supplements as a ground Silex use the lowest replacement rate has been chosen as 10% in value, mechanical and physical properties in terms Silex without a witness samples are similar to features that show was seen. In addition, increasing proportions of ground Silex add other specified properties were negatively affected. High activity known trass pozzolanic mortar and concrete additive improves the properties and the best performance of the displacement rate of 20% tras have been seen to occur in the concrete mix. Done on the ground Silex material experiments pozzolanic activity of the material showed low pozzolanic feature. In the case of 10% be added to the mixture of features Silex samples according to the witness not changed a lot, at this rate of use of ground Silex filler material (filling) effect suggests could provide.
1. GĐRĐŞ
Türkiye’de ve dünyada inşaat sektörünün en önemli malzemelerinden biri çimentodur. “Çimento” kelimesi, yontulmuş taş kırıntısı anlamındaki Latince “caementum” kelimesinden türemiştir. Daha sonra bu kelime bağlayıcı anlamında kullanılmaya başlamıştır. Bağlayıcı malzemelerin kullanımı çok eskilere dayanır [1]. Bağlayıcı malzemeler, agrega adını verdiğimiz mineral taneli malzemeleri birbirine bağlayarak bir anlamda yapıştırarak, yapay taş oluşumuna imkan sağlayan malzemelerdir. Bağlayıcı malzemelerin kullanımı kireç ve alçı ile başlamış, milattan önceki ve sonraki tarihlerde eski Mısırlılar ve Romalılar tarafından geniş kullanım alanları bulmuştur. Romalılar söndürülmüş kireci, volkanik küllerle ve sonraları pişirilmiş tuğladan elde edilen tozlarla karıştırarak bugünki çimentonun özelliklerine benzer bir bağlayıcı kullanmaya başlamışlardır. 1756’da su kireci Smeathon tarafından, 1818 yılında tabii çimento Vicat tarafından keşfedilmiştir [2]. Joseph Aspidin isimli bir duvar ustasının 1824 yılında kil ve kalker karışımını yeterince yüksek sıcaklıklarda pişirmeden elde etiği bağlayıcı için, Đngiltere Portland adasından elde edilen yapı taşlarını andırdığını görerek “Portland çimentosu” altında patent almıştır. 1845 yılında Isaac Johnson isimli bir ingiliz, Portland çimentosunu ilk kez yeterince yüksek sıcaklıklarda pişirilmesi sonucu öğüterek günümüzün en önemli yapı malzemelerinden Portland çimentosunu elde etmiştir [3].
1850 yılından sonra araştırmacılar su kireci, tabii çimento ve portland çimentosu gibi yüksek kaliteli bağlayıcı malzemelerle ilgili kimyasal analiz metotları geliştirerek, bu malzemelerin gerçek bileşimlerini ve kristal yapılarını ortaya koymuştur. Araştırmalara, amaca uygun özel çimento türleri geliştirilerek ve bunların hidratasyon ürünleri, hidratasyon ısısı, priz ve sertleşme, hacim genleşmesi, rötre ve sünme gibi özeliklerinin açıklanmasıyla devam edilmiştir. Son yıllarda ise bu gelişmeleri, kimyasal ve mineral katkı maddelerinin çimento ile birlikte kullanılması yenilikleri izlemiştir [2].
21. yüzyılda, çevresel değerler, çimento ve beton endüstrisinde giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Đlki 1992’de Brezilya Rio de Janerio’da ve daha sonra 1997’de
Japonya Kyoto’da düzenlenen kongrelerde, dünya toprak ve yer seviyesinde sera etkisi yaratan gazların kontrolsüz olarak atmosfere yayılmasının ve atmosferdeki zararlı gaz oranının giderek artmasının ne sosyal, ne teknolojik ne de çevresel açıdan kabul edilemeyeceği belirtilmiştir. Bu kongrelerde ilk olarak sera etkisi yaratan gazlardan CO2 emisyonu üzerinde durulmuş, daha sonra da daha az emisyona sahip
gazlar olan NOx ve CH4 gazları üzerinde durulmuştur. 21. yüzyılda dünyada yaklaşık
olarak 1.7 milyar ton çimento üretilmiştir. Bu da bize yaklaşık olarak 1,8 milyar ton CO2 gazının atmosfere yayıldığını göstermektedir. Uluslararası enerji kuruluşunun
(IAE) 1995’ te yayınladığı dünya enerjisine bakış kitabında, tüm dünyadaki kaynaklardan atmosfere yayılan CO2 miktarı yaklaşık olarak 21,6 milyar ton olarak
açıklanmıştır. Bu verilere göre atmosfere bir yılda yayılan CO2 gazının yaklaşık
olarak %7’si çimento sektörü tarafından üretilmektedir. Ülkelerin sera etkisi oluşturan gaz emisyonlarını sınırlayan kurallar koyması, çimento endüstrisini, öğütülmüş çimentoların içine konabilecek veya ayrı olarak beton tesisinde karışıma katılacak ikincil bağlayıcı maddeleri aramaya ve kullanmaya itmiştir.
Çimento üretiminde kullanılan katkı malzemelerinin çoğunluğunu, puzolanik özelliğe sahip olanlar meydana getirmektedir. Silisli veya silisli ve alüminli yapıda olup kendi başlarına bağlayıcı özelliğe sahip olamayan, ancak ince öğütülmüş halde, normal sıcaklıkta ve rutubetli ortamlarda sönmüş kireçle reaksiyona girip bağlayıcı özelliğe sahip bileşenler oluşturan malzemeler puzolanlar veya puzolanik malzemeler olarak isimlendirilmektedir [4].
Puzolanlar, doğal ve yapay olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Doğal puzolanlar, volkanik kül, tras gibi volkanik orjinli ve diyatomit gibi silisli kavkıların çökelmesi sonucunda oluşan malzemelerdir. Yapay puzolanlar ise genellikle bir ısıl işlem neticesinde elde edilen silis dumanı, uçucu kül (UK), yüksek fırın cürufu (YFC) v.b. gibi atık malzemeler veya özellikle ısıl işleme tabii tutulan kil, şeyl, v.b. malzemelerdir. Doğal puzolanlar ekseriye genç volkanik kayalardır. Yapay puzolanlar, kömürlü güç santralleri tarafından üretilen kül içermektedir [5].
Bilindiği gibi çimento, beton üretiminde kullanılan en pahalı bileşen konumundadır. Çimentoların teknik özellikleri ve miktarı, betonun performansına ve ekonomisine etki etmektedir. Bu yüzden puzolanik malzemeler betonun maliyetini azaltmak ve çeşitli özelliklerini iyileştirmek amacıyla ya doğrudan katkı maddesi olarak yada çimentonun bir kısmını ikame etmek üzere betona katılmaktadır [5].
Türkiye, puzolanik malzemeler bakımından oldukça önemli kaynaklara sahiptir [6]. Puzolanların en yaygın kullanımı, çimento endüstrisinde gerçekleşmektedir. Çimento üretiminde doğal bir puzolan olan tras ve yapay bir puzolan olan UK kullanımı diğer puzolanlara göre daha fazla miktardadır. Geçen yıllarda ülkemizde üretilen çimentoların yaklaşık 1/3’ü “Traslı Çimento” dan oluşmaktadır [7]. Nitekim birçok Akdeniz ülkesinde de benzer uygulama söz konusudur [6]. Ülke ekonomisine sağlayacağı katkıyı düşünerek, tras içeren çimentoların özelliklerini inceleyen çalışmaların sayısında son yıllarda artış bulunmaktadır. Bu tez kapsamında da karşılaştırma amaçlı tras içeren harç ve beton karışımları üretilmiştir.
