İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

(1)

DOKTORA TEZİ Okan KARAHAN

LİFLERLE GÜÇLENDİRİLMİŞ UÇUCU KÜLLÜ BETONLARIN ÖZELLİKLERİ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

ADANA, 2006

(2)

Okan KARAHAN DOKTORA TEZİ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

Bu tez / / 2006 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği / Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir.

İmza ... İmza ... İmza ...

Doç. Dr. Cengiz D. ATİŞ Doç. Dr. Alaettin KILIÇ Doç. Dr. İsmail H. ÇAĞATAY DANIŞMAN ÜYE ÜYE

İmza ... İmza ...

Yrd. Doç. Dr. A. Hamza TANRIKULU Yrd. Doç. Dr. Fatih ALTUN ÜYE ÜYE

Bu tez Enstitümüz İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır.

Kod No:

Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ

Enstitü Müdürü

İmza ve Mühür

Bu Çalışma Çukurova Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi Tarafından Desteklenmiştir.

Proje No: MMF 2004 D17

Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

(3)

Okan KARAHAN

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Danışman : Doç. Dr. Cengiz Duran ATİŞ

Yıl : 2006, Sayfa: 256

Jüri : Doç. Dr. Cengiz Duran ATİŞ Doç. Dr. Alaettin KILIÇ Doç. Dr. İsmail H. ÇAĞATAY

Yrd. Doç. Dr. A.Hamza TANRIKULU Yrd. Doç. Dr. Fatih ALTUN

Bu çalışmada Sugözü uçucu külü katkılı betonlar ile polipropilen lif ve çelik lif ile güçlendirilmiş normal ve uçucu kül katkılı betonların özellikleri araştırılmıştır.

Su/bağlayıcı oranı 0.35, bağlayıcı dozajı 400 kg/m³ olarak belirlenmiştir. Uçucu kül çimento ile kütlece %10, %15, %20, %25, %30 ve %45 ikame oranlarında yer değiştirilmiştir. 19 mm uzunluğundaki polipropilen lif hacimce %0.05, %0.10 ve

%0.20 oranlarında ve 35 mm uzunluğunda ve 0.55 mm çapındaki çelik lif ise hacimce %0.25, %0.50, %1.00 ve %1.50 oranlarında normal ve %15 ve %30 uçucu kül katkılı betonlara ilave edilmiştir. Betonlar üzerinde puzolanik aktiflik, birim ağırlık, işlenebilme, basınç dayanımı, elastisite modülü, eğilme dayanımı, tokluk, yarmada çekme dayanımı, aşınma, rötre, boşluk oranı, su emme, kapiler su emme, karbonatlaşma, ultrasonik hız ve donma çözülme deneyleri yürütülmüştür.

Polipropilen lifin ve artan lif oranlarında özellikle %0.05 oranından sonra betonların dayanım ve dayanıklılık özelliklerine pek bir etkisi görülmemiştir. Çelik lifin özellikle lif hacmi değişimine bağlı olarak betonun eğilme dayanımı, tokluk, yarmada çekme dayanımı, aşınma ve rötre gibi özelliklerini önemli ölçüde olumlu yönde etkilediği belirlenmiştir. Enerji tasarrufundan kaynaklanan ekonomik kazanç ve gün geçtikçe hissedilen çevreyi koruma gereği, ayrıca uçucu külün taze ve sertleşmiş betonun birtakım özelliklerini iyi yönde etkilemesi, uçucu külün lifli betonlarda kullanılmasının başlıca nedenleridir. Çalışmaların sonucunda, Sugözü uçucu külünün %30 oranlarına kadar normal ve liflerle güçlendirilmiş betonlarda mineral katkı olarak kullanılabileceği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Polipropilen, Çelik Lif, Uçucu Kül, Lifle Güçlendirilmiş Beton

(4)

PROPERTIES OF FIBER REINFORCED FLY ASH CONCRETE

Okan KARAHAN

DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES

UNIVERSITY OF ÇUKUROVA

Supervisor : Assoc. Prof. Dr. Cengiz Duran ATİŞ Year : 2006, Pages: 256

Jury : Assoc. Prof. Dr. Cengiz Duran ATİŞ Assoc. Prof. Dr. Alaettin KILIÇ Assoc. Prof. Dr. İsmail H. ÇAĞATAY Assist. Prof. Dr. A.Hamza TANRIKULU Assist. Prof. Dr. Fatih ALTUN

In this study, properties of Sugözü fly ash concrete with polypropylene fiber and steel fiber reinforced normal and fly ash concrete were investigated. Water- binder ratio and the amount of binder were kept constant as 0.35 and 400 kg/m³, respectively. Fly ash replacement ratios were 10%, 15%, 20%, 25%, 30% and 45%.

Addition of fiber ratios were 0.05%, 0.10% and 0.20% for polypropylene fiber with 19 mm length, and 0.25%, 0.50%, 1.00% and 1.50% for steel fiber with 35 mm length and 0.55 diameter. Fibers were added to a reference concrete and concrete containing 15% and 30% fly ash. Test were performed for concrete properties:

pozzolanic activity, unit weight, workability, compressive strength, modulus of elasticity, flexural strength, toughness, splitting tensile strength, abrasion, drying shrinkage, porosity, water absorption, capillary water absorption, carbonation, ultrasonic velocity and freezing/thawing resistance. Polypropylene fibers were observed to have no statistically effects on strength and durability, especially polypropylene fiber addition after at 0.05%. Steel fiber positively affected the properties of concrete such as flexural strength, toughness, splitting tensile strength, abrasion and shrinkage of concretes according to fiber volume. Direct economic factors caused by energy conversation and the increasing awareness of the need to protect environment, as well as the modification of certain properties of fresh and hardened concrete were major reasons for using fly ash in fiber reinforced concrete.

Test results indicated that Sugözü fly ash could be used as a mineral admixture for normal and fiber reinforced concrete up to 30% replacement level.

Keywords: Polypropylene, Steel Fiber, Fly Ash, Fiber Reinforced Concrete

(5)

TEŞEKKÜR

Doktora tez programımın yürütülmesi esnasında, çalışmalarıma yön vererek yardım ve bilgi konusunda bana her türlü desteği sağlayan danışman hocam, sayın Doç. Dr. Cengiz Duran ATİŞ’e içtenlikle teşekkürlerimi sunarım.

Tez ve laboratuar çalışmalarımda yardımcı olan Öğretim Elemanı arkadaşlarımdan, başta Cahit BİLİM, Fatih ÖZCAN, Kamuran ARI, Murat ÇOBANER, Erdal UNCUOĞLU olmak üzere diğer tüm mesai arkadaşlarıma teşekkür ederim.

Laboratuar çalışmalarıma destekte bulunan Beksa Çelik Kord San. ve Tic.

AŞ., Polipropilen Elyaf San. ve Dış Tic. Ltd. Şti., Yapkim Yapı Kimya Sanayi AŞ.

ve Adana Çimento San. T.A.Ş. firmalarına ve çalışanlarına teşekkür ederim.

