T.C.
NĠĞDE ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
ĠNġAAT MÜHENDĠSLĠĞĠ ANABĠLĠM DALI
BETONDA KULLANILAN DOĞAL MĠNERAL KATKI MALZEMELERĠNĠN TANE BOYUT DAĞILIMININ SU ĠHTĠYACI VE DAYANIM AKTĠVĠTE
ĠNDEKSĠ ÜZERĠNDEKĠ ETKĠLERĠ
KEMAL KOCA
EYLÜL 2013 YÜKSEK LĠSANS TEZĠ K. KOCA, 2013ĞDE ÜNĠVERSĠTESĠ LĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
T.C.
NĠĞDE ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
ĠNġAAT MÜHENDĠSLĠĞĠ ANABĠLĠM DALI
BETONDA KULLANILAN DOĞAL MĠNERAL KATKI MALZEMELERĠNĠN TANE BOYUT DAĞILIMININ SU ĠHTĠYACI VE DAYANIM AKTĠVĠTE
ĠNDEKSĠ ÜZERĠNDEKĠ ETKĠLERĠ
KEMAL KOCA
Yüksek Lisans Tezi
DanıĢman
Yrd. Doç. Dr. Burak UZAL
EYLÜL 2013
ÖZET
BETONDA KULLANILAN DOĞAL MĠNERAL KATKI MALZEMELERĠNĠN TANE BOYUT DAĞILIMININ SU ĠHTĠYACI VE DAYANIM AKTĠVĠTE
ĠNDEKSĠ ÜZERĠNDEKĠ ETKĠLERĠ
KOCA, Kemal Niğde Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü ĠnĢaat Mühendisliği Anabilim Dalı
DanıĢman :Yrd. Doç. Dr. Burak UZAL
Eylül 2013, 86 sayfa
Bu çalıĢmada beton karıĢımlarında kullanılabilecek niteliklerdeki bir doğal mineral katkı malzemesinin tane boyut dağılımındaki değiĢikliklerin malzemenin fiziksel özellikleri, su ihtiyacı ve dayanım aktivite indeksi ile katkılı çimento sistemindeki reaktivitesi üzerindeki etkileri incelenmiĢtir. Bu amaçla ince öğütülmüĢ doğal mineral katkı malzemesi havalı separatör kullanılarak üç farklı tane boyut grubuna (<10 µm, 10- 30 µm, 30-53 µm) ayrıĢtırılmıĢ ve bu üç grubun değiĢik oranlarda harmanlanmaları ile farklı tane boyut dağılımlarına sahip doğal mineral katkı malzemeleri elde edilmiĢtir.
Elde edilen bu mineral katkıların yüzey yükleri (zeta potansiyelleri), Blaine incelikleri, su ihtiyaçları ve dayanım aktivite indeksleri tespit edilmiĢ ve tane boyut dağılımlarındaki değiĢimin bu özellikler üzerideki etkisi irdelenmiĢtir. Ayrıca mineral katkı malzemesinin tane boyut dağılımındaki değiĢimin, %20 oranında Portland çimentosunun mineral katkı ile ikame edildiği çimento hamurlarının Ca(OH)2 içeriklerine (TGA yöntemi ile ölçüldü) ve hidratasyon ısılarına (izotermal kalorimetri yöntemiyle ölçüldü) olan etkisi de incelenmiĢtir. Mineral katkı malzemelerinin tane boyut dağılımlarının değiĢtirilmesinin, malzemelerin performans özelliklerinin artırılmasında önemli bir potansiyel sağlayabileceği sonucuna varılmıĢtır.
Anahtar sözcükler: beton, dayanım aktivite indeksi, doğal puzolan, incelik, mineral katkı, su ihtiyacı
SUMMARY
EFFECTS OF PARTICLE SIZE DISTRIBUTION OF NATURAL MINERAL ADMIXTURES FOR USE IN CONCRETE ON THEIR WATER REQUIREMENT
AND STRENGTH ACTIVITY INDEX
KOCA, Kemal Nigde University
Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Civil Engineering
Supervisor : Assistant Professor Dr. Burak UZAL
September 2013, 86 pages
In this study, the effects of changes in particle size distribution of a natural mineral admixture for use in concrete mixtures on its physical properties, water requirement and strength activity index as well as its reactivity in the blended cement system were investigated. For these purposes, the finely-ground natural mineral admixture was separated into three different particle size groups (<10 µm, 10 to 30 µm, 30 to 53 µm) by using an air separator, and then various mineral admixtures having different particle size distributions were obtained by blending of the size groups. Surface charges (zeta potential), Blaine fineness, water requirement and strength activity index of the blended mineral admixtures were determined, and the effects of the particle size distribution on these properties were examined. In addition, the effects of changes in particle size distribution of the mineral admixture on Ca(OH)2 content (as measured by TGA method) and heat of hydration (as measured by isothermal calorimetry) of the blended cement pastes prepared with 20% replacement of Portland cement by the mineral admixture were also investigated. It was concluded that changing the particle size distribution of mineral admixtures may provide a significant potential to enhance their performance properties.
Keywords: concrete, strength activity index, natural pozzzolan, fineness, mineral admixture, water requirement
ÖN SÖZ
Bu yüksek lisans çalıĢmasında, çimento da kullanılan doğal puzolanik mineral katkı malzemesinin tane boyut dağılımlarını değiĢtirerek çimentonun dayanım aktivite indeksi ve su ihtiyacı üzerindeki etkileri incelenmiĢtir. Birden fazla faz içeren mineral katkı malzemelerinin su ihtiyacını azaltma ve dayanımı artırmada olumlu katkılar sağladığı görülmüĢtür. Ayrıca doğal mineral katkı malzemesinin dolgu etkisi yapmasının çimento hidratasyonunu baskıladığı kanısına varılmıĢtır.
Yüksek lisans tez çalıĢmamın yürütülmesi esnasında, çalıĢmalarıma yön veren, bilgi ve yardımlarını esirgemeyen, deneyimlerinden ve bilimsel katkılarından yararlandığım saygıdeğer tez danıĢman hocam, Sayın Yrd. Doç. Dr. Burak UZAL‟ a en içten teĢekkürlerimi sunarım. ÇalıĢmalarım sırasında önerilerinden yararlandığım saygıdeğer hocalarım, Yrd. Doç. Dr. Kubilay AKÇAGÖZOĞLU, Yrd. Doç. Dr. Mustafa SARIDEMĠR, Yrd. Doç. Dr. Fatih ÖZCAN, Yrd. Doç. Dr. Mustafa KORKANÇ, Yrd.
Doç. Dr. Niğmet UZAL ve ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyelerine teĢekkür ederim. Bu tezin hazırlanması esnasında cevher hazırlama laboratuvarını kullanmama imkan sağlayan baĢta Hacattepe Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölüm BaĢkanı, sayın Prof. Dr. Hakan BENZER olmak üzere, sık sık yardımlarına baĢvurduğum Yük.
Müh. N.Alper TOPRAK‟a minnet ve Ģükran duygularımı belirtmek isterim. Ayrıca ODTÜ inĢaat mühendisliği malzeme laboratuvarında bulunan izotermal kalorimetri cihazını kullanma imkanı sağlayan Doç.Dr. Sinan Turhan ERDOĞAN‟a ve Erciyes Üniversitesi Teknolojik AraĢtırma ve Uygulama Merkezi‟nde XRF ve TGA yöntemlerininden yararlanma olanağı sağlayan Doç.Dr. Okan KARAHAN‟a teĢekkür ederim.
Sadece tez çalıĢmam boyunca değil, tüm öğrenim hayatım boyunca bu günlere gelmemi sağlayan aileme ve desteğini hiç esirgemeyen eĢime sonsuz Ģükranlarımı sunarım.