Günümüzde, çimento endüstrisinde ekonomik olarak kabul edilebilir, çevre dostu, portland çimentosu üretebilme ufku üzerine daha önemli yeni teknolojiler bulunmamaktadır. Bu durum, endüstriyel atık olarak bakılan ve portland çimentosuyla birlikte kullanılabilecek malzemelerin dikkate alınması ve puzolanik özellik taşıyıp taşımadığının anlaşılması konularında yapılacak araştırmalara hız kazandırmıştır. Bu tez kapsamında seramik sanayisinin atık ürünü olan sileks malzemesi ile üretilmiş harç ve betonların fiziksel ve mekanik özelliklerinin araştırılması ve bu malzemenin beton performansına olası katkılarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada ayrıca doğal bir puzolan olan tras da kullanılmış ve her iki katkı maddesi ile üretilen beton ve harçların fiziksel ve mekanik özellikleri karşılaştırılmıştır.
2. KURAMSAL TEMELLER ve KAYNAK ARAŞTIRMASI
2.1 Beton ve Beton Bileşenleri
Agrega (kum, çakıl), çimento, su ve gerektiğinde kimyasal ve mineral katkı maddelerinin karıştırılmasıyla elde edilen başlangıçta plastik kıvamda olup zamanla çimentonun hidratasyonu sonucu katılaşıp sertleşen kompozit yapı malzemesine “beton” denir [8].
2.1.1 Agregalar
Betonun ana iskeletini oluşturan, toplam hacmin yaklaşık % 60-80 oranlarında yer işgal eden mineral kökenli, taneli malzeme, “agrega” olarak isimlendirilir. Amerikan standartlarından ASTM D8’ e göre agrega, “Harç veya beton oluşturmak amacıyla bir bağlayıcı madde ile veya temel tabakaları, demiryolu balastlarında, vb. işlerde tek başına kullanılan kum, çakıl, cüruf ya da kırmataş gibi mineral kompozisyonlu granüler (taneli) bir malzemedir” şeklinde tanımlamaktadır [9, 10].
Agregalar elde edilişine göre doğal ve yapay agrega olarak ikiye ayrılır. Doğal agrega, kum ocaklarından, dere yataklarından ya da deniz kıyısından elde edilir. Şekil 2.1’de doğal agrega örnekleri gösterilmektedir.
Şekil 2.1 : Doğal agrega örnekleri [60].
Yapay agrega ise taşların, bu iş için üretilmiş araçlar (konkasör) ile kırılmasıyla mekanik olarak üretilir. Đnşaat mühendisliğinde beton harcından yol kaplamasına (tüenan agrega) kadar çok geniş bir kullanım alanı vardır. Đmalat ürünü agregalar
nispeten yeni malzemelerdir. Tipik olarak bunlar hafif ağırlıklı olup, genellikle hafif beton imalatında tercih edilmektedir. Yüksek fırın cürufu en yaygın olarak kullanılan agrega türüdür [11]. Yapay agrega örnekleri Şekil 2.2’de gösterilmektedir.
Şekil 2.2 : Yapay agrega örnekleri (genleştirilmiş kil, curuf) [60].
Agreganın çimento ile genellikle kimyasal etkileşime girmesi istenmez. Çimento hamuru ile agrega arasındaki bağlantı fiziksel ve mekanik özellik taşır. Bu bağlantıya “aderans” adı verilir. Genel olarak beton karışımlarında, çimento hamuru ile aderansı (bağlanması) iyi olan, çimento ile hasar verici yönde kimyasal reaksiyonlara girmeyen, uygun granülometriye ve yeterli dayanım ve dayanıklılık özelliklerine sahip agregaların kullanılması önemlidir. Aynı zamanda agrega tane çapının (Dmaks)
büyük seçilmesi, agrega taneleri arasındaki boşluk hacminin azalmasına neden olacağından beton içindeki toplam agrega fazının yükselmesine ve dolayısıyla bunların arasını doldurmak için gerekli olan hamur miktarının azalmasına neden olacaktır. Böylece kompasitesi yüksek ve düşük su/çimento oranlı betonların üretilmesi mümkün olacaktır. Bu sayede, betonların mukavemetinde önemli bir artış sağlanabilir. Diğer taraftan, agrega çapının arttırılması yönünde fazla ilerlemek, bu karakteristiğin işlenebilme özelliğini azaltması bakımından elverişli değildir [9]. Agregalarda aranan en önemli özellikler şunlardır:
Sert, dayanıklı ve boşluksuz olmaları,
Zayıf taneler içermemeleri (deniz kabuğu, odun, kömür v.b.) Basınca ve aşınmaya mukavemetli olmaları,
Toz, toprak ve betona zarar verebilecek maddeler içermemeleri, Yassı ve uzun taneler içermemeleri,
Agregada silt ve kil olmaması,
Donatının korozyona karşı korunmasını tehlikeye düşürmemelidir.
Agregaların fiziksel özellikleri denildiğinde başlıca şu özellikler ön plana çıkar; birim ağırlık, özgül ağırlık, kompasite, boşluk oranı, agreganın su emme kapasitesi ve mevcut rutubet durumu, donma-çözülme ve diğer fiziksel etkilere karşı dayanıklılık [9].
Agregalarda aranılan en önemli özelliklerden biri, mekanik mukavemetlerinin bunların içinde özellikle basınç mukavemetinin yüksek olmasıdır. Betonda kullanılacak agreganın basınç dayanımının en az 600 kgf/cm2 olması istenir. Yol ve hava meydanlarındaki beton, çarpma ve aşınma etkisi altındadır. Betonun bu etkilere dayanabilmesi için, yapımında kullanılan iri agreganın özellikle aşınmaya ve çarpmaya karşı yüksek mukavemete sahip olması istenen bir özelliktir [9].
Betonda kullanılan agregalar TS 706 EN 12620’ ye uygun olmalıdır [12]. 2.1.2 Çimento
Çimento kelimesi, yontulmuş taş anlamındaki Latince (caementum) sözcüğünden türetilmiştir. Kelime olarak ise çimentonun Türkçe’ye Đtalyanca’daki bağlamak veya bağ anlamına gelen “çimento” kelimesinden geldiği tahmin edilmektedir. Çimento, başlıca silisyum, kalsiyum, alüminyum ve demir oksitleri içeren hammaddelerin sinterleşme derecelerine kadar pişirilmesi ile elde edilen yarı mamul madde olan klinkerin, tek veya daha fazla katkı maddesi katılarak öğütülmesi ile üretilen hidrolik bağlayıcı maddelere denir [13].
Genel anlamda ise havada ve suda sertleşen bağlayıcı özellikte maddelerdir. Sertleştikten sonra suya karşı dayanıklı olup, esas kısmı silisyum, kalsiyum, alüminyum ve demir oksitlerin bileşiklerinden meydana gelerek dayanım ve hacim sabitliği bakımından belirtilmiş normlara uygun değerlerdedir [13].