Tez ve laboratuar çalışmalarımı maddi olarak destekleyen Çukurova Üniversitesi Rektörlük Araştırma Fonuna teşekkür ederim.

Desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen Eşim Esra KARAHAN’a, biricik oğlum Ahmet KARAHAN’a ve Aileme sonsuz teşekkürlerimi sunarım.

(6)

ÖZ... I ABSTRACT...II TEŞEKKÜR ... III İÇİNDEKİLER ... IV ÇİZELGELER DİZİNİ ... X ŞEKİLLER DİZİNİ ... XIII

1. GİRİŞ ... 1

1.1. Uçucu Kül Katkılı Betonlar... 5

1.1.1. Uçucu Küller ... 5

1.1.2. Uçucu Küllerin Sınıflandırılması ... 7

1.1.3. Uçucu Küllerin Fiziksel Özellikleri ... 8

1.1.4. Uçucu Küllerin Kimyasal ve Mineralojik Özellikleri... 9

1.1.5. Uçucu Küllerin Puzolanik Dayanım Aktivite İndeksi ... 11

1.1.6. Uçucu Küllerin Standartları ve Sınırları ... 12

1.1.7. Uçucu Küllerin İkame Metotları ... 12

1.1.8. Uçucu Küllerin Beton Özellikleri Üzerine Etkileri... 13

1.1.8.1. Su İhtiyacı ve İşlenebilirlik... 14

1.1.8.2. Priz Süresi, Hidratasyon Isısı ve Kanama... 14

1.1.8.3. Dayanım... 15

1.1.8.4. Dayanıklılık... 16

1.1.8.5. Ekonomi... 16

1.1.9. Uçucu Küllerin Kullanıldığı Yerler ... 17

1.1.9.1. Çimento Üretimi ... 17

1.1.9.2. Beton Üretimi... 18

1.1.9.3. Tuğla ve Hafif Agrega Üretimi... 18

1.1.9.4. Boşluklu Beton (Gaz Beton) Üretimi ... 19

1.1.9.5. Yol, Zemin ve Baraj Uygulamalarında... 19

1.2. Polipropilen Lif Katkılı Betonlar ... 20

1.2.1. Polipropilen Lif ... 20

(7)

1.2.4. Polipropilen Liflerin Betona Katılışı ve Kullanım Oranları ... 22

1.2.5. Polipropilen Lifli Betonun Teknik Özellikleri... 23

1.2.6. Polipropilen Liflerin Kullanım Alanları... 24

1.2.6.1. Bitüm İşlerinde... 25

1.2.6.2. Taşıyıcı Sistemlerde... 25

1.2.6.3. Saha Betonu ve Şap İşlerinde ... 26

1.2.6.4. Su Yapılarında ... 26

1.2.6.5. Püskürtme Sıva ve Betonlarda (Shotcrete) ... 27

1.2.6.6. Boya ve Mimari Uygulamalarda... 27

1.2.6.7. Toz Ürünlerde ... 28

1.2.6.8. Sıvalarda ... 28

1.3. Çelik Lif Katkılı Betonlar... 29

1.3.1. Çelik Lif ... 29

1.3.2. Çelik Liflerin Sınıflandırılması ... 30

1.3.3. Çelik Liflerin Performansları ... 31

1.3.4. Çelik Lif Beton Karışım Esasları ve Kullanım Oranları... 32

1.3.4.1. Çelik Lif Karışım Yöntemleri... 33

1.3.4.2. Çelik Lif Kullanım Oranları... 34

1.3.5. Çelik Lifin Beton Özellikleri Üzerine Etkileri... 35

1.3.5.1. İşlenebilirlik ... 35

1.3.5.2. Enerji Yutma Kapasitesi (Tokluk) ... 36

1.3.5.3. Dayanım... 36

1.3.5.4. Rötre... 37

1.3.5.5. Dayanıklılık... 37

1.3.6. Çelik Liflerin Kullanım Alanları... 38

1.3.6.1. Endüstriyel Zeminlerde... 38

1.3.6.2. Yapılarda... 38

1.3.6.3. Tünellerde ve Madenlerde ... 38

1.3.6.4. Dış Saha Kaplamaları ... 39

(8)

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR ... 40

2.1. Uçucu Küllü Betonlar... 41

2.2. Liflerle Güçlendirilmiş Betonlar ... 51

2.3. Liflerle Güçlendirilmiş Uçucu Küllü Betonlar... 72

3. MATERYAL VE METOD... 81

3.1. Materyal... 81

3.1.1. Çimento... 81

3.1.2. Uçucu Kül ... 81

3.1.3. Akışkanlaştırıcı Katkı ... 83

3.1.4. Su ... 83

3.1.5. Agrega... 84

3.1.5.1. Agrega Tane Büyüklüğü Dağılımı... 84

3.1.5.2. Agrega Birim Hacim Ağırlığı ve Su Emme Oranı... 85

3.1.5.3. Agrega Gevşek ve Sıkışık Birim Ağırlıkları... 87

3.1.5.4. Agrega Parçalanma Direnci ... 87

3.1.6. Polipropilen Lif ... 88

3.1.7. Çelik Lif ... 88

3.2. Metod... 89

3.2.1. Beton Karışım Oranları... 90

3.2.2. Beton Üretimi ve Kürü... 92

3.2.3. Deneysel Çalışmalar... 92

3.2.3.1. Puzolanik Dayanım Aktivite İndeksi Tayini... 93

3.2.3.2. Birim Ağırlık Tayini ... 94

3.2.3.3. İşlenebilirlik Kıvam Tayini... 95

3.2.3.4. Basınç Dayanımı Tayini ... 95

3.2.3.5. Elastisite Modülü Tayini... 96

3.2.3.6. Eğilme Dayanımı Tayini... 97

3.2.3.7. Enerji Yutma Kapasitesi (Tokluk) Tayini... 98

3.2.3.8. Yarmada Çekme Dayanımı Tayini ... 100

(9)

3.2.3.11. Boşluk ve Su Emme Oranlarının Tayini... 103

3.2.3.12. Kapiler Su Emme Katsayısı Tayini... 103

3.2.3.13. Karbonatlaşma Derinliğinin Tayini ... 104

3.2.3.14. Ultrasonik Hız Tayini ... 104

3.2.3.15. Donma Çözülme Direnci Tayini... 105

4. BULGULAR VE TARTIŞMA ... 106

4.1. Uçucu Küllü Betonların Deney Sonuçları... 106

4.1.1. Puzolanik Aktiflik Deney Sonuçları ... 106

4.1.2. Birim Ağırlık Deney Sonuçları ... 107

4.1.3. İşlenebilme Deney Sonuçları ... 109

4.1.4. Basınç Dayanımı Deney Sonuçları ... 112

4.1.5. Elastisite Modülü Deney Sonuçları... 117

4.1.6. Eğilme Dayanımı Deney Sonuçları... 119

4.1.7. Yarmada Çekme Dayanımı Deney Sonuçları ... 123

4.1.8. Aşınma Kaybı Deney Sonuçları... 126

4.1.9. Rötre Deney Sonuçları ... 129

4.1.10. Boşluk Oranı ve Su Emme Deney Sonuçları ... 131

4.1.11. Kapiler Su Emme Deney Sonuçları ... 133

4.1.12. Karbonatlaşma Deney Sonuçları... 136

4.1.13. Ultrasonik Hız Deney Sonuçları ... 137

4.1.14. Donma Çözülme Deney Sonuçları... 138

4.2. Polipropilen Lifle Güçlendirilmiş Betonların Deney Sonuçları... 140

(10)