ĠÇĠNDEKĠLER
ÖZET…... iv
SUMMARY... v
ÖN SÖZ... vi
ĠÇĠNDEKĠLER DĠZĠNĠ…... vii
ÇĠZELLER DĠZĠNĠ... x
ġEKĠLLER DĠZĠNĠ... xi
FOTOĞRAFLAR DĠZĠNĠ…... xii
SĠMGE VE KISALTMALAR... xiii
BÖLÜM I. GĠRĠġ………...………… 1
1.1 Amaç Kapsam………..…………. 3
BÖLÜM II. LĠTERATÜR ÖZETĠ…...………..………… 5
2.1 Çimento Üretimi………...………… 7
2.2Portland Çimentosunu OluĢturan Oksitler ve Ana BileĢenleri…...……….….. 9
2.2.1 Portland çimentosunu oluĢturan oksitler………... 9
2.2.2 Portland çimentosunu oluĢturan ana bileĢenler………... 10
2.2.2.1 Portland çimentosunun ana bileĢenlerin özellikler….……... 10
2.2.2.2 Çimentodaki ana bileĢenlerin oranları………... 11
2.2.2.3 Ana bileĢenlerin dayanıma etkisi………... 11
2.3 Puzolanik Malzemeler Hakkında Genel Bilgiler……….…... 12
2.3.1 Puzolanik reaksiyon ve puzolanik malzemelerin aktivitesi……….. 13
2.4 Doğal Puzolanlar…...………... 14
2.4.1 Doğal puzolanların kimyasal kompozisyonu….….………... 14
2.4.2Doğal puzolanların puzolanik aktivitesi…...………...….. 15
2.4.3 Doğal puzolanların puzolanik aktivitesini etkileyen etmenler..…... 16
2.4.4 Doğal puzolanların beton katkı maddesi olarak kullanılabilirliğine dair standartların belirttiği sınır değerler………... 17
2.5 Puzolanik Reaksiyonun Ürünleri….………...……….. 18
2.6 Çimentonun Servis Özellikleri……….……… 19
2.6.1 Basınç dayanımı………...……… 19
2.6.2 Priz süresi………...……….. 20
2.6.3 Hacim genleĢmesi...………... 21
2.6.4 Standart kıvam………..………..………. 21
2.6.5 Ġncelik….………..……… 22
2.6.6 Kızdırma kaybı ……….………...…... 23
2.6.7 Hidratasyon ısısı……….……….…………..…... 23
2.6.7.1 Hidratasyon ısısına puzolanların etkisi…....………..…………. 27
2.7 Çimento Servis Özelliklerini Etkileyen Parametreler………..………. 28
2.7.1 Kimyasal bileĢim……...………...……… 28
2.7.2 Mineralojik yapı…..…...………... 29
2.7.3 Fiziksel özellikler………...……….…...……... 30
2.8 Elektriksel Yük-Zeta Potansiyelinin Çimento Özelliklerine Etkisi..…... 32
2.9 Çimento Su Ġhtiyacının Önemi………...……….. 34
2.10 Çimentoların Su Ġhtiyacını Etkileyen Faktörler………...………. 35
2.10.1 Çimento ana bileĢenlerinin oranları ve aktivitelerinin su ihtiyacı üzerindeki etkisi………... 36
2.10.2 Çimentodaki sülfat miktarı ve türünün su ihtiyacı üzerindeki etkisi….. 36
2.10.3 Çimentonun alkali içeriğinin su ihtiyacı üzerindeki etkisi………...….. 37
2.10.4 Çimentonun tane boyut dağılımının su ihtiyacı üzerindeki etkisi…….. 37
BÖLÜM III MATERYAL VE YÖNTEM...………...…... 39
3.1 Malzemeler………... 39
3.1.1 Portland çimentosu ………... 39
3.1.2 Doğal mineral katkı malzemesi……… 40
3.1.2.1 Malzemenin temini ve hazırlanması……….…….. 40
3.1.2.2 Malzemenin sınıflandırılması………... 41
3.1.2.3 Tane boyut dağılımının belirlenmesi……… 42
3.1.2.4 Doğal mineral katkı malzemesinin fraksiyonlarının belirlenmesi 43
3.2 Yöntemler………. 46
3.2.1 Kimyasal bileĢimin belirlenmesi………... 46
3.2.2 Blaine yüzey alanı ölçümleri……… 46
3.2.3 Katkılı çimento harçlarının su ihtiyaçları ve basınç dayanımları………. 47
3.2.4 SertleĢmiĢ çimento hamurlarının Ca(OH)2 içerikleri……… 48
3.2.5 Zeta potansiyeli ölçümü……… 49
3.2.6 Hidratasyon ısısının ölçülmesi (izotermal kalorimetri)……… 50
BÖLÜM IV. BULGULAR TARTIġMA…... 51
4.1 Doğal Mineral Katkı Malzemesinin Kimyasal Kompozisyonu 51
4.2 Tane Boyut Dağılımının Çimento Harçlarının Su ihtiyaçları ve Basınç Dayanımı Üzerindeki Etkileri……….. 52
4.3 Yüzey Yükünün Dayanım Aktivite Ġndeksi ve Su Ġhtiyacına Etkisi……... 56
4.4 Blaine Yüzey Alanlarının Dayanım ve Su Ġhtiyacı Üzerindeki Etkileri….. 57
4.5 SertleĢmiĢ Çimento Hamurlarının Ca(OH)2 Ġçeriklerinin Dayanım ve Su Ġhtiyacına Etkisi………... 58
4.6 Hidratasyon Isısının Dayanım Aktivite Ġndeksine Etkisi………. 60
BÖLÜM V. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER………... 67
KAYNAKLAR... 68
EKLER... 76
ÖZ GEÇMĠġ………... 86
ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ
Çizelge 2.1. Portland çimentosunu oluĢturan oksitler ve miktarları…………... 9 Çizelge 2.2. Çimento kimyasına göre sembollerle gösteriliĢi………... 9 Çizelge 2.3. Çimentonun ana bileĢenleri………..……….. 10 Çizelge 2.4. Çimentodaki ana bileĢenlerin göreceli özellikleri……….. 11 Çizelge 2.5. Portland çimentosundaki ana bileĢenlerin yaklaĢık oranları……... 11 Çizelge 2.6. Bazı doğal puzolanlardaki oksitlerin miktarı, %... 14 Çizelge 2.7. Ġnce taneli durumdaki doğal puzolan katkıların beton özelliklerine
etkileri………...………...………
15
Çizelge 2.8. Doğal puzolanların beton katkı maddesi olarak kullanılabilmeleri için gereken fiziksel değerler………..…………
17
Çizelge 2.9. Bazı ignimbiritlerinin kimyasal bileĢimi………. 18 Çizelge 2.10. Gerekli mekanik ve fiziksel özellikler için karakteristik değerler 20 Çizelge 2.11. P.Ç‟deki anabileĢenlerin hidratasyon ısıları……… 25 Çizelge 2.12. Tane Ģekli ile bazı çimento servis özellikleri arasındaki iliĢki…. 30 Çizelge 2.13. Farklı bileĢen ve yüzey alanı ile çimento akıĢkanlığı arasındaki
iliĢki…...………...……….
38
Çizelge 3.1. PC‟nin kimyasal kompozisyonu ve fiziksel özellikleri………. 39 Çizelge 4.1. Doğal puzolanın kimyasal bileĢimleri………... 51 Çizelge 4.2. Harç karıĢımlarının içerikleri ve yayılma değerleri………... 53 Çizelge 4.3. Çimento hamurlarının 7 günlük ve 28 günlük basınç dayanımı ve
dayanım aktivite indeksi……….
54
Çizelge 4.4. Doğal mineral katkı malzemelerin ve çimentonun özgül ağırlık, Blaine yüzey alanları ve su bağlayıcı oranları………....
57
Çizelge 4.5. SertleĢmiĢ çimento hamurlarının TGA ile tespit edilmiĢ Ca(OH)2 içerikleri ……….
59
Çizelge 4.6. Toplam hidratasyon ısısı ve ısı değiĢiminin maksimum noktası…... 61
ġEKĠLLER DĠZĠNĠ
ġekil 2.1. Çimento üretimine ait akım Ģeması……….………….. 8
ġekil 2.2. Çimento hamurundaki anabileĢenlerin gösterdiği dayanım artıĢı…... 12
ġekil 2.3. Vikat aleti………... 22
ġekil 2.4. P.Ç‟nin ısı oluĢum eğrisi………. 25
ġekil 2.5. Portland çimentosunun hidratasyonu sırasında meydana gelen ısı değiĢimleri…………..………. 26
ġekil 2.6. PC ve portland- doğal puzolan çimentolarının hidratasyon ısıları…. 28 ġekil 2.7. Tane boyu dağılım eğimi (n) ile hidratasyon derecesi ve dayanım iliĢkisi……….. 32
ġekil 3.1. Temel doğal katkı malzemeleri ve Portland çimentosunun tane boyut dağılım eğrileri……….………...… 44
ġekil 3.2. Aralıklı derecelendirilmiĢ mineral katkılar ve Portland çimentosunun tane boyut dağılım eğrileri………...………... 45
ġekil 3.3. Sürekli dağılıma sahip doğal mineral katkı malzemeleri ve Portland çimentosunun tane boyutu dağılım eğrileri ………... …. 45
ġekil 4.1. pH ile zeta potansiyeli değiĢimi………. 56
ġekil 4.2. P.C ve PC-100A‟nın ısı oluĢum eğrisi………... 61
ġekil 4.3. PC ve PC-100B‟nin ısı oluĢum eğrisi……… 62
ġekil 4.4. PC ve PC-50A+50C‟nin ısı oluĢum eğrisi………. 62
ġekil 4.5. PC ve PC-50B+50C‟nin ısı oluĢum eğrisi………. 63
ġekil 4.6. PC ve PC-50A+25B+25C‟nin ısı oluĢum eğrisi……… 63
ġekil 4.7. PC ve PC-20A+40B+40C‟nin ısı oluĢum eğrisi……… 64
ġekil 4.8. PC ve PC-80A+20C‟nin ısı oluĢum eğrisi………. 64
ġekil 4.9. PC-100A, PC-100B ve PC-50A+25B+25C‟nin ısı oluĢum eğrisi……. 65
FOTOĞRAFLAR DĠZĠNĠ
Fotoğraf 3.1. Laboratuvar tipi bilyalı değirmen……….…. 40
Fotoğraf 3.2. Laboratuvar tipi 3. nesil yüksek verimli separatör………... 41
Fotoğraf 3.3. Ro-tap elek sarsma makinesi………. 42
Fotoğraf 3.4. Sympatec marka Lazer-sizer………. 43
Fotoğraf 3.5. Le Chatelier balonu………... 46
Fotoğraf 3.6. Blaine cihazı………. 47
Fotoğraf 3.7. Harç Yayılma (flow) deneyi………. 48
Fotoğraf 3.8. 5ml‟lik plastik Ģırıngalar………... 49
Fotoğraf 3.9. Zeta-Meter System 3.0+………... 49
SĠMGE VE KISALTMALAR
Simgeler Açıklama
Al2O3 aliminyum trioksit
C2S dikalsiyumsilikat
C3S trikalsiyumsilikat
C3A trikalsiyumalüminat
C4AF tetrakalsiyum aluminoferrit
CaOH2 sönmüĢ kireç
CSH2 alçı taĢı
CH Ca(OH)2
C-S-H : hidrate kalsiyum silikat jeli
Fe2O3 demir trioksit
K2O potasyum dioksit
MgO magnezyum oksit
mV Milivolt
Na2O sodyum dioksit
SiO2 silisyum dioksit
SO3 sülfür trioksit
μ Mikron
Kısatmalar Açıklama
ASTM American Society for Testing and Materials
O.D.T.Ü. Orta Doğu Teknik Üniversitesi
PC Portland çimentosu
s/ç su/çimento oranı
TS Türk standardı
BÖLÜM I
GĠRĠġ
Beton veya çimento üretiminde kullanılan kullanılan mineral katkı malzemeleri, kendi baĢlarına bağlayıcı özelliği olmayan fakat yeterli incelikte öğütüldüğünde ve rutubetli ortamda sönmüĢ kireçle reaksiyona girdiğinde bağlayıcılık özelliği gösteren (puzolanik) doğal veya yapay malzemelerdir. Bu tür malzemeler çimento üretiminde veya beton karıĢımlarında çevresel, teknik ve ekonomik yarar sağlamak maksadıyla giderek yaygınlaĢan Ģekilde kullanılmaktadırlar.