Çimento üretimi kompleks bir işlemdir ve büyük tesislere ihtiyaç göstermektedir. Çimentonun temel maddeleri, kireç taşı ve kildir. Kireç bir bazdır ve silis, alümin ve demiroksitle birleşme özelliği vardır. Kil, saf olmayan alüminyum, kalsiyum ve demir silikattır. Çimento üretiminde amaç, bu maddeleri belirli oranlarda karıştırmak ve yüksek sıcaklıkta (1400-1500 °C) pişirmektedir. Yüksek sıcaklıkta temel maddeler değişikliğe uğrar. Kireç taşından CaO, kilden SiO2, Al2O3, Fe2O3 meydana
gelir. Bu maddeler, yine yüksek sıcaklıkta aralarında birleşerek çimentoya bağlayıcılık özelliği kazandıran silikat ve alüminatları meydana getiriler. Çimento üretiminde hammadde olarak, klinkere % 3-6 oranında alçı taşı (CaSO4, 2H2O)
katılarak birlikte öğütülür. Alçı taşının görevi, çimentoda priz süresini ayarlamaktır. Klinkere öğütme sırasında katkı maddesi olarak %2-3 gibi az bir oranda, kireç taşı da katılmaktadır. Kireç taşı klinkerden daha kolay öğütülebilen bir malzemedir. Böylece klinker daha iri, kireç taşı taneleri daha ince olur ve taneler arasındaki boşlukları doldurarak çimentonun mukavemetini ve işlenebilirliğini artırır, kolay yayılmasını sağlar [14].
Çimentolar üretim esnasında kullanılan hammaddelerin bileşim, nitelik ve uygulanan teknoloji ile pişme durumları ve katkı maddelerine göre kendilerine has özellikleri olan çeşitli gruplara ayrılırlar [13]. TS-EN 197-1 “ Çimento Bölüm 1: Genel Çimentolar-Bileşim, Özellik ve Uygunluk Kriterleri” [15] standard kapsamında 27 farklı genel çimento beş ana tipte olmak üzere gruplanmıştır.
CEM I Portland Çimentosu
CEM II Portland-Kompoze Çimento CEM III Cüruflu Çimento
CEM IV Puzolanlı Çimento CEM V Kompoze Çimento
Çimento dayanım sınıfları altıya ayrılmıştır. Bu sınıflandırmada, 28 günlük minimum basınç dayanımı değerinin yanında belirtilmiş olan “R” harfi, erken dayanım koşulu getirmektedir. Çizelge 2.1’de TS EN 197-1 standardındaki dayanım sınıfları ve basınç dayanımı sınırları verilmiştir.
Çizelge 2.1 : Çimento dayanım sınıfları [15].
Dayanım Sınıfı
Basınç Dayanım Sınırları (N/mm2) 2 Gün 7 Gün 28 Gün 32.5R ≥ 10 ≥ 32.5, ≤ 52.5 42.5 ≥ 10 ≥ 42.5, ≤ 62.5 42.5R ≥ 20 ≥ 42.5, ≤ 62.5 52.5 ≥ 20 ≥ 52.5 52.5R ≥ 30 ≥ 52.5
TS EN 197-1 standardında 32.5 ve 42.5 dayanım sınıfı çimentolar için ilk priz süresi en az 60 dakika, 52.5 dayanım sınıfı çimentoların ise en az 45 dakika olarak belirlenmiştir.
Çimentonun gelişmesi ve ekonomik ömrünün artması, portland çimentosunun ve betonun en önemli ve temel inşaat malzemesi olarak bilinmesinden sonra anlaşılarak hızlanmıştır. Betonun yerini alabilecek nitelikte kolay ve ucuz kullanımlı malzeme henüz bulunamamıştır. Görünen o ki daha uzun yıllar çimentonun önemi devam edecektir.
2.1.3 Su
Kural olarak içilebilen bütün sular, beton üretiminde endişe duyulmadan kullanabilirler. Ancak her zaman bu özellikte su bulmak mümkün olmayabilir. Beton karma suyu asidik olmamalıdır. Yani, pH derecesi 7 ve 7’ nin altında olmamalıdır. Çizelge 2.2’de belirtilen madde ve özelliklerden biri zararlı etki düzeyine ulaşıyor ise, suyun zararlı etkinlik derecesinin tayininde bu düzeye ait değer esas alınır. Đncelenen özelliklerden iki veya daha fazlasının söz konusu olması halinde, aralarında en yüksek zararlı etkinlik derecesine karşılık gelen değer esas alınarak zararlı etkinlik derecesi tayin edilir [16-17].
Çizelge 2.2 : Suların zararlı dereceleri için sınır değerleri [17]. Sıra No Đncelenen Özellikler Zaralı Etkinlik Derecesi
Zayıf Kuvvetli Çok Kuvvetli 1 pH Değeri 6.5 – 5,5 5.5 – 4,5 < 4,5 2 Kireç Çözücü (CO2 mg/L)
15 - 30 30 – 60 > 60 (Heyer Mermer deneyi ile)
3 Amonyum (NH4 +) mg/L 15 -30 30 - 60 > 60 4 Magnezyum (Mg 2+) mg/L 100 - 300 300 - 1500 > 1500 5 Sülfat (SO4 +) mg/L 200 - 600 600 - 3000 > 3000 Beton üretiminde kullanılan karma suyu;
Bağlayıcı maddenin hidratasyonunu sağlar, Đnce ve iri agrega tanelerini ıslatır,
Beton tasarımlarında su miktarının uygun seçilmesi betonun dayanım ve dayanıklılık özelliklerini belirleyen en önemli parametreleren birisidir. Çimento, kum ve iri agrega kullanarak belirli bir hacimde beton üretimi istendiğinde en uygun olan bir optimum su miktarı vardır ki, bu miktar suyun kullanılmasıyla mukavemeti maksimum olan beton elde edilir [14].
Beton karışımında, çimento ağırlığının % 36-42’ si arasında karma suyu kullanılması çimentonun hidratasyonu için yeterlidir. Bundan fazla su, betonun işlenebilme özelliği için gereklidir. Karışım suyu miktarı, çimentonun inceliği ve agregadaki çok ince malzeme miktarı ile doğru orantılıdır. Kimyasal olarak bağlanamayan su, betonda rötreye ve istenmeyen boşluklara neden olur [18].
2.2 Puzolanlar
2.2.1 Puzolanların tanımı ve sınıflandırılması
Yalnız başına kullanıldıkları zaman bağlayıcı olmayan fakat kireç veya çimento ile karıştırıldığı zaman su ile yaptığı reaksiyon sonunda bağlayıcı madde özelliği kazanan maddelere “puzolan” denilmektedir. Puzolan denilen maddelerin içinde fazla miktarda koloidal halde silis ve alümin bulunmaktadır. Bu tanıma uyan bir çok malzeme bulunduğu gibi, birçok endüstri atığı mineral madde de puzolanik özellikler göstermektedir. Bu maddelerin kireçle yapmış olduğu reaksiyon sonunda puzolan bağlayıcılık özelliği kazanmaktadır [14, 19, 20, 4].
Puzolanlar, ilk olarak eski Romalılar devrinde, bundan yaklaşık olarak 2000 yıl öncesinden itibaren söndürülmüş kireç ile birleştirilerek hidrolik bağlayıcı olarak kullanılan ve adını ilk olarak kullanıldığı Đtalya’daki Vezüv yanardağı eteklerindeki Pozouli kasabasından puzolan olarak alan volkanik küllerdir [17].
Puzolanik özelliklere sahip birçok yapay ve doğal madde, çok eski zamanlardan günümüze kadar inşaat yapım alanında ve beton üretiminde çeşitli amaçlarla kullanılmışlardır. Betonun temel bileşenlerinden olmayan bu maddeler, gelişen beton teknolojisinde betonun çeşitli fiziksel, mekanik ve durabilite özelliklerini değiştirmek ve üretimde ekonomi sağlamak amaçlarıyla kullanılan bir tür katkı maddeleridir. Efektif bir dolgu maddesi fonksiyonu görebilen bu maddeler, puzolanik aktiviteleri nedeniyle hidratasyon ürünlerinin oluşumunda etkinlik göstererek bağlayıcı hamur yapısını değiştirirler. Böylece betonun çeşitli özellikleri iyileştirilirken; bilhassa
puzolanik aktivitesi yüksek olan mineral katkı maddeleri, boşluk yapısını da iyileştirerek daha yoğun bir bağlayıcı hamurun oluşmasını, agrega-hamur ara yüzeyindeki aderansın artmasını sağlamaktadır [21].