4.3. Çelik Lifle Güçlendirilmiş Betonların Deney Sonuçları... 180

4.3.6. Enerji Yutma Kapasitesi (Tokluk) Deney Sonuçları ... 203

4.3.9. Rötre Deney Sonuçları ... 217

4.3.10. Boşluk Oranı ve Su Emme Deney Sonuçları ... 221

5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER ... 230

5.1. Sonuçlar... 230

5.1.1. Puzolanik Aktiflik ile İlgili Sonuçlar ... 230

5.1.2. Birim Ağırlık ile İlgili Sonuçlar... 230

5.1.3. İşlenebilme ile İlgili Sonuçlar ... 231

5.1.4. Basınç Dayanımı ile İlgili Sonuçlar ... 231

5.1.5. Elastisite Modülü ile İlgili Sonuçlar ... 232

5.1.6. Eğilme Dayanımı ile İlgili Sonuçlar ... 233

5.1.7. Enerji Yutma Kapasitesi (Tokluk) ile İlgili Sonuçlar ... 235

5.1.8. Yarmada Çekme Dayanımı ile İlgili Sonuçlar... 235

5.1.9. Aşınma kaybı ile İlgili Sonuçlar ... 236

5.1.10. Rötre ile İlgili Sonuçlar... 237

(11)

5.1.13. Karbonatlaşma ile İlgili Sonuçlar ... 240

5.1.14. Ultrasonik Hız ile İlgili Sonuçlar ... 240

5.1.15. Donma Çözülme Direnci ile İlgili Sonuçlar... 240

5.2. Öneriler... 241

KAYNAKLAR ... 242

ÖZGEÇMİŞ... 256

(12)

Çizelge 1.1. Uçucu küllerin tipik kimyasal kompozisyonları... 10

Çizelge 1.2. Uçucu küllerin mineralojik kompozisyonları ... 10

Çizelge 1.3. Uçucu küller için fiziksel ve kimyasal standart sınırlar... 12

Çizelge 1.4. Uçucu küllerin beton üzerindeki etkileri... 17

Çizelge 1.5. Polipropilen liflerin teknik özellikleri... 21

Çizelge 1.6. Polipropilen lif kullanım dozajları... 23

Çizelge 1.7. Betonda bulunması gereken ince malzeme miktarı ... 32

Çizelge 1.8. Betona ilave edilen maksimum lif miktarı, kg/m³... 34

Çizelge 1.9. Çelik lifli betonun teknik özellikleri... 35

Çizelge 3.1. Çimentonun kimyasal ve fiziksel özellikleri ... 82

Çizelge 3.2. Uçucu külün kimyasal özellikleri ... 82

Çizelge 3.3. Akışkanlaştırıcının teknik özellikleri... 83

Çizelge 3.4. Karışık agrega granülometrisi ve TS 706 standart sınırları ... 85

Çizelge 3.5. İnce agrega özgül ağırlık ve su emme bulguları ... 86

Çizelge 3.6. İri agrega özgül ağırlık ve su emme bulguları ... 86

Çizelge 3.7. Agrega sıkışık birim ağırlıkları... 87

Çizelge 3.8. Agrega gevşek birim ağırlıkları ... 87

Çizelge 3.9. Agrega LA katsayısı ... 88

Çizelge 3.10. Polipropilen lifin teknik özellikleri... 88

Çizelge 3.11. Çelik lifin teknik özellikleri... 89

Çizelge 3.12. Uçucu kül katkılı beton karışım miktarları ... 90

Çizelge 3.13. Polipropilen lif katkılı beton karışım miktarları ... 91

Çizelge 3.14. Çelik lif katkılı beton karışım miktarları ... 91

Çizelge 3.15. Deneysel araştırma programı ... 93

Çizelge 3.16. Taze betonun çökme ve vebe sınıflaması ... 95

Çizelge 4.1. Puzolanik dayanım aktivite değerleri ... 106

Çizelge 4.2. Taze ve sertleşmiş beton birim ağırlıkları... 108

Çizelge 4.3. Vebe süreleri ve çökme değerleri ... 109

Çizelge 4.4. 100 mm’lik küp basınç dayanımları ... 113

(13)

Çizelge 4.7. Basınç dayanımlarının 28 günlük dayanımlarına oranları ... 115

Çizelge 4.8. Elastisite modülü değerleri ... 118

Çizelge 4.9. Eğilme dayanımları... 119

Çizelge 4.10. Eğilme dayanımlarının kontrol beton dayanımlarına oranları ... 120

Çizelge 4.11. Eğilme dayanımlarının 28 günlük dayanımlarına oranları ... 121

Çizelge 4.12. 40×40×160 ve 100×100×500 mm’lik kirişlerin eğilme dayanımları. 122 Çizelge 4.13. Yarmada çekme dayanımları ... 124

Çizelge 4.14. Sürtünme yolu ile aşınma kayıpları ... 126

Çizelge 4.15. Çarpma yolu ile aşınma kayıpları ... 127

Çizelge 4.16. Kuruma rötresi oranları (%)... 130

Çizelge 4.17. Boşluk ve su emme oranları... 131

Çizelge 4.18. Kapiler su emme katsayıları ... 134

Çizelge 4.19. Karbonatlaşma derinliği... 137

Çizelge 4.20. Ultrasonik ses hızları... 138

Çizelge 4.21. Donma çözülme kayıpları... 139

Çizelge 4.26. Basınç dayanımlarının kontrol beton dayanımlarına oranları... 149

Çizelge 4.27. Basınç dayanımlarının kendi kontrol beton dayanımlarına oranları.. 150

Çizelge 4.31. Eğilme dayanımlarının kendi kontrol beton dayanımlarına oranları . 157 Çizelge 4.32. 40×40×160 ve 100×100×500 mm’lik kirişlerin eğilme dayanımları. 158 Çizelge 4.33. Yarmada çekme dayanımları ... 159

(14)

Çizelge 4.38. Polipropilen lifli %30 uçucu küllü betonların kuruma rötresi (%) .... 168

Çizelge 4.47. Basınç dayanımlarının kontrol beton dayanımlarına oranları... 190

Çizelge 4.48. Basınç dayanımlarının kendi kontrol beton dayanımlarına oranları.. 190

Çizelge 4.52. Eğilme dayanımlarının kendi kontrol beton dayanımlarına oranları . 200 Çizelge 4.53. 40×40×160 ve 100×100×500 mm’lik kirişlerin eğilme dayanımları. 202 Çizelge 4.54. Elastik şekil değiştirme indeksi değerleri ... 204