Doğal puzolanlar; doğada bulunan volkanik küller, volkanik tüfler, volkanik camlar,ısıl iĢlem görmüĢ killer ve Ģeyler ve diatomlar bu grup içerisindeki puzolanlardır (Erdoğan, 2003).Yapay puzolanlar; endüstriyel yan ürünlerdir. Uçucu küller, silis dumanı, granüle yüksek fırın cürufu, yapay puzolanlardır (Erdoğan, 2003).
Günümüzde geliĢen teknolojisi sayesinde bu tür mineral katkı malzemeleri, sağladıkları ekonomik, teknik avantajların yanı sıra, klinker kullanımını düĢürerek CO2
emisyonunun azalamasını sağlamaktadır.Mineral katkı malzemeleri, çimentonun bir kısmının yerine ikame etmek suretiyle çevre kirliliğinin azalmasına dolaylı olarak katkı sağladıklarından çimento üretiminde sıkça tercih edilir hale gelmiĢtir.
Mineral katkıların çimento esaslı malzemelere etkilerini Ģöyle sıralayabiliriz:
Erken dayanımı bir miktar düĢürmekle birlikte ileri yaĢlardaki dayanımı artırmaktadır.
Priz süresini uzatır,
Rötre ve sünmeyi azaltır,
Yeterli bakım yapılmadığı takdirde, donma/çözünme direncini azaltır,
SertleĢmiĢ betonun geçirimliliğini azaltır,
Alkali silika reaksiyonunun olumsuz etkilerini azaltır,
Karbonasyon ve sülfat direncini artırır,
Zararlı kimyasal etkilere karĢı direnci artırır,
Hidratasyon ısısını azaltır,
Çimentonun su ile reaksiyonundan dolayı açığa çıkan Ca(OH)2‟le birleĢerek daha çok bağlayıcı özellik kazanan malzeme meydana getirir,
Taze betonun terleme ve ayrıĢmasını azaltır.
Böyle mineral katkıların kullanımının yukarıda ifade edilen teknik avantajlarının yanı sıra, bazı ekonomik ve çevresel faydaları ise Ģu Ģekilde sıralanabilir;
Çimento üretiminde maliyeti azaltır,
Atıkları faydalı bir zenginliğe dönüĢtürür,
Hava ve su kirliliğindeki azalmaya katkı sağlar,
Sera gazından kaynaklanan küresel ısınmayı azaltır,
Çimento hammaddesinin korunumunu sağlar,
Endüstriyel atıkların yok edilmesi için yapılacak masraftan tasarruf sağlar,
Çimentoya mineral katkı ilave edilmesi çimento üretimini artırır ve her bir ton çimento üretimi için gerekli yakıt ve enerji ihtiyacını azaltır (Ulusu, 2006).
Çimentonun durumunu belirleyen servis özelliklerine, minerolojik ve kimyasal bileĢim ile beraber; tane boyut dağılımı, yüzey alanı, incelik ve mikroyapı gibi fiziksel değiĢkenler de etki etmektedir. Yapılan araĢtırmalara göre kimyasal ve mineralojik bileĢim ile mikroyapı özellikleri iri klinker taneleri üzerinde incelenmiĢ; mineral fazlarının miktarı, büyüklükleri, gözeneklilik ve klinker üretim sürecine yönelik iĢlem parametreleri gibi birçok faktör, genellikle klinkerin öğütülebilirliği ile iliĢkilendirilmiĢtir (Hills, 1995; Maki vd., 1993). Çimento servis özellikleri ise; ya klinker tanelerinin mikroyapısı ya da çimento tanelerinin taramalı elektron mikroskobuyla belirlenen özellikleri ile iliĢkilendirilmektedir (Hargave vd., 1985).
Çimentonun hidrate olması için çimentonun yapısını oluĢturan tüm bileĢimindeki mineral fazlarının su ile temas etmesi gerekmektedir. Her bir mineral fazın su ile ne ölçüde temas edeceği, bu minerallerin bileĢimini oluĢturdukları taneciklerin, birbirlerine göre, hangi konumda oldukları ile iliĢkilidir. Her bir çimento taneciğinin tek çeĢit mineralden oluĢması, yani tüm yüzeylerinin su ile temasa açık olması sonucu ideal çimento elde edilir. Böylece tüm hidratasyon tepkimeleri verimli olarak gerçekleĢmesinden dolayı, oluĢacak hidratasyon ürünlerinin artacağı ve çimentonun özellikle erken yaĢ dayanımının olumlu yönde etkileneceği düĢünülmektedir. Her ne
kadar ideal çimentonun tek mineralden oluĢması istense de pratikte tekli ve çoklu mineral içermektedir. Yine de, uygun tane boyutlarında mineral kullanarak, çimento taneleri içindeki mineral fazlarının etkileĢim durumlarının artırılabileceği düĢünülmektedir. Ġnce öğütülmüĢ mineral katkı malzemesi içeren çimento ve beton sistemlerinde, mineral katkıların sağladığı yararları (birim bağlayıcı baĢına daha düĢük karbon dioksit emisyonu, düĢük hidratasyon ısısı, yüksek durabilite vb.) artırmanın yolu, bağlayıcı sistem içerisindeki mineral katkı oranını artırmaktan geçmektedir.
Ancak mineral katkı oranının belirli bir düzeyin üstüne çıkması durumunda, özellikle doğal puzolanik malzemelerde, iki önemli sınırlayıcı engel ortaya çıkmaktadır.
Bunlardan birisi taze harç veya betonun belirli bir kıvama getirilmesi için gerekli su ihtiyacındaki artıĢ, bir diğeri ise erken dayanımlarda meydana gelen azalmadır. Su ihtiyacındaki artıĢtan dolayı kullanılacak yüksek su/bağlayıcı oranının mekanik dayanıma olumsuz etkisini önlemek amacıyla akıĢkanlaĢtırıcı ve süper akıĢkanlaĢtırıcılar kullanabilmekte ancak bu durum bağlayıcı sistem maliyetini olumsuz yönde etkilemektedir.
1.1. Amaç ve Kapsam
Çimentoda kullanılan doğal mineral katkı malzemeleri ile, portland çimentosu klinkeri ve alçı taĢının birlikte öğütülmesi suretiyle katkılı Portland çimentoları elde edilmektedir. Ancak birlikte öğütme durumunda klinker ile mineral katkı malzemesi fazlarının tane boyut dağılımlarını ayrı ayrı kontrol etmek ve istenilen düzeye getirmek mümkün olamamaktadır. Bundan dolayı bu problemi aĢmak amacıyla ülkemizdeki bazı çimento fabrikalarında mineral katkı malzemelerinin ayrı öğütülmesi ve sonradan Portland çimentosu ile karıĢtırılması yöntemine geçildiği bilinmektedir.
ÇalıĢmada genel olarak, ince öğütülmüĢ Kayseri yöresine ait ignimbirit özelliğine sahip mineral katkı malzemelerinin tane boyut dağılımının değiĢtirilerek elde edilen doğal mineral katkı malzemesinin, su ihtiyacı ve dayanın aktivite indeksi üzerindeki etkisi incelenmiĢtir.
Bu amaçla, beton karıĢımlarında kullanılabilecek niteliklerdeki bir doğal mineral katkı malzemesinin tane boyut dağılımındaki değiĢikliklerin malzemenin fiziksel özellikleri, su ihtiyacı ve dayanım aktivite indeksi ile katkılı çimento sistemindeki reaktivitesi
üzerindeki etkileri incelenmiĢtir. Bu kapsamda elde edilen üç farklı boyut aralığına sahip doğal puzolanik katkı malzemesinin birbiri içerisinde farklı oranlarda birleĢtirilerek çimentoya ilave edilen numunelerin dayanım aktivite indeksleri, su ihtiyaçları ile sertleĢmiĢ çimento hamurlarının ve mineral katkı malzemesinin çeĢitli özellikleri incelenmiĢtir. Farklı boyut aralığındaki doğal mineral katkı malzemesinin Blaine yüzey alanı ölçümleri, Zeta potansiyelin ve kimyasal kompozisyonları tespit edilmiĢtir. Bununla birlikte sertleĢmiĢ çimento hamurlarının 7 ve 28 günlük Ca(OH)2
içerikleri Termo-gravimetrik analiz kullanılarak ve izotermal kalorimetri ile hidratasyon ısısı incelenmiĢtir.
BÖLÜM II
LĠTERATÜR ÖZETĠ
Portland çimentosu klinkeri; kireçtaĢı, kil, silisli kum ve demir cevheri gibi hammaddelerin klinker mineralojik bileĢimini oluĢturacak oranda karıĢtırılıp öğütülmesi ve ekseni etrafında döndüğü için döner fırın adı verilen, yataydan yaklaĢık olarak % 3-4 eğimle yerleĢtirilen silindir biçimindeki fırınlarda sinterleĢme sıcaklığı olan 1350°C- 1450°C‟ye kadar piĢirilmesi sonucu elde edilen bir ara üründür (Erdoğan,1995).