Puzolanların portland çimentolu betonda kullanılması, su geçirimsizliğinin artması, hidratasyon ısısının düşmesi ile termal çatlakların azalması, alkali-agrega reaksiyonu ile oluşan çatlamalara karşı dayanımın artması, işlenebilirliğin artması ve sülfat ve asit ortamlarında direncin artması gibi beton durabilitesini iyileştirici yönde katkılar sağlamaktadır[22].
Mineral katkı maddeleri, aynı zamanda, taze betonun işlenebilme ve su ihtiyacı ile reolojik özellikleri ve terleme, ayrışma, hava sürüklenme, hidratasyon ısısı ve plastik rötre gibi özelliklerine de etki ederler. Mineral katkılar, sertleşmiş betonun mekanik özelliklerine ve durabilitesine de oldukça olumlu etki yaparlar. Mukavemetler ve mukavemet kazanma hızı ile elastisite modülü, sünme ve rötre mineral katkı kullanımından etkilenir. Mineral katkı maddelerinin beton özeliklerine olan etkilerinin yönü ve şiddeti çoğu zaman katkının cinsi, kullanım miktarı, kullanım yöntemi, fiziksel, kimyasal ve puzolanik özellikleri gibi faktörlere bağlıdır [23]. Puzolanlar elde edilişlerine göre doğal ve yapay olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Her bir gruba giren puzolan türleri Çizelge 2.3’te verilmiştir.
Çizelge 2.3 : Puzolanların sınıflandırılması ve türleri [24]. Doğal Puzolanlar Yapay Puzolanlar
Volkanik küller Uçucu kül Volkanik tüfler Silis dumanı Volkanik camlar
Granüle yüksek fırın cürufu
Isıl işlem görmüş
küller Pirinç kabuğu külü
Diatomlu topraklar Pişirilmiş kül
Opalin silika Demirli olmayan cüruf
Ülkemizde volkanik tüf karakterli puzolanlara tras denilmektedir. Fakat son yıllarda traslı ve katkılı çimentolara verilen önemin artmasıyla Puzolan ismi de gerçek anlamına kavuşmuştur. Ülkemizde Đç Anadolu, Đç Ege, Marmara, Karadeniz, Akdeniz Bölgelerinde bol miktarda tras kaynakları bulunmaktadır. Türkiye jeoloji haritasında 155000 km2 alanı kaplayan volkanik kayaç oluşumlarının varlığı görülmektedir ki bu alan, Türkiye yüzölçümünün hemen hemen 1/5’i kadardır. Bu
değerlere göre ülkemiz, tras hammaddesi bakımından oldukça zengindir. Diğer taraftan, 1985-1990 yılları arasında üretilen çimentoların % 14,6’lık kısmı traslı çimento iken, bu oran 1992-1993 yılları için % 36,31’e çıkmıştır [23].
19. yüzyılın sonlarında Portland Çimentosunun (PÇ) keşfedilmesiyle puzolanik çimentonun pratik kullanımında azalma görülmüştür. Ülkemizde, 1950 yılından sonra PÇ ile puzolanik madde kombinasyonlarının kullanılmasının beton ve harçların bağlayıcılık özellikleri üzerine yararlar sağladığı görülmüş ve puzolanlar, çimento malzemesi olarak kabul edilmiştir.
2.2.2 Doğal puzolanlar
Doğal puzolanlar, başlangıcından sonra az veya çok değişikliğe uğramış volkanik kökenli doğal tortul kayaçlardan oluşurlar. Doğal puzolanlar; piroklastik kayalar (volkan tüfleri, diyatomit, tras, killi maddeler ve zeolitli maddeler v.b.), değişik orjinli maddeler (beyaz Đtalyan toprakları) ve kırıntı taşlar olarak sınıflandırılmaktadır. Bu tip puzolanik maddeler, öğütülerek kullanıldığı gibi bazıları doğal olarakta kullanılmaktadır [21, 25]. Betonda puzolanların kullanılabilmesi için SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 toplamı % 70’den büyük veya eşit olmalıdır. Puzolanların
içindeki serbest kireç miktarının % 4’den fazla olmaması istenir.
Yapılan çalışmalar [26, 27], CaO, MgO ve SO3 gibi bazı zararlı maddelerin hacim
genleşmesini tetikleyen etkenler olduğunu ortaya koymaktadır. Bu zararlı maddelerin çimentoda belli sınırların altında tutulmaları gerekmektedir. CaO miktarı kütlece %3, MgO miktarı ise kütlece % 4,5’ten fazla olmamalıdır. Đşte bu noktada doğal puzolanlar, inceliklerine bağlı olarak bu zararlı maddelerle tepkimeye girmekte ve bunların çimento içerisindeki oranlarını düşürmektedir.
Doğal puzolanlar dünya’nın belirli bölgelerinde bulunmakta olup özgül ağırlıkları 2000 ile 2200 kg/m3 arasındadır ve çoğunlukla katkılı portland çimentosu üretiminde kullanılmaktadır. Bu tür çimentoların kullanımıyla betonda önceden belirlenmiş oranlarda puzolan kullanılmış olmaktadır.
Doğal puzolanların büyük bir bölümü, volkanik orjinli malzemelerdir. Volkanik püskürme sırasında silisli ve alüminli malzemelerden oluşan eriyik durumundaki magma, yüzeye alev olarak çıkarak çok çabuk soğuma gösterdiği takdirde, camsı (amorf) yapıya sahip olmaktadır. Püskürme esnasında gazların da bulunması, malzemenin gözenekli yapıya ve çok büyük yüzey alanına sahip olmasına neden
olmaktadır. Yüzey alanının büyük olması ve düzensiz yerleşim göstermelerinden dolayı, alüminli silisler, sulu ortamlarda kalsiyum iyonlarıyla kolayca reaksiyona girebilmektedir. Volkanik püskürmenin çok hızlı yer alması, malzemenin daha amorf yapıya ve daha yüksek puzolanik aktiviteye sahip olmasına yol açmaktadır [22, 24]. 2.2.3 Yapay puzolanlar
Yapay puzolanlar, kil şist, gibi doğal maddelerin kalsinasyonu sonucu oluşan puzolanlardır. Bunlar da doğal puzolanlarda olduğu gibi SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO,
MgO v.b. oksit bileşenleri içerir. Ancak bu oksitler, reaksiyon sonucu oluştuğu için bunlara “yapay puzolan” denir. Bileşimindeki SiO2’ nin oranı ve aktifliği puzolanın
aktifliğini belirler. Endüstri atığı puzolanlar, diğer maddelerin üretim artıklarından elde edilirler. Örneğin demir çelik endüstrisindeki font üretiminden atık olarak cüruf, termal elektrik güç santrallerindeki öğütülmüş ocak kömürü ve fosil yakıtların yakılmasından uçucu kül, metal silis, ve silis alaşımlarının üretiminden silis dumanı elde edilir. Bu tez çalışması kapsamında kullanılan öğütülmüş sileks malzemesi Çanakkale Seramik fabrikasından temin edilen seramik sanayisi atık ürünüdür. Ayrıca çok yaygın olmamakla birlikte pirinç kapçığı, buğday sapı, fındık yeşil kabuğu gibi tarım artığı maddelerin yakılması ile de puzolan malzeme elde edilir [28].