Çizelge 4.55. Tokluk değerleri... 205

Çizelge 4.56. Kalıcı dayanım faktörlerine göre sınıflandırma... 208

Çizelge 4.57. Yarmada çekme dayanımları ... 209

Çizelge 4.60. Çelik lifli normal betonların kuruma rötresi (%) ... 217

Çizelge 4.61. Çelik lifli %15 uçucu küllü betonların kuruma rötresi (%) ... 218

Çizelge 4.62. Çelik lifli %30 uçucu küllü betonların kuruma rötresi (%) ... 218

(15)

Şekil 3.1. Agreganın granülometri eğrisi ... 85

Şekil 3.2. Taze beton karıştırma prosedürü... 92

Şekil 3.3. Tokluk indekslerinin hesaplanması için yük-sehim eğrisi... 99

Şekil 4.1. Uçucu kül oranı ile beton birim ağırlık ilişkisi ... 108

Şekil 4.2. Uçucu külün vebe süresine etkisi... 110

Şekil 4.3. Uçucu külün çökme değerine etkisi... 110

Şekil 4.4. Çökme değeri ile vebe süresi arasındaki ilişki... 112

Şekil 4.5. 100 mm’lik küp basınç dayanımı-zaman ilişkisi ... 114

Şekil 4.6. 150 mm’lik küp basınç dayanımı-zaman ilişkisi ... 114

Şekil 4.7. 150 ile 100 mm’lik küp basınç dayanımları arasındaki ilişki ... 116

Şekil 4.8. Silindir basınç-küp basınç dayanımları arasındaki ilişki ... 117

Şekil 4.9. Gerilme-birim deformasyon diyagramları ... 118

Şekil 4.10. Eğilme dayanımı-zaman ilişkisi... 120

Şekil 4.11. Eğilme dayanımı-basınç dayanımı arasındaki ilişki ... 121

Şekil 4.12. Kirişlerin eğilme dayanımları arasındaki ilişki... 123

Şekil 4.13. Küp yarma ile silindir yarma dayanımları arasındaki ilişki... 124

Şekil 4.14. Silindir ve küp numunelerin yarma ile basınç dayanım ilişkileri ... 125

Şekil 4.15. Silindir ve küp numunelerin yarma ile eğilme dayanım ilişkileri... 125

Şekil 4.16. Aşınma kaybı ile uçucu kül oranının ilişkisi... 127

Şekil 4.17. Aşınma kaybı–basınç dayanımı ilişkisi ... 128

Şekil 4.18. Aşınma kaybı–eğilme dayanımı ilişkisi... 128

Şekil 4.19. Rötre-zaman ilişkisi ... 130

Şekil 4.20. Boşluk oranı–su emme oranı ilişkisi... 132

Şekil 4.21. Boşluk oranı–basınç dayanımı ilişkisi ... 133

Şekil 4.22. Boşluk oranı–eğilme dayanımı ilişkisi ... 133

Şekil 4.23. Eğilme dayanımı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi... 135

Şekil 4.24. Su emme oranı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi... 135

Şekil 4.25. Boşluk oranı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi... 136

Şekil 4.26. Taze beton birim ağırlığının lif ve kül oranlarına göre değişimi ... 141

(16)

Şekil 4.29. Polipropilen lifin ve uçucu külün çökme değerine etkisi... 144

Şekil 4.30. Çökme değeri ile vebe süresi arasındaki ilişki... 145

Şekil 4.31. 100 mm’lik küp betonların basınç dayanımı-zaman ilişkisi... 147

Şekil 4.32. 150 mm’lik küp normal beton basınç dayanımı-zaman ilişkisi ... 147

Şekil 4.33. 150 mm’lik küp %15 küllü beton basınç dayanımı-zaman ilişkisi... 148

Şekil 4.34. 150 mm’lik küp %30 küllü beton basınç dayanımı-zaman ilişkisi... 148

Şekil 4.35. 150 mm’lik küp ile 100 mm’lik küp dayanımları arasındaki ilişki ... 150

Şekil 4.36. Silindir basınç-küp basınç dayanımları arasındaki ilişki ... 151

Şekil 4.37. Polipropilen lifli normal betonların gerilme-birim deformasyon eğrisi 152 Şekil 4.38. %15 küllü ve lifli betonların gerilme-birim deformasyon eğrisi ... 153

Şekil 4.39. %30 küllü ve lifli betonların gerilme-birim deformasyon eğrisi ... 153

Şekil 4.40. Polipropilen lifli normal betonların eğilme dayanımı-zaman ilişkisi .... 155

Şekil 4.41. Polipropilen lifli %15 küllü betonların eğilme dayanımı-zaman ilişkisi155 Şekil 4.42. Polipropilen lifli %30 küllü betonların eğilme dayanımı-zaman ilişkisi156 Şekil 4.43. Eğilme dayanımı ile basınç dayanımı arasındaki ilişki... 157

Şekil 4.44. Kirişlerin eğilme dayanımları arasındaki ilişki... 158

Şekil 4.45. Silindir yarma dayanımlarına polipropilen lif ve uçucu kül etkisi ... 160

Şekil 4.46. Küp yarma dayanımlarına polipropilen lif ve uçucu kül etkisi... 160

Şekil 4.47. Küp yarma ile silindir yarma dayanımları arasındaki ilişki... 161

Şekil 4.48. Küp ve silindir numunelerin basınç ile yarma dayanım ilişkileri... 162

Şekil 4.49. Küp ve silindir numunelerin yarma ile eğilme dayanım ilişkileri ... 162

Şekil 4.50. Sürtünme yolu ile aşınma kaybı grafiği ... 164

Şekil 4.51. Çarpma yolu ile aşınma kaybı grafiği... 165

Şekil 4.52. Aşınma kaybı–basınç dayanımı ilişkisi ... 166

Şekil 4.53. Aşınma kaybı–eğilme dayanımı ilişkisi... 166

Şekil 4.54. Polipropilen lifli normal betonların rötre-zaman ilişkisi ... 169

Şekil 4.55. Polipropilen lifli %15 küllü betonların rötre-zaman ilişkisi ... 169

Şekil 4.56. Polipropilen lifli %30 küllü betonların rötre-zaman ilişkisi ... 170

Şekil 4.57. Boşluk oranı–polipropilen lif oranı ilişkisi... 172

(17)

Şekil 4.60. Boşluk oranı–basınç dayanımları arasındaki ilişki. ... 173

Şekil 4.61. Eğilme dayanımı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi... 175

Şekil 4.62. Su emme oranı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi... 176

Şekil 4.63. Boşluk oranı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi... 176

Şekil 4.64. Taze beton birim ağırlığının lif ve kül oranlarına göre değişimi ... 181

Şekil 4.65. Sertleşmiş beton birim ağırlığının lif ve kül oranlarına göre değişimi .. 182