Portland çimentosu ise, klinkerin % 3-6 oranında alçı taĢı ve/veya uygun oran ve nitelikteki katkı maddeleri ile birlikte öğütülmesiyle elde edilen, havada ve su altında sertleĢen bir hidrolik bağlayıcıdır (Öney, 1998).
Çimentolara % 5‟in üzerinde mineral katkı katılması sonucu elde edilen katkılı Portland Çimentoları, katkı türleri ve miktarlarına bağlı olarak farklı çeĢitlerdedir. TS EN 197-1 standardı, genel amaçlı çimentoları (CEM çimentoları) 5 ana tip içerisinde toplanmaktadır:
1.CEM I Portland çimentosu
2. CEM II Portland kompoze çimento
3.CEM III Portland yüksek fırın cüruflu çimento 4.CEM IV puzolonik çimento
5. CEM V kompoze çimento
Bu 5 ana tip çimento, 27 çimento tipini kapsamaktadır .(TS EN 197-1, 2002). TS EN 197-1 standardında çimentoların tanımı, ana çimento tipi, Portland çimentosu klinkeri oranı, ikinci ana bileĢen, standart dayanım sınıfı (28 günlük) ve erken dayanım kazanma hızı dikkate alınarak yapılmıĢtır.
TS EN 197-1‟deki değiĢik çimento tiplerine göre çimentonun bileĢen malzemeleri Ģu Ģekildedir:
ana bileĢen, (örn. Portland çimentosu klinkeri);
ikinci ana bileĢen, (örn. uçucu kül, yüksek fırın cürufu, kalker, silis dumanı);
(majör katkılar)
minör ilave bileĢen, (örn. uçucu kül, yüksek fırın cürufu, kalker, doğal puzolan)
priz ayarlayıcı, (örn. kalsiyum sülfat; alçıtaĢı)
kimyasal katkılar, (örn. pigmentler, hava sürükleyici katkılar).
Ġkinci ana bileĢeni belirten harfler ise Ģöyledir:
S- granüle yüksek fırın cürufu;
D- silis dumanı;
P- doğal puzolan;
Q- doğal kalsine puzolan;
V- silissi uçucu kül;
W- kalkersi uçucu kül;
T- piĢmiĢ Ģist;
M- yukarıdakilerden ikisi veya daha fazlası
L- kalker
Ülkemizde TS EN 197-1'e göre, en son Ģekliyle 32.5, 42.5 ve 52.5 MPa olmak üzere üç standart dayanım sınıfı bulunmaktadır. Ayrıca her dayanım sınıfı için iki erken dayanım sınıfı tanımlanmıĢtır. TS EN 197-1‟e göre çimento tiplerinin isimlendirilmelerinde kullanılan kısaltma ve iĢaretler bir örnek üzerinde Ģu Ģekilde açıklanabilir;
CEM II /A-S 42,5 N
Alt-sınıf „N‟ normal erken dayanım „R‟ hızlı erken dayanım
Alt- tip, ikinci ana bileĢen (bu örnekte yüksek fırın curufu) Portland çimentosu klinkerinin oranı
(A) Yüksek , (B) orta ve (C) düĢük Ana Çimento tipi
Çimentonun kalitesi olarak ifade edilen basınç dayanımı, priz alma, su ihtiyacı gibi önemli servis özellikleri üzerinde kimyasal ve mineralojik değiĢkenlerle birlikte tane boyu dağılımı, incelik gibi diğer fiziksel parametreler de bir arada etkilidir. Çimentonun
su ihtiyacı ve dayanım performanslarının incelenmesi ve optimize edilmesi için bu parametrelerin ne Ģekilde etkileĢtiklerini bilmek gerekmektedir.
2.1. Çimento Üretimi
Portland Çimentosu üretiminde kireç, silis ve gerektiğinde alumina ve demir oksit içeren birçok hammadde belli bir kimyasal bileĢimi sağlayacak oranlarda karıĢtırılır, kırılır, öğütülür ve harmanlanır. Farin olarak adlandırılan bu hammadde karıĢımı kalsinasyon iĢlemi için döner fırınlara gider. Bazı çimento fabrikalarında enerji tasarrufu sağlamak maksadıyla, farin fırına girmeden önce bir ön ısıtmaya tabi tutulur.
Seri halinde siklonların bulunduğu ön ısıtma kulelerinden geçen farin, fırından gelen sıcak gazlarla kısmen kalsine olur. Ön kalsinasyondan geçen farin, uzunluğu 50-75 metre, çapı 3-7 metre olan refrakter tuğla astarlı, dakikada 1.5-4 devir yaparak dönen silindirik fırına girer. Fırına ön ısıtıcıdan gelen malzeme, yukarı uçtan girer ve fırınla birlikte dönerek, kayarak daha sıcak olan alt uçtaki aleve doğru ilerler. PiĢirme iĢlemi esnasında malzemenin yaklaĢık % 25‟i eriyerek sıvı hale gelir ki, bu eriyik hem kimyasal tepkimelerin oluĢmasına yardım eder hem de döner fırının dönmesi sonucu oluĢan klinker modüllerini bir arada tutunmasını sağlar. Yanma iĢleminde genellikle toz kömür, doğal gaz, fuel oil ve geri dönüĢümlü sıvı yakıtlar kullanılmaktadır (Moir, 1997).
Döner fırından kor halinde çıkan malzeme artık klinker denilen bir ara üründür.
Klinkerin bu aĢamadan sonra hızlı bir Ģekilde soğutulması gerekir. Soğutma iĢlemi hareketli plakalardan kayarak ilerleyen klinkere basınçlı hava verilerek sıcaklığın yaklaĢık 80°C‟ye kadar düĢürülmesiyle olur. Bu esnada açığa çıkan sıcak gazlardan fırının tekrar ısıtılması, ön kalsinasyon, kurutma ve binaların ısıtılması gibi amaçlar için yararlanılabilir. Soğutucudan çıkan klinkerin % 3-6 oranında alçı taĢı (kalsiyum sülfat) ile birlikte öğütülmesi ile çimento elde edilir. Çimento, silolardan sonra paketleme ünitesine gider, dökme veya paket Ģeklinde satıĢa sunulmuĢ olur (Yeğinobalı, 2005).
Çimento sektöründeki katkılı çimento, genellikle doğal mineral katkı malzemeleri, portland çimentosu klinkeri ve alçı taĢı ile birlikte öğütülmek suretiyle elde edilmektedir. Ancak birlikte öğütme durumunda klinker ile mineral katkı malzemesi
fazlarının tane boyut dağılımlarını ayrı ayrı kontrol etmek ve istenilen düzeye getirmek mümkün olamamaktadır. Bundan dolayı bu problemi aĢmak amacıyla ülkemizdeki bazı çimento fabrikalarında mineral katkı malzemelerinin ayrı öğütülmesi ve sonradan Portland çimentosu ile karıĢtırılması yöntemine geçildiği bilinmektedir. Çimento üretiminin akım Ģeması ġekil 2.1‟de verilmektedir.
ġekil 2.1. Çimento üretimine ait akım Ģeması (DPT, 2001)
2.2 Portland Çimentosunu OluĢturan Oksitler ve AnabileĢenleri
2.2.1 Portland çimentosunu oluĢturan oksitler
Portland çimentosunun içerisinde yer alan oksitler ve yaklaĢık miktarları ve kullanılan sembollerin hangi oksidi belirttiği Çizelge 2.1‟deki gibidir (Neville, 1981).
Çizelge 2.1. Portland çimentosunu oluĢturan oksitler ve miktarları (Neville, 1981)
Bazı bileĢiklerin çimento kimyasına uygun sembollerle gösteriliĢi Çizelge 2.2‟de gösterilmiĢtir.
Çizelge 2.2. Çimento kimyasına göre sembollerle gösteriliĢi (Erdoğan,2007) Genel Ġsmi Oksit
Çimento Kimyasına Göre
Sembolü
Miktarı
%
Kireç CaO C 60-67
Silis SiO2 S 17-25
Alümin Al2O3 A 3-8
Demir Fe2O3 F 0.5-6
Magnezi MgO M 0.1-4
Alkaliler Na2O + K2O N+K 0.2-1.3
Kükürt Anhidriti SO3 S 1-3
Su,(H2O) H
Kalsiyum hidroksit, Ca(OH)2
CH AlçıtaĢı, CaSO4.2H2 CSH2 Karbon dioksit, CO2 C
Kalker, CaCO3 CC
SO3 dıĢında bütün oksitler çimento klinkerini de oluĢturan oksitlerdir. Çimento içerisinde yer alan SO3, çimento üretimi için klinkerin yanı sıra kullanılan alçı taĢından (CaSO4 = CaO. SO3) gelmektedir.
Klinkerde (ve portland çimentosunda) yer alan oksitlerden CaO, hammadde karıĢımındaki kalkerden, SiO2 ve Al2O3 ise kilden elde edilmektedir. Bir miktar Fe2O3
de hammaddede bulunmaktadır. Bu dört oksit, çimentonun ana oksitlerini oluĢturmaktadır. Çimento içerisinde yer alan MgO ve alkaliler hammaddelerde yer alan oksitler olup yararlı fonksiyonu yoktur.Çimento içerisinde fazla miktarda yer alması durumunda çimento hamuru ve betonda genleĢmeye yol açabilmektedir (Erdoğan,2007).