2.2.3.1 Silis dumanı
Silisyum metalinin veya alaşımlarının elde edilmesi için yüksek saflıktaki kuvars elektrik fırınlarında yaklaşık 2000 ˚C sıcaklıkta kömürle indirgeme işlemine tabi tutulmaktadır. Bu işlem esnasında büyük bir miktarı SiO’dan oluşan gaz oluşmaktadır. SiO’nun, fırının nispeten soğuk kısmında havadaki oksijenle hızlı bir şekilde soğuması sonucunda, camsı yapıdaki SiO2 parçacıkları oluşmaktadır. Bu
parçacıklar fiber filtrelerden geçirildikten sonra yoğunlaştırılmış silis dumanı parçacıkları elde edilmektedir [9, 29].
Yüksek oranda amorf, silisyum dioksit içerdiği ve çok ince olduğu için puzolanik özelliğe sahiptir. Bu ürünün beton teknolojisinde kullanımı başta Kanada ve A.B.D olmak üzere bütün dünyada artmaktadır. Silis dumanının beton özelliklerine etkilerinin araştırıldığı ilk deneysel araştırmalar, Norveç Teknoloji Enstitüsü tarafından yapılmış, ilk makaleler 1983 yılında yayınlanmıştır. Silis dumanın inşaat sektöründe kullanıldığı ilk yapı, Đsveç’teki Tjörn köprüsüdür [30].
Silis dumanı içerisinde silis miktarı % 85-98 arasındadır. Karbon (geriye kalan yanmamış kömür), Fe2O3, Al2O3, MgO ve alkaliler (Na2 ve K2O) çok az miktarda
bulunmaktadır. Silis dumanı yoğunlaşmış silis dumanı veya genelde “Mikro silis dumanı” olarak adlandırılır [31]. Silis dumanı ile birlikte bazı malzemelerin özgül yüzey alanları (cm2/g) Çizelge 2.4’te karşılaştırılmıştır [32].
Çizelge 2.4 : Silis dumanı ve bazı maddelerin özgül yüzey alanları (cm2/g).
Malzeme Blaine (cm2/g) Normal Portland Çimentosu 3000 cm2/g
Uçucu Kül 4000-7000 cm2/g Tütün Külü 100000 cm2/g Silis Dumanı 200000 cm2/g
Düşük dozlu betonlarda ve SD’nın çimentonun %5’i dolayında katılması durumunda su ilavesine gerek kalmayabilir. Fakat normal olarak SD katkısı akışkanlaştırıcı veya süper akışkanlaştırıcı katkıları ile birlikte kullanılmalıdır. Böylece SD katkısı artsa bile su miktarını arttırmadan ve hatta azaltarak aynı işlenebilirliği sağlamak mümkün olmaktadır [33]. Kimyasal akışkanlaştırıcı katkı maddelerinin silis dumanı ile kullanımı, silis dumanı tanelerinin hamur içerisinde dağılmasını sağlamak bakımından da önemlidir. Topaklanmış halde kalan silis dumanı topakları, ileride alkali silis reaksiyonu gibi istenmeyen reaksiyonların meydana gelmesine neden olabilir.
SD’nın çok ince taneli olması taze beton içerisindeki suyu daha iyi tutmasına ve bu nedenle betonun daha az terleme göstermesine yol açmaktadır. Terlemenin az olması, betonun yüzeyinin düzeltilme işlemine daha erken başlanabilmesine imkan verebilmektedir [24]. Ayrıca taze betonda terleme azaldığı için plastik rötre eğilimi artmaktadır. Bu nedenle, silis dumanının maksimum %10-15 arasındaki oranlarda kullanımı, istenen iyileşmenin sağlanması açısından yeterli olduğu belirtilmektedir. Rao (2003) [34], harçlarda SD katkısının artmasıyla priz başlangıç sürelerinin de azaldığını ve az miktarda SD katkısının priz sürelerinde pek bir etki yapmadığını söylemektedir. Bununla birlikte yüksek miktarda SD katkısının, harçların priz başlama sürelerini önemli derecede azalttığını ve %30 SD katkısının priz başlama süresinin sadece 30 dakika olduğunu belirtmektedir. Ayrıca SD’nın, harçların priz sona erme sürelerini etkilemediğini de ifade etmektedir.
SD’ nın hidratasyon ısısı UK ve GYFC’a göre çok yüksektir [35]. SD ve süper akışkanlaştırıcı, betonun hidratasyonunu farklı şekilde etkilerler. SD, çimento hidratasyonunu hızlandırırken, süper akışkanlaştırıcıların geciktirdiği kaydedilmiştir [36].
SD’ nın çok ince taneli olması ve yüksek oranda SiO2 içermesi nedeni ile puzolanik
reaksiyonların çok erken yaşlarda başlamasına sebep olmaktadır. Puzolanik reaksiyonların çimentonun hidratasyonunun başlangıcından hemen 1 gün sonra başladığını, 3. günden sonra belirgin hale geldiğini ve 28. günde büyük ölçüde tamamlandığını çeşitli araştırmalar göstermiştir [37].
SD’ nın kısmen çimento yerine kullanılması ile beton dayanımında artış sağlanmaktadır. Bu artış çimento hamurunun özelliklerinin ve hamur fazı ile agrega fazı arasındaki bağın iyileşmesi sonucudur. SD, çimento taneleri, kum taneleri ve hamur fazı ile agrega taneleri arasındaki boşlukları doldurmaktadır. Bu olay filler etkisi olarakta adlandırılmaktadır [38].
2.2.3.2 Uçucu kül
Birçok termik santralde, elektrik üretimi için gerekli enerjiyi sağlayabilmek amacıyla, yakıt olarak pulverize kömür kullanılmaktadır. Dolayısı ile atık malzeme olarak değişik karakterlerde küller elde edilmektedir. Pulverize kömürün yanmasıyla ortaya çıkan küllerin bir kısmı ocak tabanında birikirken yaklaşık %75-80’i gazlarla birlikte bacadan dışarıya sürüklenmektedir. Bu küllere “uçucu kül” veya “yakıt külü” denilmektedir [39].
TS 639’a göre uçucu kül, toz halinde veya öğütülmüş taş kömürü veya linyit kömürünün yüksek sıcaklıklarda yanması sonucunda oluşan ve baca gazları ile sürüklenen, silis ve alümino silisli toz halinde bir yanma kalıntısı olarak tanımlanır. Uçucu küller içerdikleri SiO2, Fe2O3, Al2O3 miktarına bağlı olarak ASTM C618
standardına göre F ve C olarak iki genel sınıfa ayrılmaktadır. Üç temel bileşen olan SiO2, Fe2O3 ve Al2O3’in toplamları %70 veya daha fazla ise uçucu kül teknik olarak
F sınıfı kül olarak adlandırılır. C sınıfı uçucu küllerde önemli oranda CaO bileşeni bulunduğundan SiO2, Fe2O3, Al2O3 bileşenleri toplamı %50’den büyük olması
gerekmektedir. F sınıfı küllerin esas aktif bileşeni silisli veya alümina silikatlı cam olup bitümlü kömürden elde edilmektedir. C sınıfı küllerde ise aktif bileşen kalsiyum alümina silikattır ve linyit kömürünün yanması ile elde edilmektedir [40].