Şekil 4.66. Çelik lif ve uçucu külün vebe süresine etkisi... 184

Şekil 4.67. Çelik lif ve uçucu külün çökme değerine etkisi... 184

Şekil 4.68. Çökme değeri ile vebe süresi arasındaki ilişki... 185

Şekil 4.69. 100 mm’lik küp lifli betonların basınç dayanımı-zaman ilişkisi ... 188

Şekil 4.70. 150 mm’lik küp lifli normal beton basınç dayanımı-zaman ilişkisi ... 188

Şekil 4.71. 150 mm’lik küp lifli %15 küllü beton basınç dayanımı-zaman ilişkisi . 189 Şekil 4.72. 150 mm’lik küp lifli %30 küllü beton basınç dayanımı-zaman ilişkisi . 189 Şekil 4.73. 150 mm ile 100 mm’lik küp basınç dayanımları arasındaki ilişki... 192

Şekil 4.74. Silindir ile küp basınç dayanımları arasındaki ilişki... 192

Şekil 4.75. Çelik lifli normal betonların gerilme-birim deformasyon eğrisi... 194

Şekil 4.76. Çelik lifli %15 küllü betonların gerilme-birim deformasyon eğrisi ... 194

Şekil 4.77. Çelik lifli %30 küllü betonların gerilme-birim deformasyon eğrisi ... 195

Şekil 4.78. Çelik lifli normal betonların eğilme dayanımı-zaman ilişkisi. ... 198

Şekil 4.79. Çelik lifli %15 küllü betonların eğilme dayanımı-zaman ilişkisi ... 198

Şekil 4.80. Çelik lifli %30 küllü betonların eğilme dayanımı-zaman ilişkisi ... 199

Şekil 4.81. Eğilme dayanımı ile basınç dayanımı arasındaki ilişki... 201

Şekil 4.82. Kirişlerin eğilme dayanımları arasındaki ilişki... 203

Şekil 4.83. Normal betonlarda lif oranı ile değişen tokluk indeksleri ... 206

Şekil 4.84. %15 uçucu küllü betonlarda lif oranı ile değişen tokluk indeksleri... 207

Şekil 4.85. %30 uçucu küllü betonlarda lif oranı ile değişen tokluk indeksleri... 207

Şekil 4.86. Silindir yarma dayanımlarına çelik lif ve uçucu kül etkisi ... 210

Şekil 4.87. Küp yarma dayanımlarına çelik lif ve uçucu kül etkisi ... 210

Şekil 4.88. Küp ve silindir numunelerin basınç ile yarma dayanım ilişkileri... 211

(18)

Şekil 4.91. Çarpma yolu ile aşınma kaybına çelik lif ve uçucu kül etkisi ... 215

Şekil 4.92. Aşınma kaybı–basınç dayanımı ilişkisi ... 216

Şekil 4.93. Aşınma kaybı-eğilme dayanımı ilişkisi ... 216

Şekil 4.94. Çelik lifli normal betonların rötre-zaman ilişkisi... 220

Şekil 4.95. Çelik lifli %15 uçucu küllü betonların rötre-zaman ilişkisi... 220

Şekil 4.96. Çelik lifli %30 uçucu küllü betonların rötre-zaman ilişkisi... 221

Şekil 4.97. Boşluk oranı–çelik lif oranı ilişkisi... 222

Şekil 4.98. Su emme oranı–çelik lif oranı ilişkisi ... 223

Şekil 4.99. Boşluk oranı–su emme oranı arasındaki ilişki ... 223

Şekil 4.100. Boşluk oranı–basınç dayanımları arasındaki ilişki ... 224

Şekil 4.101 Su emme oranı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi... 226

Şekil 4.102 Boşluk oranı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi... 226

(19)

1. GİRİŞ

Günümüzde beton üretiminde, hem maliyeti azaltmak hem de yüksek performans elde etmek amacıyla birçok araştırma yapılmaktadır. Çağımızda hızlı bir endüstrileşme ile birlikte malzeme ve enerji tasarrufuna verilen değer de artmaktadır.

Bununla birlikte atık olarak doğaya terk edilen ve doğanın daha çok kirlenmesine neden olan birçok yan ürün oluşmaktadır. Bu ürünlerin birçoğunun malzeme özellikleri açısından inşaat sektöründe değerlendirilebileceği yapılan araştırmalar sonucunda belirlenmiştir. Mevcut malzemelerin geliştirilmesi ve atıl malzemelerin değerlendirilmesi, bir yandan ekonomi sağlamakta diğer yandan da çevreye verilen zararı azaltmaktadır.

Ülkemizde doğayı kirletmesi ve aynı zamanda inşaat endüstrisinde kullanım olanağı açısından en iyi örnek, elektrik enerjisi elde edebilmek amacıyla kullanılan genellikle yakıt olarak kömürün kullanıldığı termik santrallerdir. Ülkemizde enerji üretiminin yarısından fazlası kömür veya linyit ile çalışan termik santrallerden karşılanmaktadır. Bu üretim sonucunda elde edilen elektrik enerjisi ile birlikte atık yan ürünler olarak ortaya uçucu kül adı verilen çok ince taneler çıkmaktadır. Ancak, bunlar ya kuru olarak atık depolarına atılmakta ya da suyla karıştırmak suretiyle kül barajlarına pompalanmaktadır.

Dünyadaki uçucu kül üretimi yıllık yaklaşık 600 milyon ton Türkiye de ise uçucu kül üretimi yıllık yaklaşık 15 milyon tondur, ancak uçucu kül özellikleri hakkındaki yetersiz bilgi ve uçucu kül özelliklerinin her zaman üniform olmamasından ötürü beton endüstrisinde kullanımı oldukça düşüktür. Yinede, kimyasal kompozisyonu itibariyle betonun ana bağlayıcısı olan Portland çimentosuna oldukça benzeyen ve puzolanik özelliğe sahip olan uçucu küllerin, inşaat sektöründe çimento ve hazır betonda daha fazla kullanılması yönünde artan bir eğilim bulunmaktadır. Bu açıdan bakıldığında, uçucu küllerin çimento ve betonda kullanımının sağlanacağı yararlar, klinkerizasyon, öğütme, kurutma enerjilerinde tasarruf, ürün çeşitliliği, elde edilebilecek üstün özellikler ile maliyet üretici ve kullanıcı açısından ve çevresel bakımından yararlı olacaktır.

(20)

Uçucu kül kullanımı bir yandan maliyeti yüksek olan Portland çimentosundan tasarruf sağlanmasına yardım ederken, diğer taraftan da taze ve sertleşmiş beton özelliklerine olumlu katkıda bulunabilmektedir. Fakat her uçucu kül, betonda iyileştirici etkiye sahip değildir. Bu etkinlik kullanılan uçucu külün fiziksel ve kimyasal yapısına, aktivitesine, kullanım oranına ve elde edildiği termik santralin teknolojisine bağlı olarak değişmektedir.