2.2.2 Portland çimentosunu oluĢturan ana bileĢenler
Çimento hammadde karıĢımının döner fırında piĢirilmesi ile ortaya çıkan ve klinkerlerin yapısını oluĢturan ana bileĢenler Çizelge 2.3 de gösterilmektedir (Erdoğan, 2007).
Çizelge 2.3. Çimentonun ana bileĢenleri (Erdoğan, 2007)
Ana BileĢenler
Çimento Kimyasına Göre Simgesi Dikalsiyum silikat, 2CaO.SiO2 C2S Trikalsiyumsilikat, 3CaO.SiO2 C3S Trikalsiyum aluminat, 3CaO. Al2O3 C3A Tetrakalsiyum aluminoferrit,
4CaO.Al2O3Fe2O3 C4AF
2.2.2.1 Portland çimentosunun ana bileĢenlerin özellikleri
Çimento hamuru veya beton elde edebilmek için çimento ve su bir araya getirilir getirmez, su ile her ana bileĢen ayrı ayrı reaksiyona girer, ve her ana bileĢenin reaksiyon hızı, reaksiyon esnasında açığa çıkan ısı, ve reaksiyon sonucunda oluĢan ürünün çimento hamurunun bağlayıcı dayanımına etkisi farklı olmaktadır. Çizelge 2.4‟de, ana bileĢenlerinin özellikleri göreceli olarak belirtilmektedir (Erdoğan,2007).
Çizelge 2.4. Çimentodaki ana bileĢenlerin göreceli özellikleri (Erdoğan,2007) Ana bileĢenlerin Göreceli Özellikleri
C3S C2S C3A C4AF Reaksiyon Hızı Orta YavaĢ Hızlı Orta
Hidratasyon Isısı Orta Az Çok
Yüksek Orta Dayanıma Katkısı:
Ġlk Günlerde Sonunda
Yüksek
Yüksek DüĢük
Yüksek DüĢük
DüĢük DüĢük DüĢük
2.2.2.2 Çimentodaki ana bileĢenlerin oranları
Amerikan standartlarına (ASTM) uygun Portland çimentosu tiplerinde ana bileĢenlerin çimento içerisindeki yaklaĢık oranları Çizelge 2.5‟de gösterilmiĢtir.
Çizelge 2.5. Portland çimentosundaki ana bileĢenlerin yaklaĢık oranları
Genel Tipi ve Genel Açıklama
Ana BileĢenlerin Miktarı (%)
C3S C2S C3A C4AF Normal Portland Çimentosu
(Genel Amaç Ġçin Kullanılmakta)
49 25 12 8
DeğiĢtirilmiĢ Portland
Çimentosu 46 29 6 12
Ġlk Dayanımı Yüksek Portland
Çimentosu 56 15 12 8
DüĢük Isılı Portland
Çimentosu(Hidratasyon Isısı Az) 30 46 5 13 Sülfata Dayanıklı Portland
Çimentosu 43 36 4 12
2.2.2.3 Ana bileĢenlerin dayanıma etkisi
Çimento hamurunun kazanacağı nihai dayanımın C3S ve C2S ana bileĢenlerinin hidratasyonu sonucunda elde edildiği, portland çimentolarında bulunabilecek “C3S + C2S” miktarının belirli bir seviyeden daha az olmaması gerektiği anlaĢılmaktadır. ġekil 2.2‟de çimento ana bileĢenlerinin dayanıma etkisi gösterilmektedir ( Draffin, 1943).
ġekil 2.2. Çimento hamurundaki anabileĢenlerin gösterdiği dayanım artıĢı (Draffin, 1943)
C3S+C2S miktarlarının yaklaĢık %75 olduğu görülmektedir. C3S+C2S değerinin düĢük olması halinde, beklenilen nihai dayanımı elde edebilmek mümkün olamamaktadır.
2.3 Puzolanik Malzemeler Hakkında Genel Bilgiler
Beton üretiminde ince taneli mineral katkı maddesi olarak yaygın kullanılan malzemeler olarak adlandırılırlar. Puzolanlar; “kendi baĢlarına bağlayıcılık değeri olmayan veya çok az bağlayıcılık gösterebilen, fakat ince taneli durumda olduklarında ve sulu ortamda kalsiyum hidroksit ile birleĢtirildiklerinde hidrolik bağlayıcılık özelliklerine sahip olan silisli veya silisli ve alüminli malzemeler” olarak tanımlanmaktadır (ASTM C 125, 1994; ASTM C 618, 1994).
TS-19‟a göre çimentoya katılacak puzolan miktarı çimento ağırlığının %10-35‟i arasında olmalıdır. Çimentonun bir kısmı yerine puzolan ilave edilmesi, çimentonun dayanımına, katılaĢma süresine etki eder, betonun plastikliğini arttırır, su kusma ve çözülme olaylarını önler, hidratasyon ısısını ve beton geçirgenliğini azaltır (KocataĢkın, 1959; Yetgin ve Çavdar, 2005).
Portland- puzolan tipindeki çimentoların üretiminde, klinker ve alçı taĢının öğütülmesi sırasında değiĢik miktarlarda puzolanik madde kullanılmaktadır. Portland Puzolan tipi çimentonun içerisinde yer alan puzolan, çimentosunun klinkerinde bulunan C3S ve C2S
ana bileĢenlerinin hidratasyona baĢlamasıyla ortaya çıkan kalsiyum hidroksit (CH) ile reaksiyona girerek hidrolik bağlayıcılık özelliği kazanmaktadır. Ġki aĢamalı gibi gözüken bu olay Ģu Ģekilde özetlenebilir.
C3S ve C2S + su C-S-H Jeli + CH ve Puzolan + CH C-S-H jeli + Diğer Ürünler
Curuflu çimentoların üretimi de yukarıda belirtilen yöntemdeki gibidir. Ancak, burada, puzolan yerine granüle yüksek fırın curufu kullanılmakta ve “ klinker + granüle yüksek fırın curufu + alçıtaĢı” birlikte öğütülmektedir (Erdogan, 2007) Puzolanların içerisinde fazla oranda silis ve alüminin yanı sıra az miktarda da demir oksit, kalsiyum oksit, alkaliler ve karbon yer alır.
Puzolanlar genel olarak ikiye ayrılırlar:
1)Doğal Puzolanlar: Doğada kendiliğinden bulunabilen puzolanlara denir. Bunlar volkanik kül, volkanik tüf, volkanik cam, ısıl iĢlem görmüĢ kül ve Ģeyler ve diatomlu topraklardır.
2)Yapay Puzolanlar: Yan ürün niteliği de taĢıyan endüstriyel atıklardır. Bunlar; uçucu kül, silis dumanı ve granüle yüksek fırın cürufu gibi endüstriyel yan ürünler bu gruba girmektedir.
2.3.1 Puzolanik reaksiyon ve puzolanik malzemelerin aktivitesi
Ġnce taneli durumda olan puzolanlar içerisinde yüksek oranda silis ve alümin bulundurmaktadır. Bu puzolanlar, su ve sönmüĢ kireç ile birleĢtirildiğinde, portland çimentosunun hidratasyonunda olduğu gibi, hidrolik bağlayıcılık özelliğine sahip kalsiyum-silika-hidrat (C-S-H) jelleri oluĢmaktadır. Puzolanik malzemelerin söndürülmüĢ kireç ve suyla ne ölçüde reaksiyona girebileceği, hangi oranda bağlayıcılık özelliği gösterebileceğine “puzolanik aktivite” denmektedir.
2.4 Doğal Puzolanlar
Volkanik kökenli malzemelerin puzolanik özellik gösterebilmeleri için en az portland çimentosunun inceliğine sahip olması gerekir. Doğal puzolanlar, genellikle, portland- puzolan tipi çimento üretiminde ve puzolan katkılı beton üretiminde kullanılmaktadır.
Ġnce taneli doğal puzolanlar bağlayıcı olarak değiĢik tarzlarda kullanılabilirler:
1) Çok eski zamanlarda kullanıldığı gibi sönmüĢ kireç ve suyla birleĢtirilip doğrudan kullanılabilir veya
2) Portland çimentosunun klinkeriyle birlikte öğütülerek, portland-puzolan tipi çimento üretiminde veya beton karıĢımına eklenerek mineral katkı maddesi olarak kullanılabilmektedir.
2.4.1 Doğal puzolanların kimyasal kompozisyonu
Doğal puzolanların yapısını oluĢturan ana oksitler SiO2, Al2O3 ve Fe2O3‟dür. Bazı doğal puzolanlarda yer alan oksit miktarları Çizelge 2.6‟de verilmiĢtir. (Ramachandran, 1995).
Betonda ince taneli puzolan kullanılması durumunda, beton özellikleri üzerindeki olumlu ve olumsuz etkileri Çizelge 2.7‟de gösterilmektedir.
Çizelge 2.6. Bazı doğal puzolanlardaki oksitlerin miktarı, % (Ramachandran, 1995) Doğal Puzolan
Ġsmi SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Alkali Volkanik Cam 65,1 14,5 5,5 3,0 1,1 6,5
Volkanik Tüf 52,1 18,3 5,8 4,9 1,2 6,6 Diatomlu
Toprak 86,0 2,3 1,8 - 0,6 0,4
PiĢirilmiĢ Kil 42,2 16,1 7,0 21,8 1,9 1,3
Çizelge 2.7. Ġnce taneli durumdaki doğal puzolan katkıların beton özelliklerine etkileri (Erdoğan, 2007)
Olumlu Etkileri Taze betondaki iĢlenebilmeyi artırmaktadır.
Taze betondaki terlemeyi azaltmaktadır.
Betonun hidratasyon ısısını azaltmakta, böylece, kütle betonlardaki çatlamayı önlemektedir.