TS EN 197-1’e göre uçucu küller silissi (V) veya kalkersi (W) olak üzere iki gruba ayrılırlar. Silissi uçucu külün puzolanik özellikleri vardır. Kalkersi uçucu külün ise hidrolik özelliklerine ilaveten puzolanik özellikleri de olabilmektedir.
UK’lı betonların işlenebilmesi, katkısız betonlarınkinden daha iyi olmaktadır. UK’nın yoğunluğunun PÇ’nin yoğunluğundan daha az olması nedeniyle, çimento ağırlığının bir bölümünün yerine UK kullanıldığında betondaki bağlayıcı hamurun hacmi artmaktadır. Daha büyük hacme sahip bağlayıcı hamur, taze betondaki agrega tanelerinin arasını daha iyi doldurmakta ve plastiklik sağlamaktadır. Ayrıca UK tanelerinin küresel şekilli olması, iç sürtünmeyi azaltmakta, betonun akıcılığını artırmaktadır [23].
UK’larin ince ve küresel taneciklerden meydana gelmesi terleme ve ayrışmayı azaltan bir faktördür. Agregalar arasına yerleşen UK tanecikleri kapiler kanalların daralmasına neden olarak bu etkiye yaratırlar [41].
UK katkılı betonlarda daha az PÇ yer aldığından, bu tür betonların hidratasyon ısıları, katkısız betondakinden daha az olmaktadır. Katkı maddesi olarak UK kullanılmasının beton dayanımına etkileri, ince taneli doğal puzolan etkisine benzemektedir. Normal olarak, ilk zamanlarda, UK’lı betonun dayanımı katkısız beton dayanımına kıyasla biraz daha düşük olmaktadır. Ancak nihai dayanım oldukça yüksektir. Đlk günlerdeki dayanım artışı, UK inceliğine ve tipine göre değişiklik göstermektedir [24].
Çimentonun, UK ile %50 ve %70 gibi yüksek oranlarda ağırlıkça yer değiştirmiş olmasına rağmen, silindirle sıkıştırılabilen betonlara ait çekme ve basınç dayanımlarının oldukça yüksek çıktığı, nedeninin ise, su/bağlayıcı malzeme oranlarında oldukça düşük olması ve kompasitenin bu su/bağlayıcı oranlarında maksimum değerine ulaşmasından kaynaklandığını belirtmektedir [42].
UK ikameli harçların 7 ve 28 günlük porozite ve gözenek dağılımları UK içermeyen kontrol harca göre daha fazla olmaktadır. Bunula birlikte 90 ve daha ileriki günlerde, daha çok puzolanik reaksiyon sonucu nedeniyle boşluklar yavaş yavaş dolarak poroziteleri kontrol betonunun porozitesine yaklaşmaktadır [43].
Betonda geçirimlilik bağlayıcı malzeme miktarına, su içeriğine, agrega ve tane dağılımı, kür koşulları gibi değişkenlere bağlıdır. Uçucu küller puzolanik özellikleri nedeniyle oluşturdukları C-S-H jelleriyle kalsiyum hidroksitin çözülmesi riskini
azaltır ve geçirimliliği de azaltmış olur. Uçucu kül sadece su geçirimsizliğini artırmakla kalmaz, ayrıca gaz geçirimliliği (O2, CO2, Cl) niteliklerini de büyük
oranda iyileştirir. Marusin, %25 UK içeren betonlarda rutubetli kür süresi arttıkça klor geçirgenliğinin azaldığını gözlemlemiştir [44].
Türkiye’de UK üretimi ve kullanımı 1960’lı yıllarda başlamıştır. Bu yıllarda yayınlanan bir çalışmada, Türkiye’de UK üretiminin 400,000 ton civarında olduğu belirtilmiştir [45]. Bu tarihlerde D.S.Đ’nin öncülüğünde, Tunçbilek UK’leri üzerinde yapılan araştırmalar sonucunda, bu külün Gökçekaya ve Porsuk baraj inşaatlarında kullanılması planlanmış, ayrıca prefabrik kanalet üretiminde de UK kullanılması uygun görülmüştür.
2.2.3.3 Yüksek fırın cürufu
Ham demir üretiminde atık malzeme olarak elde edilen yüksek fırın cürufu (YFC) yüksek fırınlarda, daha hafif olmasından dolayı, ham demirin üstünde yer alır. Demir filiz gangı, kok ve kireç taşının yanma sonrası atıkları YFC’yi meydana getirirler [10, 46]. Granüle yüksek fırın cürufu, ergimiş cürufun hızla soğutulması ile elde edilir, kütlece en az 2/3 oranında camsı cüruf ihtiva eder ve uygun şekilde aktifleştirildiğinde hidrolik özellikler gösterir.
Granüle YFC’nin kütlece en az 2/3’ü CaO, MgO ve SiO2 toplamından ibaret
olmalıdır. Geri kalan kısmı az miktarda diğer bileşiklerle Al2O3 ihtiva eder. Kütlece
(CaO+MgO)/ (SiO2) oranı 1,0’ dan fazla olmalıdır.
Öğütülmüş GYFC’nun katkı maddesi olarak kullanılması, betonun işlenebilmesini ve dayanımını artırmakta, rötresini azaltmaktadır [24].
GYFC’nin su ile reaksiyonu, PÇ’ye göre daha yavaş olduğundan betonun priz süresini uzatmaktadır. GYFC’nun %50’den daha yüksek oranlarda katılması ve sıcaklığın 10 °C’den daha düşük olması durumunda, priz süresi daha çok artacaktır [47].
GYFC’li çimentolar düşük hidratasyon ısısına sahiptirler. Ancak bu nitelik sonucunda, mukavemet kazanmaları çok yavaş olmaktadır. Bu mukavemeti, hidratasyon ısısını yükseltmeden hızlandırmak için GYFC’ leri alkali sıvı ortamda (NaOH, Na2O3 gibi) aktifleştirmek ve çok ince öğütmek gerekir [48].
Eşit çimento miktarı ve eşit su/çimento oranları söz konusu olduğunda GYFC’li çimentolar normal PÇ’lere göre, erken yaşlarda nispeten düşük, geç yaşlarda ise yüksek beton dayanım değerlerine neden olurlar. Buradan anlaşılacağı gibi eşdeğer 28 günlük beton dayanımları söz konusu olduğunda beton karşımlarında GYFC’li çimento miktarı normal PÇ miktarına göre biraz daha fazla olmalıdır. Bu durumda geç yaşlardaki dayanımlar GYFC’li çimento ile yapılmış betonlarda çok daha yüksek olmaktadır [46].
YFC’li çimentolarda mukavemet artışı 28 gün sonra da devam eder; YFC’li çimentolarda klinkerden gelen bir kısım serbest kireç, cüruf içinde bulunan aktif silis ve alümin oksitleri ile birleşerek çözülmeye dayanıklı ve sert çimento bileşikleri meydana getirir. Bu nedenle YFC’li çimentonun mukavemeti yüksektir. YFC’li çimentoda mukavemet artışı 28 günden sonra da devam eder.
YFC, betona kohezyon ve plastiklik kazandırır; YFC çimentosunda, cüruf bileşiminde bulunan silis ve alümin oksitleri çimentonun su ile reaksiyonu esnasında jel hale geçerler. Jel agrega arasındaki boşlukları doldurur ve sertleştirir. Jelatinimsi yapı beton harcına plastiklik kazandırdığı gibi dolgu vazifesi görmesi nedeniyle de betona kohezyon kazandırmaktadır. Geçirgenlik azalır, hava ve su penetrasyonunu önler. Su penetrasyonu sonucunda beton içindeki demirin paslanması ile demir oksit teşkil eder ve böylece oksitleşen kısmın hacmi artar. Hacim artışı betonda çatlamalara, dağılmalara sebep olacağından büyük zararlar meydana getirir.