Uçucu küllerin kullanım alanları arasında; çimento üretiminde puzolanik mineral katkı maddesi ve beton içinde ikincil bağlayıcı madde olarak çimentoyla birlikte, tuğla ve yapı bloğu üretimi, suni agrega üretimi, enjeksiyon uygulamaları, dolgu malzemesi, yol inşaatlarında temel ve temel altı tabakası, zemin iyileştirmesi, atıkların stabilizasyonunda ve zirai amaçlarla kullanımları sayılabilir. Yüksek oranda uçucu kül içeren betonlar ise kütle betonlarında, silindirle sıkıştırılabilen betonlarda ve hafif beton üretiminde kullanılabilmektedir.

Betonun dayanım ve dayanıklılık özelliklerini mineral ve kimyasal katkılar ile iyileştirilmesinin yanı sıra birçok lif de kullanılmaktadır. Lifler, betonun özelliklerini değiştirerek iyileştirmek amacıyla, taze beton içerisine çeşitli yöntemlerle değişik oranlarda katılan polipropilen, cam, plastik ve çelik gibi değişik malzemelerden farklı tip, özellik ve boyutlarda üretilmektedirler. Lifleri tanımlayan en önemli öğe lifin sahip olduğu mekanik özellikler ile onun sayısal bir parametre gibi ifade edilmesini sağlayan biçimsel özelikleridir. Lif tipi, uzunluğu, çapı, geometrik yapısı ve lifin çekme gerilme dayanımı önemli özelliklerindendir. Lifli betonlarda beton bileşimine giren parametreler içerisinde beton özelliklerini önemli ölçüde etkileyen faktörler narinlik oranı (lif boyu/lif çapı) ve lif miktarıdır. Ayrıca katılan liflerin karışımda homojen olarak dağılması ve karışımdan sonra bu dağılımın korunmasının sağlanması da liflerin betonun özellikleri üzerinde yapacağı iyileştirmeyi doğrudan etkilemektedir. Günümüzde betonda en yaygın olarak kullanılan lifler; çelik, polipropilen ve alkali dirençli camlardır. Genellikle beton karışımlarında kullanılan çelik liflerin narinlik oranı 50 ile 100 ve polipropilen liflerin boyları ise 12 ile 50 mm arasında değişmektedir. Betona katılma oranları çelik lifler için hacimce %0.5-%2.5 ve polipropilen lifler için ise %0.1-%0.5 arasında değişmektedir.

(21)

Lifli beton, ince agrega ve kaba agrega adı verilen mineral dolgu malzemelerinin çimento, su karışımından oluşan bağlayıcı harç ile gerektiğinde çeşitli kimyasal ve mineral katkılarında eklenmesinden sonra katılan liflerin harç içerisinde homojen olarak dağılmasıyla elde edilen ve zamanla sertleşip dayanım kazanan bir malzeme olarak tanımlayabiliriz (Bekaert, 2001).

Çekme dayanımı, yorulma dayanımı, aşınma dayanımı ve çatlak sonrası yük taşıma kapasiteleri bakımından zayıf özelliklere sahip gevrek bir malzeme olan betonda, lif katkısı betonların bu özelliklerinde belirgin iyileştirmeler sağlamaktadır.

Beton içerisinde süreksiz bir şekilde dağılan liflerin betonda çatlak oluşumunu önemli ölçüde azaltmakta, betonun şekil değiştirme kapasitesini, tokluğunu, çarpma ve çekme dayanımı arttırmakta ve süneklik düzeyi yüksek betonlar elde etmeyi mümkün kılmaktadır. Lifler kendi çekme dayanımlarına ulaşıncaya kadar beton matrisinde basınç ve çekme yüklerinden dolayı meydana gelecek olan çok sayıdaki kılcal çatlak oluşumunu önlemekte ve azaltmaktadır. Böylece kırılma birim uzaması liflere oranla düşük olan çimento hamurunda meydana gelebilecek kılcal çatlaklar önlenmektedir.

Lifler betonun büzülme çatlak genişliklerini azaltmakta ve büzülme hareketini sınırlamaktadır. Lifler çok yönlü çatlak oluşumunu sağlar, çatlak üzerinden gerilme transferi yaparlar ve bu gerilme transferi çatlakların kapanmasına müsaade edecek kadar uzun sürebilir. Yüksek çekme dayanımları ile birlikte düşük elastisite modülüne sahip çelik lif donatılı betonların rötre çatlakları normal betonlara oranla daha az olmaktadır. Liflerin büzülme özellikleri üzerinde iyileştirme yapması için matris içerisinde etkili olacak şekilde yeterli miktarda bulunması gerekmektedir.

Ayrıca uzun lifler kuruma rötresinin sınırlandırılmasında daha etkili olmaktadır.

Lif kullanımın en belirgin avantajları;

• Yüksek taşıma kapasitesine sahip sünek betonlar elde edilmesi

• Donatı korozyonunun oluşmadığı düzgün beton yüzeyinin elde edilmesi

• Etkin çatlak kontrolü

• Dayanıklılığı arttırması

• Donatı işçiliğinde büyük ölçüde azalma, olarak sıralanabilir.

(22)

Lifle güçlendirilmiş betonlar normal betonlara oranla sağladıkları bu avantajlarından dolayı geniş bir kullanım alanına sahiptirler. Bu kullanım alanları şu şekilde özetlenebilir: Tünellerde püskürtme beton kaplamalarında; havaalanı ve karayolu gibi yol kaplamalarında, aşınma ve çekme dayanımının yüksek olmasından dolayı endüstri ve su yapılarında; şevlerin stabilizasyonu ve istinat duvarı yapımında;

kesit kalınlıklarının azaltılmasına imkan verdiğinden ince kabuk yapılarda, kubbelerde ve mimari açıdan kalınlığı sınırlı olan kabuk yapılarda; depreme dayanıklı yapılarda; bina ve mühendislik yapılarının taşıyıcı elemanlarının onarımı ve takviyesinde kullanılmaktadır.

Bu doktora tezi ile Sugözü uçucu külü, F19 tipi polipropilen lif ve RC 65/35 BN tipi çelik lif betonda kullanılarak aşağıdaki amaçlar doğrultusunda üç farklı alanda deneysel çalışmalar yürütülmüştür.

1. Adana ili Yumurtalık ilçesi Sugözü köyünde "Sugözü Termik Santralı" adı ile toplam kurulu gücü 2x605 toplam 1210 MW'lık, Kolombiya'dan ithal kömür yakıtla çalışan ve yap işlet modeli ile işletilmekte olan termik santralin temeli 2000 yılında atılmış ve 2004 yılında açılışı yapılmıştır. TMMOB bağlı çevre, maden ve elektrik mühendisleri odaları, çevre koruma örgütleri ve basın, Sugözü termik santralini çevre-enerji-insan-ekonomi zararlısı bir santral olarak nitelendirmektedirler. Termik santralde kömürün yakılması sonucunda 60 ton/saat kül oluşmaktadır. Proje sahibi firma ise oluşacak küllerin faaliyet alanında belirlenen bir bölgede depolayacağını ve uçucu küllerin çimento fabrikalarına hammadde olarak satılacağını veya verimleşeceğini taahhüt etmektedir. Üretici, kullanıcı ve çevresel yararlar düşünülerek, Sugözü termik santrali uçucu külünün betonda mineral katkı olarak kullanılabilirliğini ve optimum miktarın tespiti amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda Sugözü uçucu külünün taze ve sertleşmiş beton özelliklerini iyileştirip iyileştirmediği ve beton üzerindeki dayanım ve dayanıklılık özellikleri üzerindeki etkileri deneysel çalışmalar ile araştırılmıştır.