SertleĢmiĢ betonun su geçirimliliğini azaltmaktadır.
SertleĢmiĢ betonun sülfatlara dayanıklılığını artırmaktadır.
SertleĢmiĢ betondaki alkali-silika reaksiyonunu azaltmaktadır.
Ekonomiklik sağlamaktadır.
Potansiyel Zararlı Etkileri Özellikle soğuk havada betonun prizini geciktirmektedir.
Betonun ilk günlerde dayanım kazanma hızını azaltmaktadır.
Betonun daha dikkatli ve uzun süre kür edilmesini gerektirmektedir.
Hava sürüklenmiĢ betonların içerisine dâhil edilecek sürüklenmiĢ hava miktarını azaltmaktadır; belirli miktarda sürüklenmiĢ hava elde edebilmek için daha çok hava sürükleyici katkı maddesinin kullanılması gerekmektedir.
2.4.2 Doğal puzolanların puzolanik aktivitesi
Bir puzolanın bağlayabileceği en fazla Ca(OH)2 miktarını ve bağlanma iĢleminin hızına puzolanik aktivite olarak bilinir. Ġki değiĢkenin de puzolanın özelliğine ve puzolanın içerisinde bulunan aktif fazların kalitesine ve miktarına bağlıdır. Puzolanlar genel olarak heterojen bir yapıya sahip olduklarından ve hidratasyonlarının karmaĢık bir yapıda olması nedeniyle puzolanik aktiviteyi açıklayıcı bir model yoktur. Fakat ortak kanılar mevcuttur. Bunlar : (Hewlett, 1998)
1) Diğer özellikleri aynı olmak Ģartıyla puzolanın bağladığı Ca(OH)2 miktarının fazla olması, bu puzolanın içerisindeki aktif madde miktarının da fazla olduğu anlamına gelir.
2) Bir puzolanın kısa dönemdeki aktivitesi temelde özgül yüzey alanına, buna mukabil uzun dönemdeki aktivitesi ise kimyasal ve mineralojik kompozisyonuna bağlıdır.
3) Farklı puzolanlarda bulunan camsı fazlar farklı kireç bağlayabilme yeteneğine sahiptir.
2.4.3 Doğal puzolanların puzolanik aktivitesini etkileyen etmenler
Puzolanların aktivitesi açısından özgül yüzeyin, kimyasal kompozisyonun ve mineralojik yapının önemi büyüktür. Fakat bunların birbiriyle etkileĢim içerisinde olmaları sebebiyle aktivite mekanizması oldukça karmaĢıktır. Genel olarak, puzolanların bağladığı kireç miktarı aĢağıdaki faktörlere bağlı olduğu birçok araĢtırmacı tarafından doğrulanmıĢtır (Hewlett, 1998;Swamy 1986).
1) Aktif fazların yapısı
2) Puzolan içerisindeki aktif fazların miktarı 3) Aktif fazların SiO2 içeriği
4) KarıĢımın kireç/puzolan oranı 5) Kürleme süresi
Kirecin bağlanma hızı ise;
1) Puzolanın özgül yüzey alanı 2) Su/katı madde oranı
3) Sıcaklık
Doğal puzolan içeren sistemler için dayanım uzun dönemde doğal puzolanların Al2O3+ SiO2 miktarına bağlı iken kısa dönemde ise puzolanların özgül yüzey alanı dayanım açısından birinci derecede etkili olan faktördür.(Costa ve Massozza, 1974). Çimento Müstahsilleri Birliği tarafından yapılan çalıĢmada Al2O3+ SiO2 içeriğinin artması, uzun süreli dayanımı da artıracağı yönündeki düĢünceleri doğrulanmıĢtır. (Leckebush, 1984).
Özgül yüzey alanı ile harç basınç dayanımı olarak tespit edilmiĢ puzolanik aktivite arasında her puzolan için belirlenmiĢ genel bir iliĢki yoktur. Sadece yapılan deneylerde dayanımın incelikle arttığı ve bu artıĢın yüksek inceliklerde nispeten daha az olduğu belirlenmiĢtir (Chatterjee ve Lahiri, 1967).
Sonuç olarak, puzolanın özgül yüzey alanı ile dayanım arasındaki iliĢki her puzolanın kendine has bir özelliğidir ve dayanım kazanımının birçok değiĢkenin fonksiyonu olması nedeniyle bu konuda bir genelleme yapılamamaktadır.
2.4.4 Doğal puzolanların beton katkı maddesi olarak kullanılabilirliğine dair standartların belirttiği sınır değerler
Doğal puzolanların beton yapımında uygun bir katkı maddesi olarak kullanılabilmeleri için sahip olmaları gereken fiziksel ve kimyasal özeliklere dair sınır değerler TS 25 ve ASTM C 618 no‟lu standartlarda belirtilmektedir (TS EN 450, 1988, ASTM C 618, 1994).(Çizelge 2.8). ASTM C 618 standardına göre 7 ve 28 günlük dayanım aktivite indeksi minimum % 75 olmalıdır. Bununla birlikte doğal puzolanların silisyum oksit, alüminyum ve demir oksitlerin toplam oranının en az %70 olması gerektiği belirtilirken, zararlı bileĢikler olarak bilinen SO3, MgO ve alkalilere ise benzer oranlarda sınırlama getirilmektedir.
Çizelge 2.8. Doğal puzolanların beton katkı maddesi olarak kullanılabilmeleri için gereken fiziksel değerler
TS 25 ASTM C 618 incelik:
45 μm geçen, maks.%
- 34
Dayanım Aktivite Ġndeksi: min. %, 7 Günlük
28 Günlük
- 70
75 75 Su ihtiyacı:
kontrol numunesine kıyasla, mak.%
- 115
Deneysel çalıĢmalarda Kayseri yöresine ait puzolanik özelliğe sahip ignimbirit malzemesi kullanılmıĢ olup, bazı igminbiritlerin jeolojik özellikleri ve kimyasal bileĢimleri Çizelge 2.9‟da gösterilmiĢtir (Korkanç, 2007).
Çizelge 2.9. Bazı ignimbiritlerinin kimyasal bileĢimi (Korkanç, 2007)
Özellik % D1 M1 S1 K1 G1 V1
SiO2 76,71 68,79 78,44 66,58 70,4 69,35
Al2O3 14 17,14 13,9 16,34 13,75 15,04
Fe2O3 0,77 3,08 0,78 2,81 2 2,57
MgO 0,1 0,19 0,02 0,16 0,33 0,38
CaO 0,11 0,16 0,05 2,28 3,37 2,94
Na2O 0,05 0,11 0,03 0,13 0,06 0,08
K2O 0,41 0,82 0,13 3,46 2,33 1,23
TiO2 0,31 0,33 0,23 0,31 0,23 0,27
P2O5 0,14 0,19 0,04 0,1 0,06 0,09
MnO <0,01 0,01 <0,01 0,06 0,04 0,03
Cr2O3 <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 <0,001
A.K.(1000 C) 6,2 9 6,4 7,7 7,4 7,9
Toplam 98,92 100,07 100,05 100,05 100,05 100,06
2.5 Puzolanik Reaksiyonun Ürünleri
Kireç-puzolan tepkimesi, puzolanın cinsinden bağımsız olarak, portland çimentosunun hidrate olmasıyla ortaya çıkan ürünlerle hemen hemen aynıdır. Olası farklılıklar küçüktür ve hidrate ürünlerin yapısından çok miktarını etkiler. (Hewlett, 1998;Swamy, 1986).
Kireç- doğal puzolan tepkimesi sonucu literatürlerde aĢağıdaki ürünlerin oluĢtuğu yönünde ortak bir görüĢ vardır (Takameto vd., 1980;Sersale, 1980;Massozza, 1974)
1)C-S-H Formunda Kalsiyum Silikat Hidrat
2)C4AHx Formunda Kalsiyum Alüminat Hidrat (9≤x≤13) 3)Hidrate Gehlenit – C2ASH8
4)Kalsiyum Karboalüminat – C3A.CaCO3H12 5)Etrenjit – C3A.3CaSO4.H32
6)Kalsiyum Alüminat Monosülfat - C3A.CaSO4.H12
Bu ürünlerin varlığı esas olarak doğal puzolanın kimyasal içeriğine, ortamda kirecin varlığına ve çevre Ģartlarına bağlıdır. AĢırı miktarda opal içeren doğal puzolanların kireçle tepkimesi yalnızca kalsiyum silikat hidrat oluĢturur (Takameto vd., 1980).
2.6 Çimentonun Servis Özellikleri
Çimentonun kimyasal, mineralojik ve fiziksel özellikleri, çimento hidratasyon hızını ve hidrolik aktivitesini etkilemekte ve dolayısıyla çimento kalitesini ölçebilmek için bir takım test yöntemleri uygulanmaktadır. Basınç dayanımı, priz süresi, hacimsel sabitlik, su ihtiyacı, incelik, hidratasyon ısısı, kızdırma kaybı olarak adlandırılan servis özelliklerinin belirlendiği test yöntemleri TS EN 197-1 standardında tanımlanmaktadır.
2.6.1 Basınç Dayanımı
Basınç dayanımı çimentonun en önemli özelliği olup beton kalitesi hakkında fikir vermektedir. Beton bileĢimi ve yapımı ile ilgili parametreler değiĢmediği takdirde çimento dayanımı arttıkça beton dayanımı da artmaktadır (Yeğinobalı, 2005). Standart basınç dayanımı “Rilem Cembureau” denilen bir yöntemle belirlenmektedir. Erken dayanım için 2 veya 7 günlük yaĢlarda, standart dayanım için 28 günlük yaĢta elde edilen değerler Çizelge 2.10‟de belirtilen karakteristik değerlerden daha az olmamalıdır.