Türkiye’de YFC’nin üretildiği tesisler demir-çelik fabrikalarıdır. Đskenderun, Karabük ve Ereğli olmak üzere 3 adettir. Her birinin YFC üretme kapasiteleri sırası ile ĐSDEMĐR: 650,000 ton/yıl, EREĞLĐ:600,000 ton/yıl, Karabük:250,000 ton/yıl’dır.
2.2.3.4 Pirinç kabuğu külü
Pirinç kabuğu, çeltik üretimi sonunda elde edilen zirai ürün atığıdır. Pirinç kabuğunun yapısındaki SiO2, kabuklar yandıktan sonra elde edilen kül hızlı bir
şekilde soğutulursa amorf, yavaş bir şekilde soğutulursa kristal SiO2 oluşur. Amorf
şekilde özgül yüzeyi 50-60 m2/g gibi büyük bir değerdedir. Bu nedenle puzolanik
2.2.3.5 Sileks
Çakmak taşı, ateş taşı veya sileks denizlerde eriyik halde bulunan silisyum dioksitin çökelmesi ile oluşan taştır. Çakmaktaşı, kuartz mineralinin, sert tortul kriptokristalin halidir ve bir sileks çeşidi olarak sınıflandırılır. Genellikle kireçtaşı ve kalker gibi tortul kayaların içinde yumru halinde bulunur. Yumruların içi genellikle koyu gri, siyah, yeşil, beyaz ya da kahverengidir ve çoğunlukla camsı ya da cilalı bir görünüme sahiptir. Yumruların dışındaki ince bir katman genellikle farklı renkte olur. Bu katman çoğunlukla beyaz ve pürüzlüdür. Taşbilimi açısından bakıldığında çakmaktaşı özellikle kireçtaşı ya da kireçli kalker içinde yer alan bir sileks çeşidini anlatır. Benzer şekilde, sileks çoğunlukla kalker içinde oluşur [50].
Çakmaktaşının oluşumu tam olarak net değildir, ama diyajenez sürecinde, sıkıştırılmış tortul kayalardaki kimyasal değişimler sonucu oluştukları düşünülmektedir. Oluşumlarına dair bir başka hipotezse, tortul kayaların içinde kabuklu hayvanlar ve yumuşakçalar tarafından oluşturulan boşlukların jelatinimsi bir maddeyle dolup silisleştiği şeklindedir. Bu teori çakmaktaşı yumrularının karmaşık şekillerine de bir açıklama getirmektedir. Belirli tiplerdeki çakmaktaşları, örneğin Đngiltere’nin kuzey kıyılarında bulunanlar, deniz florası içerir. Mercan ve yeşilliklerin çakmaktaşı içinde kehribar olarak korunduğu, taştan alınan ince dilimlerde sıklıklıkla görülür [50].
Bu çalışmada, Çanakkale Seramik firmasından alınan, seramik sanayisinin bir atık ürünü olan sileks malzemesi kullanılmıştır. Sileks malzemesi seramik üretiminde yuvarlama-şekil değiştirme aşamasında atık ürün olarak elde edilmektedir. Bu aşamadan sonra bir daha hiçbir şekilde üretimde kullanılmamaktadır. Beton yan sanayilerinde kullanılmak üzere fabrika depolarından tahliyesi yapılmaktadır. Çalışma kapsamında, sileks malzemesi kullanımdan önce öğütülmüştür. Belirli bir incelik değerine kadar öğütülmüş sileks malzemesinin beton içerisinde mineral katkı olarak kullanılabilirliği araştırılmış ve sonuçları tras katkılı beton numuneler ile karşılaştırılmıştır.
2.2.4 Puzolanik reaksiyon
Portland çimentosu su ile birleştirlirse, çimentoların yaklaşık % 75’i ni oluşturan silikat bileşenlerinin (C2S + C3S) hidrolik reaksiyonları nedeniyle ürün olarak çok
(kalsiyum silikat hidrate) ve kalsiyum hidroksit Ca(OH)2 (serbest kireç) ortaya
çıkmaktadır. Çimento ve beton karışımı içerisinde çok ince taneli durumda yer almış olan puzolanlar, bağlayıcılık özelliklerini, çimentonun hidratasyonu ile ortaya çıkan kalsiyum hidroksit ile ayrıca reaksiyona girip yeni C-S-H jelleri oluşturarak kazanırlar. Bu reaksiyonlarla ilgili denklemler aşağıda verilmiştir. (Çimento kimyasında CaO=C, SiO2=S, Ca(OH)2=CH, Al2O3=A, Fe2O3=F, H2O=H harfleri ile
simgelenir.)
Portland çimentosu hidratasyonu;
Portland çimentosu (C3S,C2S) + H(H2O) → C-S-H (jel) + CH (2.1)
Puzolanik reaksiyon;
CH + S + H → C-S-H (jel) (2.2) Puzolanik reaksiyon yavaştır. Bu sebeple bu reaksiyon ile birlikte dayanım kazanma hızı ve hidratasyon ısısı düşük olur. Öte yandan, portland çimentosundaki C3S
hidratasyonu hızlıdır. Bu sebeple bu reaksiyon ile birlikte dayanım kazanma hızı ve hidratasyon ısısı yüksek olur. Puzolanik reaksiyon, sıcaklık ve alkaliler ve sülfatlar gibi kimyasal katkılarla hızlandırılabilir [51,52].
Bu denklemlerden görüldüğü üzere portland çimentosu hidratasyonu kireç üreten, puzolanik reaksiyon ise kireç tüketen reaksiyonlardır. Puzolan ve portland çimentosu karışımı hidratasyona girince puzolanik reaksiyonun etkisiyle bağlayıcı hamurdaki serbest kireç miktarı giderek azalmaktadır. Buna göre belirli bir süre sonunda puzolan içeren betonların çimento hamurunda portland çimentosu hamuruna göre daha az serbest kireç ve daha çok kalsiyum silikat hidrate elemanları bulunmaktadır. Daha çok bağlayıcı ürün oluşması dayanım artışına sebep olurken, serbest kirecin azalması ve hamur boşluk yapısının iyileştirilmesi, geçirimsizliği ve dolayısıyla zararlı dış etkenlere karşı dayanıklılığı arttırmaktadır. Ayrıca hidrate olmuş portland-puzolan çimentosunda mevcut olan C-S-H jelindeki CaO’nun SiO2’ye oranının
hidrate olmuş portland çimentosununkinden biraz düşük olduğu ileri sürülmektedir. Bu kısmen portland-puzolan çimentosunun üstün kimyasal dayanımını açıklamaktadır.
Pek çok araştırmacı tarafından yapılan çalışmalar, kimyasal özelliklerden çok çimento hamurunun boşluk boyutlarını da içeren puzolan reaksiyonun fiziksel
özelliklerinin, mekanik dayanımının ve kimyasal durabilitenin artması için muhtemelen daha önemli olduğunu ortaya koymuşlardır [21, 51].