(23)

2. İnsanlık tarihi kadar eski olan doğal mikro donatı olarak kullanılan saman ve hayvan kıllarının günümüz teknolojisine uyumlaştırılmış hali polipropilen liflerdir. Son zamanlarda polipropilen lifler beton, sıva, harç ve püskürtme beton uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Polipropilen elyafları

% 100 polipropilen esaslı olup, kullanımında ilave işçilik gerektirmeyen, kolay uygulanabilen, betonun ve sıvanın kalitesini artırmak için kullanılan çürümeyen bir üründür. Polipropilen liflerin beton ve yapı için sağladığı avantaj ve dezavantajların araştırılması amaçlanmıştır. Polipropilen liflerin betonda hangi oranlarda katılabileceği, betona dayanım ve dayanıklılık yönünden sağlayabileceği faydaların araştırılması amaçlanmıştır. Uçucu kül katkısının polipropilen lifle güçlendirilmiş betona etkisi ile polipropilen lifin uçucu küllü betondaki davranışı taze ve sertleşmiş beton deneyleri üzerinde araştırılmıştır.

3. Geleneksel betonun eğilmede dayanımı, yarmada çekme dayanımı, şekil değiştirme kapasitesi, çatlama sonrası yük taşıma dayanımı, tokluk, aşınma dayanımı ve büzülme açısından sahip olduğu zayıf performanslarını iyileştirmek amacıyla normal ve uçucu kül katkılı betonlar çelik lifle güçlendirilmiştir. Uçucu külün çelik lifli betona etkisi ile çelik lifin uçucu küllü betonlara katkısı araştırılmıştır. Çelik lifin ve artan lif oranı artışının lifle güçlendirilmiş normal ve uçucu kül katkılı betonların işlenebilirlik, dayanım ve dayanıklılık özelliklerine etkileri üzerine deneysel çalışmalar yapılmıştır. Ayrıca polipropilen lif ile çelik lifin normal ve uçucu kül katkılı beton özelliklerine etkileri açısından birbirleri ile kıyaslanmıştır.

1.1. Uçucu Kül Katkılı Betonlar 1.1.1. Uçucu Küller

Gelişmekte olan ülkelerin ekonomik büyümeleri enerji tüketimlerinin artmasına neden olmaktadır. Ülkemizde de nüfus artışı, yaşama standardının yükselmesi, sanayileşme ve kentleşme enerji gereksinimini hızlı bir şekilde

(24)

arttırmıştır. Bu gereksinim karşısında mevcut potansiyeller mümkün olduğu kadar çabuk bir biçimde harekete geçilmiş ve hidroelektrik ve termik santraller kurulması bir çözüm olarak gerçekleşmiştir. Özellikle endüstriyel yakıt olarak kullanılma imkânı olmayan düşük kalorili kömür yatakları yakınına büyük kapasiteli termik santraller kurulması enerji üretimini arttırma maksadıyla yürütülen çalışmalar arasında başta gelenlerden birisidir. Ancak, enerji üretiminin arttırılmasında tutarlı bir çözüm olarak gözüken kömüre dayalı termik santrallerin sayısının artması önemli ekolojik, ekonomik ve teknik sorunları da beraberinde getirebilecek olan kül üretiminin de artmasına neden olmaktadır. Bu küllerin santrallerden uzaklaştırılması ve depolanması muhtemel çevre kirliliğinin yanı sıra işletme, enerji üretimi kaybı vb konularda da parasal ve teknik problemler yaratabilmektedir (Tokyay ve Erdoğdu, 1998).

Uçucu kül terimi 1930’lu yıllarda elektrik enerjisi endüstrisinin yayılmasıyla ortaya çıkmış ve uçucu külün Portland çimentosu içinde kullanımı yine bu tarihlerde başlamıştır. 1937 yılında R.E Davis Californiya Üniversitesinde uçucu küllü betonla ilgili araştırma sonuçlarını yayımlamış ve bu çalışma ilk şartnamelerin, test metotlarının ve uçucu kül kullanımının temelini oluşturmuştur. 1970’li yıllarda yaşanan enerji maliyetindeki hızlı artış sonucunda, elektrik santrallerinde daha fazla kömür kullanılmaya başlanmıştır. Bunun sonucunda uçucu kül üretiminde bir artış meydana gelmiş, uçucu kül kullanımı tüm dünya genelinde kabul görmeye başlamıştır (Özcan, 1997).

Uçucu küllerin önemli miktarda kullanılmaya başlanması ise baraj inşaatları sırasında ve betonda hidratasyon ısısının düşürmek amacı ile olmuştur. 1940’lı yıllarda ABD’de ilk kullanım Hoover ve Hungry Horse barajlarında olmuştur.

Ülkemizde ise 1960’lı yıllarda Gökçekaya ve Porsuk baraj inşaatlarında kullanılması planlanmıştır. Daha sonraki yıllarda uçucu küllü betonların daha kolay işlenebilir, geçirimsiz ve ekonomik oluşları sebebiyle diğer ülkelerde de kullanımları hızla yaygınlaşmıştır.

Termik santrallerde çok ince öğütülerek yakılan kömürden üç faklı kül elde edilmesi mümkündür.

(25)

• Göreceli olarak iri taneli olup baca gazları ile taşınamayan ve kazan tabanına düşen “taban külü”

• Siklon tipi ocaklarda yakılan kömürün suda soğutularak uzaklaştırılması ile elde edilen “ham kül” ve

• Çok ince taneli olup baca gazları ile taşınan “uçucu kül”

Çevreyi olumsuz olarak etkileyecekleri için, uçucu küller santral bacasından çıkarak havaya karışmaları önlenir. Bu amaçla, küller mekanik ve elektrostatik yöntemlerle toplanarak santral çevresinde veya başka uygun yerlerde depolanır (Türker ve ark., 2003).

Türkiye’de halen Afşin-Elbistan, Çatalağzı, Çayırhan, Kangal, Kemerköy, Orhaneli, Seyitömer, Soma, Tunçbilek, Yatağan, Yeniköy ve Sugözü termik santral faaliyette olup, bu santrallerde yılda yaklaşık 15 milyon ton, dünyada ise 600 milyon ton civarında uçucu kül elde edilmektedir.

1.1.2. Uçucu Küllerin Sınıflandırılması

Uçucu küllerin sınıflandırılmasında, kimyasal bileşen yüzdesine göre esas olarak ASTM C 618 (1998) ve TS EN 197-1 (2002) standartları baz alınmaktadır.