Çizelge 2.10. Gerekli mekanik ve fiziksel özellikler için karakteristik değerler (TS EN 197-1, 2002)
Basınç dayanımı (MPa) Priz BaĢlama
Dayanım süresi GenleĢme
sınıfı Erken dayanım Standart dayanım (dakika) (mm) 2 günlük 7 günlük 28 günlük
32.5 N - ≥16.0
≥32.5 ≤52.5 ≥75 32.5 R ≥10.0 -
42.5 N ≥10.0 -
≥42.5 ≤62.5 ≥60 ≤ 10
42.5 R ≥20.0 - 52.5 N ≥20.0 -
≥52.5 - ≥45 52.5 R ≥30.0 -
32.5, 42.5 ve 52.5 olmak üzere üç standart dayanım sınıfı belirlenmiĢtir. Bu dayanım sınıfları TS EN 196-1 (2002)‟ye göre belirlenen ve MPa olarak ifade edilen minimum 28 günlük basınç dayanım değerleridir. Ayrıca her standart dayanım sınıfı için iki erken dayanım sınıfı tanımlanmıĢtır. Bu amaçla N ve R sembolleri kullanılmakta; N, normal erken dayanım sınıfını, R ise yüksek erken dayanım sınıfını ifade etmektedir (TS EN 197-1, 2002).
2.6.2 Priz Süresi
Çimentonun suyla birleĢtirildiği zaman ile, çimento hamurunun plastikliğini kaybederek katılaĢmaya baĢladığı zaman arasında geçen süre “prizin baĢlama süresi” olarak tanımlanmaktadır. Priz alma aĢağıda belirtilen iki temel adımda açıklanabilir:
1. Ġlk aĢama, su ile çimentonun karıĢtırılmasını takiben ilk bir kaç dakika içinde çimento tanelerinin koagülasyonu ve koagüle olmuĢ yapının eĢzamanlı geliĢen hidrat oluĢumuyla sertleĢmesidir. Koagülasyon aĢamasında oluĢan yapının mekanik olarak geri dönüĢümlü olduğu ispatlanmıĢtır.
2. Ġkinci aĢama olan sertleĢme, tanelerin birbirlerine değdikleri temas bölgelerinde hidratların oluĢmasıyla meydana gelir. Bu aĢamada çimento hamurunun
kohezyonundaki artıĢ, oluĢan hidrat jellerinin miktarı ile doğru orantılı olup sertleĢen yapının artık geri dönüĢümünü imkansız hale getirir (Jiang vd., 1995).
Prizin baĢlama ve sona erme sürelerinin belirlenmesi Vicat aleti yardımıyla yapılır.
Dayanım sınıfları için karakateristik değerler Çizelge 2.10‟de verilmiĢtir.
2.6.3 Hacim GenleĢmesi
Hacim genleĢmesi, sertleĢmiĢ çimento pastasının prizlenmeden sonra hacmini olduğu gibi koruyup koruyamadığı ile iliĢkilidir. Hacimsel genleĢme deneyi, aĢırı miktarda piĢme zorluğu gösteren serbest kireç ve/veya periklasın hidratasyonu ile sonradan ortaya çıkabilecek genleĢme riskinin değerlendirilmesi amacıyla yapılır (Kosmatka vd, 1995). Buna göre çimentonun toplam genleĢmesi 10 mm‟yi geçmemelidir (Çizelge 2.10)
2.6.4 Standart Kıvam
Standart kıvamdaki çimento pastası, standart sondanın içine girmesine karĢı belirli bir direnç gösterir. Böyle bir pasta için gereken su miktarı, farklı su miktarları ile hazırlanan pastaların içine sondanın girmesi denemeleri ile tayin edilir. DeğiĢik miktarlarda su içeren pastalarla, sonda ve kalıbın altındaki taban plakası arasındaki mesafe (6±1) mm oluncaya kadar tekrar edilir. Standart kıvama gelen pastanın su miktarı normal kıvam için gerekli su miktarı olarak kaydedilir. (TS EN 196-03, 2002).
Priz süresinin standart koĢullarda yapılabilmesi için çimento hamuru “standart kıvam”
adı verilen kıvama getirilir. Burada çimentonun standart kıvama getirilmesi için gerekli su miktarını çimento ağırlığının yaklaĢık %25- %30‟u kadardır. Çimento hamurunun normal kıvama ulaĢabilmesi için tam olarak ne kadar su gerektiği tam olarak deney yöntemiyle belirlenmektedir.
Çimento hamurunun standart kıvamda olabilmesi için ne kadar su gerektiği ġekil 2.3‟de gösterilen Vicat aleti yardımıyla TS EN 196-3‟de ve ASTM C 187‟de anlatılan yöntemle tayin edilmektedir. Türk standartlarındaki yöntemle ASTM deki yöntem arasında farklılıklar vardır.
Normal kıvam tayininde Vicat aletinin kalın sonda ucu kullanılır. Standart kıvam tayini için önce çimento ağılığının %25- %30‟u kadar su kullanılarak bir çimento hamuru oluĢturulmaktadır. Daha sonra bu hamur, cam levha üzerine oturtulmuĢ Vicat halkası içerisine doldurulur. Çimento hamurunun yüzeyi düzeltilir. TS EN 196-3‟e göre, Vicat aletinin sonda ucu cam üzerine kadar indirilerek aletin göstergesi sıfıra sabitlenir. Daha sonra 10 mm çapındaki sondanın ucu vicat halkasının ortasında hamur üst yüzeyine dokunacak kadar indirilerek sondanın kendi ağırlığı ile hamurum içerisine girmesi sağlanmaktadır.
TS EN 196-3‟e göre çimento hamuru standart kıvamda ise sonda cam levhaya 6 mm (1mm toleranslı) kalıncaya kadar inmektedir. ASTM C 197‟ ye göre ise, standart kıvam için kullanılan su miktarı yeterli ise, sonda, hamurun içerisine üstten 10 mm (1 mm toleranslı) girmektedir. Bu iĢlem değiĢik miktarda su ile tekrar edilerek çimentonun standart kıvamı için gereken su miktarı belirlenmektedir.
ġekil 2.3. Vikat aleti
2.6.5 Ġncelik
Çimentonun hidratasyon hızını belirleyen en önemli faktörlerdendir. Çimento inceliği arttıkça hidratasyon tepkimelerinin hızı artar, dolayısıyla dayanım daha hızlı geliĢir.
Ġnceliğin artması özellikle 2. ve 7. günlerdeki erken dayanıma etki etmektedir (Kosmatka et.al, 1995).
Ġncelik; yüzey alanı ya da tane boyu dağılımı terimleriyle ifade edilmektedir. 42.5 N dayanım sınıfındaki bir Portland çimentosunun yüzey alanı genellikle 330-380 m2 /kg değerleri arasındadır. Yüzey alanı, hava geçirgenliği prensibine dayanan Blaine yöntemi ile gaz adsorbsiyonu prensibine dayanan BET yöntemleriyle belirlenir. Ġnceliğin tane boyu olarak ifadesinde ise ya elek bakiyesi ya da tane boyu dağılımı kullanılır. Elek bakiyesinin tayininde 90 μm‟luk test eleği kullanılır (TS EN 196-6, 2000).
Tane boyu dağılımı ise sedimantasyon, Coulter Counter, gibi yöntemlerle belirlenebilse de elek analizi ve ince tane boyları için lazer kırınımı yöntemi daha çok tercih edilmektedir (Bye, 1999). Çimentonun tane boyu dağılımı yaygın olarak Rosin Rammler ve Gates-Gaudin-Schuhmann eĢitlikleriyle ifade edilmektedir. Çimento tane boyu dağılımı, tane Ģekli ve yüzey alanı standart kıvam için gerekli olan su miktarına da etki etmektedir.
2.6.6 Kızdırma kaybı
Uzun süre depolanmıĢ, rutubete ve havaya maruz kalmıĢ çimento baĢta içindeki serbest CaO ve MgO olmak üzere kısmen hidrate olur, daha sonra havanın etkisiyle karbonatlaĢır. Çimentonun bayatlamaya baĢladığını gösteren bu tepkimelerin ne ölçüde yer aldığını anlamak için çimento 950-1000°C arasında ısıtılır ve ağırlık kaybı yüzde olarak belirlenir. Bu değer TS EN 197-1,2002 Standardında belirtilen % 5‟den fazla olmamalıdır.
2.6.7 Hidratasyon Isısı
Çimento ve suyun birleĢmesiyle baĢlayan katılaĢma ve sertleĢme sürecinde meydana gelen kimyasal tepkimeler ısı açığa çıkaran türdendir. Çimento ve suyun birleĢtiği ilk bir kaç dakikada hidratasyon ısısının açığa çıkma hızı çok yüksektir. Bunu takip eden bir kaç saatlik dönemde bir durgunluk yaĢanır ve prizin (katılaĢmanın) baĢlaması ile ısı açığa çıkma hızı tekrar artar ve priz dönemi sonunda (en çok 10 saat) çok yüksektir.
Daha sonra hidratasyon ısısı gittikçe azalan bir hızda artmaya devam eder. (Odler, 1998). Portland çimentolarının hidratasyon ısısı yaklaĢık 90-110 cal/g arasındadır.
Hidratasyon hızını ve hidratasyon ısısının açığa çıkma hızını; çimentodaki ana
bileĢenlerin yüzdeleri, çimentonun inceliği ve hidratasyonun oluĢtuğu sıcaklık koĢulları önemli ölçüde etkilemektedir (Erdoğan, 1995).