2.2.5 Puzolanik aktiflik
Bir beton karışımındaki puzolanın hidrate olmuş kireçle arasındaki reaksiyonun ne kadar iyi olduğu puzolanik aktivite ile tanımlanmaktadır. Diğer bir deyişle puzolanik aktiflik, kalsiyum hidroksitle, alümina silikatlar arasında oluşan ve sonucunda bağlayıcı özelliği olan hidratasyon ürünü meydana getiren reaksiyona işaret etmektedir. Bir puzolanın portland çimentosu betonu içinde kullanılabilmesi için değeri test ile ölçülebilen ve yeteri derecede puzolanik aktifliğe sahip olması gerekir. Çimento içerisine ikame edilecek trasın TS 25 standardındaki özelliklere uygun olması gerekmektedir. TS 25 standardına göre uygun trasın kimyasal özellikleri Çizelge 2.5’te verilmiştir. Trasın kimyasal özellikleri TS 6391’e göre belirlenir [53].
Çizelge 2.5 : Trasın kimyasal özellikleri (TS 25).
Bileşenler %
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 , en az 70%
MgO , en çok 5%
SO3 , en çok 3%
Rutubet , en çok 10%
Trasın puzolanik aktivite deneyi, tras ve sönmüş kireç [Ca (OH)2] karışımı ile standard kum kullanılarak Çizelge 2.6’ya göre hazırlanan malzemeler ile yapılır [53].
Çizelge 2.6 : Puzolanik aktivite deneyi için karışım miktarı.
Malzeme Cinsi Alınacak Miktar, g
Sönmüş kireç [Ca(OH)2] 150
Tras 2x150x[Tras Öz. Ağ./Sönmük Kreç Öz. Ağ.] = T
Standart Kum TS 819 1350
Su 0.5 ( 150 + T )
TS 24’te verilen deney uygulandığında, tras, 200 mikron göz açıklığı olan elek üzerinde en çok % 0,6 ve 90 mikron göz açıklığı üzerinde en çok %8 kalıntı bırakmalıdır. Trasın özgül yüzeyi en az 3000 cm2/g olmalıdır. Trasın özgül ağırlığı, TS 639’a göre bulunur [54, 55]. Bu deneyde kullanılacak olan sönmüş kirecin özellikleri Çizelge 2.7’de verilmektedir.
Çizelge 2.7 : Sönmüş kirecin özellikleri.
Sönmüş kirecin özellikleri Oran (%)
CaO (kızdırılmış numunede) en az 95%
MgO (kızdırılmış numunede) en çok 5%
44 mikron göz açıklığı olan elek üzerinde kalan en çok 44%
Puzolanik aktivite deneyleri için gerekli olan deney numuneleri TS 24’te verilen Rilem Cembureau metoduna göre ve her deney yaşı için en az 3 numune olacak şekilde hazırlanır. Kalıpların üstü buharlaşmayı önleyecek şekilde kapatılır ve kenarları sıkıca yapıştırılır. Numuneler 24 saat oda sıcaklığında (23° ± 2°C) bekletilir. 24 saat sonunda kalıplar sökülmeden 55° ± 2°C’ lik etüv içinde 6 gün bekletilir. Numuneler kırılmasından 4 saat önce etüvden çıkarılır ve oda sıcaklığında soğumaya bırakılır. Numunelerin çekme ve basınç dayanımları tayini TS 24’e göre yapılır. Deneyler uygulandığında kireç-tras karışımı ile hazırlanan deneme numunelerinin 7 günlük çekme dayanımı en az 1MPa ve 7 günlük basınç dayanımı en az 4MPa olmalıdır [53, 54].
3. DENEYSEL ÇALIŞMA
3.1 Çalışmanın Amacı
Gerçekleştirilen bu çalışmada, seramik sanayisinin bir atık ürünü olan öğütülmüş sileks malzemesi ile üretilmiş harç ve betonların fiziksel ve mekanik özelliklerinin araştırılması ve bu malzemenin beton performansına olası katkılarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada ayrıca doğal bir puzolan olan tras da kullanılmış ve her iki katkı maddesi ile üretilen beton ve harçların fiziksel ve mekanik özellikleri karşılaştırılmıştır. Üretilen harç numunelerinde basınç ve eğilme dayanımları, betonlarda ise basınç ve eğilme dayanımları, kırılma enerjileri, yarmada çekme dayanımları, elastiklik modülleri ve kapilarite katsayıları belirlenmiştir.
3.2 Üretilen Harç ve Betonların Özellikleri
Tez çalışması kapsamında beton ve harç numunelerin üretimleri Đ.T.Ü Đnşaat Fakültesi Yapı Malzemesi Laboratuarı’nda gerçekleştirilmiştir. Harç numuneleri için 10 seri üretim ve her bir yaş için 3 adet olmak üzere toplam 120 adet harç numunesi üretilmiştir. Beton üretimlerinde toplam 49 adet prizma, 42 adet silindir numune üretimi yapılmıştır. Beton üretimlerinde toplam 40 dm³’lük hacme karşılık gelen malzeme miktarları kullanılmıştır.
Üretilen harç ve beton karışımlarında mineral katkı olarak öğütülmüş sileks ve tras kullanılmıştır. Đşlenebilmeyi sağlayabilmek amacıyla bir süper akışkanlaştırıcı katkı maddesi kullanılmıştır. Harç üretimlerinde öğütülmüş sileks miktarı çimento dozajının ağırlıkça %10, %20, %30, %40, %50, %60’ı ve tras miktarı ise çimento dozajının ağırlıkça %10, %20 ve %30’u olarak belirlenmiştir. Beton numunelerin üretiminde kullanılan öğütülmüş sileks ve tras miktarı ise çimento dozajının %10, %20 ve %30’u olarak belirlenmiştir. Akışkanlaştırıcı katkı maddesinin miktarı üretim sırasında yapılan yayılma ve çökme deneylerine bağlı olarak ve ayrışmayı dikkate alarak, her üretim için farklı miktarlarda belirlenmiştir.
3.3 Kullanılan Malzemeler 3.3.1 Çimento
Yapılan çalışmada Akçansa fabrikalarında TS EN 197-1’e uygun olarak üretilmiş CEM I 42,5R çimentosu kullanılmıştır. Kullanılan çimentonun fiziksel ve mekanik özellikleri Çizelge 3.1’de, kimyasal özellikleri Çizelge 3.2’de verilmiştir [15].
Çizelge 3.1 : Portland çimentosunun fiziksel ve mekanik özellikleri. Fiziksel Özellik Değer Basınç Dayanımı (Mpa)
Özgül Ağırlık (g/cm3) 3,15 2 Gün 27 Blaine (cm2/g) 3550 7 Gün 40 45 µ elek üzeri (%) 7,9 28 Gün 51 90 µ elek üzeri (%) 0,6
Priz süresi başlangıç (sa) 02:28
Çizelge 3.2 : Portland çimentosunun kimyasal özellikleri. Kimyasal Bileşen % Toplam SiO2 (%) : 20,14 Çözünmeyen Kalıntı (%) : 0,41 Al2O3 (%) : 5,04 Fe2O3 (%) : 3,78 CaO (%) : 63,92 MgO (%) : 1,35 SO3 (%) : 2,84 K2O (%) : 0,84 Kızdırma Kaybı (%) : 1,35 Tayin Edilemeyen (%) : 0,47 S. CaO (%) : 1,35 Klorür (%) : 0,0407 3.3.2 Agregalar
Beton üretimlerinde kırmataş-1, kırmataş-2, doğal kum ve kırma taş kumu agregaları kullanılmıştır. Üretilen betonlarda en büyük agrega tane boyutu 20 mm seçilmiştir. Kullanılan agregaların özgül ağırlıkları Çizelge 3.3’te, granülometrik dağılımları Çizelge 3.4’te verilmiştir. Hazırlanan harç karışımlarında ise CEN standard kumu kullanılmıştır.