Açığa çıkan ısının beton yapı içindeki miktarı ve yayılma hızı, iklim koĢullarına ve yapının tipine bağlı olarak beton içindeki gerilmelere farklı Ģekilde yansıyabilmektedir.
Hidratasyon ısısı çimentonun kimyasal kompzisyonuna bağlıdır. Çimento inceliği arttıkça çimento tanelerinin yüzeyi artar, reaksiyona girme hızı artar. Ġnce öğütülmüĢ çimentolar hidratasyon hızını arttırır fakat toplam hidratasyon ısısında etkili değildir (Lea, 1970; Mindess ve Young, 1981; Neville, 1981; Ün, 2007).
PC‟yi oluĢturan anabileĢenlerin (C3S, C2S, C3A, C4AF) herbirinin hidratasyon ısısı farklıdır. Ancak C3A ve C3S en reaktif bileĢenler olup, hidratasyon ısısına en çok etki edenlerdir (Kamiński ve Zielenkiewicz, 1982). C3S ve C3A fazlarının oranları azaldıkça hidratasyon ısısı ve hızı özellikle erken yaĢlarda düĢüktür (Sağlık vd., 2009).
Çimento tüketimini azaltmak, enerji tasarrufu sağlamak, hidratasyon ısısını azaltmak için puzolanlar genellikle klinker elde edildikten sonra klinkerle birlikte öğütülüp çimetoya katılmaktadırlar. Katkısız PC bileĢiminde C3S ve C2S olarak belirtilen kalsiyum silikatlar ile C3A ve C4AF olarak belirtilen kalsiyum alüminatlardır. Katkılı çimentonun hidratasyonu ve özellikleri farklıdır. Karma oksitlerden C3A azaldığında sülfat direnci artar, C3S ve C3A azaldığında hidratasyon ısısı ve erken dayanım azalmaktadır (Yeğinobalı ve Ertün, 2007; Erdoğan, 2007).
Genelde katkılı çimentoların hidratasyon ısıları, PC‟lerden daha düĢüktür (Lea, 1970).
Katkılı çimentoda reaksiyonlar PC‟den daha yavaĢ olur. PC‟nin hidratasyonuna ek olarak mineral katkıların ve puzolanik maddelerin reaksiyonları da eklenmektedir. Tüm kimyasal reaksiyonları ısı üretimi izler, komplex sistemlerin hidratasyonunu (örneğin katkılı çimento) hidratasyon ısısı miktarı belirlemektedir (Langan vd., 2002).
C3S: Su ile reaksiyonu ve ortaya çıkan ısı orta değerdedir.
C2S: Su ile reaksiyonu yavaĢtır, az miktarda ısı açığa çıkarmaktadır.
C3A: Su ile çok hızlı reasiyona girip çok fazla ısı açığa çıkarmakta, çimento hamurunun çok çabuk katılaĢmasına neden olmaktadır.
C4AF: Reaksiyonlar yavaĢtır ve daha az ısı üretir. (Mindess ve Young, 1981; Neville, 1981).
ġekil 2.4‟de görüldüğü gibi çimentoda meydana gelen ısı oluĢumu C3A, CaO ve C3S fazlarının hidratasyonuna bağlıdır. P.Ç‟deki anabileĢenlerin hidratasyon ısıları Çizelge 2.11‟de gösterilmiĢtir (Ün, 2007) Bu bileĢenler ilk 24 saatte hidratasyon süresince hızlı reaksiyon göstermektedirler.
ġekil 2.4. P.Ç‟nin ısı oluĢum eğrisi (Poole, 2007)
Çizelge 2.11. P.Ç‟deki anabileĢenlerin hidratasyon ısıları (Ün, 2007)
AnabileĢen Ġlk 48 Saatte Çıkan Isı, cal/g
Toplam Hidratasyon Isısı, cal/g
C3S 100 120
C2S 10 62
C3A 150 207
C4AF 40 100
ġekil 2.5‟de Portland çimentosuna ait hidratasyon sırasında meydana gelen ısı değiĢimler 6 aĢamalı olarak gösterilmiĢtir (Mehta and Monteiro, 2005; Odler, 2004;
Domone and Illston, 2010; Kosmatka vd., 2003).
ġekil 2.5. Portland çimentosunun hidratasyonu sırasında meydana gelen ısı değiĢimleri (Odler,2004)
Ön hazırlık evresi: Bu aĢama hazırlık evresi veya sıcaklığın hızla artmaya baĢladığı evre olarak adlandırılır. Bu dönemin ilk anlarında C3S su ile reaksiyona girer ve hidrasyon reaksiyonları baĢlar. Endotermik ilk tepe noktası yalnızca potasyum sülfat içeren çimentolarda görülmektedir. Hemen sonra su ile K2SO4 ile karıĢtırıldıktan sonra çözünür böylece ilk tepe noktası oluĢur.
Hızlı Isı DeğiĢim evresi: Bu evrede C3S (ve C3A) reaksiyonu ile çok hızlı ısı çıkıĢı olur bu tepe noktasının oluĢmasında alçıtaĢının da etkisi vardır.
Hareketsiz Evre: bu dönemde ayrı bir minumum pik sergilenir. Bu aĢamada C3S ile olan kimyasal reaksiyon bir önceki döneme göre daha yavaĢ gerçekleĢir. Sülfat etrenjit formasyonu yardımıyla temel ürün olan trikalsiyum alüminat (C3A) reaksiyonu baĢlar.
Ġvme Evresi: Hidratasyon ürünlerinin hızlı birĢekilde oluĢtuğu evredir. durgun evrenin ardından kalsiyum hidroksit konsantrasyonları kritik değere ulaĢmıĢ olur. Hidrasyon ürünleri (CSH ve CH) gelen çözelti reaksiyonu hızla ilerler bu aĢamasında, reaksiyon hızı ve ısı değiĢimi maksimum değerlerer ulaĢır (Mindess vd., 2003) Bu tepe noktası
C3S hidrasyonu ile CSH ve CH oluĢmasından kaynaklıdır. Bu aĢamanın tamamlanmasından sonra ısı yavaĢa azalmaya baĢlar.
YavaĢlama Eversi: Bu aĢamada reaksiyon hızı azalır ve hidrasyon yavaĢ yavaĢ devam eder (Dweck vd., 2003). Çoğu çimentoda ısı azalamsı sırasında küçük bir tepe noktası oluĢur bunun nedeni reaksiyont oluĢumunda meydana gelen ısı değiĢimidir.
Kalıcı Dönem: Bu aĢamada reaksiyonların çok az olduğu ve küçük bir pik oluĢabilen evresir. Kararlı duruma doğru ilerleme devam eder. Bu aĢamada az da olsa reaksiyonlar devam eder (Dweck vd., 2003).
2.6.7.1 Hidratasyon Isısına Puzolanların Etkisi
Puzolanların reaksiyonu C3S ve C2S hidratasyonu ile ortaya çıkan Ca(OH)2
kullanılmasıyla olmaktadır. Puzolanlar kimyasal kompozisyona ve puzolan aktivitesine bağlı olarak, kireç ile meydana gelen reaksiyon sonucu genellikle hidratasyonun en üst değerinden sonra ısı üretimini devam ettirmektedir. Hidratasyon ısısındaki azalma katkılı çimentodaki klinker seviyesi ile orantılı değildir (Lea, 1970; Mostafa ve Brown, 2005; Sánchez de Rojas vd.l, 1993).
Portland çimentosunun toplam hidratasyon ısısı Portland çimentosu-doğal puzolan karısımından genellikle daha fazladır. Ancak, puzolanik tepkimeler de ısı açığa çıkartır.
Doğal puzolanların alit (C3S) hidratasyonunu hızlandırdığı düĢünülmekte ancak sebebi açıklanamamaktadır (Grzymek vd., 1980; Ün, 2007).
Isıl iĢlem görmüĢ diatomitler doğal puzol olarak adlandırılırlar. ġekil 2.5‟de PC ve portland- doğal puzolan çimentolarının hidratasyon ısıları gösterilmektedir.
ġekil 2.6. PC ve portland- doğal puzolan çimentolarının hidratasyon ısıları (Grzymek vd., 1980)
Çimentoya puzolan katılması hidratasyon ısısı zaman diyagramının daha dikleĢmesine, pasif dönemin kısalmasına ve maximum değere daha erken ulaĢmasına neden olmaktadır.
2.7 Çimento Servis Özelliklerini Etkileyen Parametreler
Çimento veya betonun kalitesi hakkında fikir veren servis özellikleri, kimyasal ve mineralojik bileĢimden, tane boyu dağılımı ve incelik gibi diğer fiziksel parametrelerden etkilenmektedir. Birçok parametrenin bir arada etki ettiği bu karmaĢık sistemde, istenen çimento kalitesine ulaĢabilmek için her bir parametrenin planlı ve sistematik kontrolü gerekmektedir (Brüggemann and Brentrup, 1990).
Özellikle dayanım geliĢmesi, su ihtiyacı, priz süresi, hidratasyon ısısı gibi önemli kalite özelliklerini etkileyen tane boyu ve dağılımı, yüzey alanı, mineraloji gibi bir çok parametreyi ayrı ayrı ya da bir arada inceleyen çalıĢmalar literatürde mevcuttur (Frigione and Marra, 1976; Zhang and Napier-Munn, 1995; Tsivilis vd., 1990; Odler and Chen, 1995; Schnatz vd., 1995; Sprung vd., 1985).
2.7.1 Kimyasal bileĢim
Çimentonun kimyasal bileĢimi, mineral faz oluĢumunu etkileyerek, dayanım, priz süresi, hidratasyon ısısı gibi önemli servis özelliklerini değiĢtirebilmektedir. Kimyasal