ASTM C 618 (1998) göre uçucu küller F ve C sınıflarına ayrılırlar:

1. F sınıfına, bitümlü kömürden üretilen ve toplam SiO2+Al2O3+Fe2O3 yüzdesi

%70’den fazla olan uçucu küller girmektedir. Aynı zamanda bu küllerin CaO yüzdesi %10’un altında olduğu için düşük kireçli olarak da adlandırılırlar. F sınıfı uçucu küller, puzolanik özelliğe sahiptirler.

2. C sınıfına, linyit veya yarı-bitümlü kömürden üretilen ve toplam SiO2+Al2O3+Fe2O3 yüzdesi %50’den fazla olan uçucu küller girmektedir.

Aynı zamanda bu küllerin CaO yüzdesi %10’dan fazla olduğu için yüksek kireçli olarak da adlandırılırlar. C sınıfı uçucu küller, puzolanik özelliğin yanı sıra bağlayıcı özelliğe de sahiptirler.

TS EN 197-1 (2002) göre uçucu küller silissi V ve kalkersi W gruplarına ayrılırlar.

1. V sınıfı uçucu küller, çoğunluğu puzolanik özelliklere sahip küresel taneciklerden meydana gelen ince bir toz olup, esas olarak reaktif silisyum

(26)

dioksit (SiO2) ve alüminyum oksitden (Al2O3) oluşan, geri kalanı demir oksit (Fe2O3) ve diğer bileşenleri içeren küllerdir. Bu küllerde, reaktif kireç (CaO) oranının %10’dan az, reaktif silis miktarının %25’den fazla olması gerekmektedir.

2. W sınıfı küller, hidrolik ve/veya puzolanik özellikleri olan ince bir toz olup, esas olarak reaktif kireç (CaO), reaktif SiO2 ve Al2O3’den oluşan, geri kalanı demir oksit (Fe2O3) ve diğer bileşenleri içeren küllerdir. Bu küllerde, reaktif kireç (CaO) oranının %10’dan fazla, reaktif silis miktarının da %25’den fazla olması gerekmektedir.

1.1.3. Uçucu Küllerin Fiziksel Özellikleri

Uçucu küllerin fiziksel özellikleri tane şekli, tane dağılımı, incelik ve yoğunluktur. Bu özellikler taze ya da katılaşmış betonun özelliklerini etkilerler.

Uçucu külün fiziksel özellikleri taze betonun performansı üzerinde kimyasal özelliklerine nazaran daha fazla etkilidir. Uçucu kül çimentoya göre daha koyu renklidir, süngerimsi boşluklu veya boşluksuz çeşitli büyüklükte genellikle küresel yapıda taneciklerden meydana gelir. Uçucu külün rengi ve kullanılacağı miktar sonuçta elde edilecek betonun rengini etkileyebilir. Uçucu küllerlin tane boyutları 1 ile 150 µ arasında değişir. %75’ten büyük kısmı 45 µ elekten geçer.

Uçucu küllerin tane dağılımı uçucu külün bacada tutulmasında kullanılan mekanizmalara bağlıdır. Uçucu küller tane büyüklüğüne göre, iri, orta ve ince olarak üçe ayrılır. Elektrostatik yöntemlerle tutulan uçucu küllerin inceliği 4000-7000 cm²/g arasında değişmektedir. Çimento üretiminde kullanılmaya daha uygundur. Siklon ve mekanik olarak tutulan uçucu küllerin incelikleri 1500-2000 cm²/g arasında değişmektedir. Genel olarak bir termik santralin uçucu kül tane dağılımı, kömür kaynağı, kömür öğütme yöntemi ve termik santralin çalışma prensipleri değişmediği sürece aynı kabul edilir. Uçucu küllerin incelikleri Blaine ve Wager yüzey deney metodu ile yapılabildiği gibi 45 µm eleğin üstünde kalan miktarın tespiti ile de belirlenir. Uçucu küller ne kadar ince ve karbon içeriği ne kadar düşük olursa

(27)

puzolanik aktivitenin o kadar yüksek olacağı söylenebilir. Aynı işlenebilirlikte ki, betonun dayanıma katkısı o kadar olumludur (Şimşek, 2004).

Uçucu küller yoğunlukları ise inceliğine ve mineralojik yapılarına bağlıdır.

Genel olarak uçucu küllerin yoğunlukları 1.9-2.4 gr/cm³ arasında değişmektedir.

Yoğunluğun yüksekliği inceliği ile ilgilidir. İnce küller kabaya göre daha fazla yoğunluk verirler. Gevşek birim ağırlıkları ise yaklaşık olarak 800 kg/m³ arasında değişmektedir.

1.1.4. Uçucu Küllerin Kimyasal ve Mineralojik Özellikleri

Uçucu külün kimyasal bileşimi, kullanılan kömürün yapısı, jeolojik orijini ve kömür hazırlama, yanma, toz toplama gibi koşullara bağlıdır. Uçucu küllerin kimyasal yapılarında ana elementler olarak Si, Al, Ca, Fe ve S bulunur. Bu elementleri yanma biçimine bağlı olarak oluşan başlıca bileşenler SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO ve SO3 olup, diğerleri MgO, Na2O, K2O, TiO2 ve benzeri oksitler bulunabilir. Uçucu küllerin karbon içeriği termik santrallerin verimine bağlı olmakla birlikte yaklaşık %3 civarındadır. Diğer oksitlerden MgO en fazla %5, alkali oksitler (Na2O+K2O) %5’in altında bulunmaktadır. SO3 genellikle %0.2-%2.5 arasında değişmekle birlikte %10’a kadar yükselmektedir. TS EN 450 (1998) SO3 değerini en fazla %3 olarak sınırlamaktadır. Kızdırma kaybı, esas olarak kömürdeki yanmamış karbona karşılık gelmekle birlikte, kömürdeki hidratlar veya karbonatların bozunması ile ortaya çıkan bağlanmamış su veya CO2 kaybını da içine almaktadır.

Kızdırma kaybı %1-%10 arasındadır. Çizelge 1.1’de F sınıfı ve C sınıfı uçucu küllerin kimyasal bileşenlerinin yüzdelerinin hangi sınırlar civarında olabileceği gösterilmiştir (Türker ve ark., 2003; TS EN 450, 1998).

Uçucu küllerin çimento ve beton endüstrisinde kullanılma nedenleri içinde en önemlilerinden birisi olan puzolanik özellikleri kimyasal kompozisyonlarından ziyade mineralojik yapılarına bağlıdır. Düşük kireçli uçucu küllerdeki ana aktif bileşen silika ve alüminadan oluşan amorf veya camsı fazdır. Bu tür uçucu küller rutubetli ortamda kalsiyum hidroksitle reaksiyona girerek bağlayıcı özelliklere sahip bileşenler meydana getiriler. Başka bir değişle, düşük kireçli uçucu küller puzolanik

(28)

özelliğe sahiptirler. Yüksek kireçli küller ise bir yandan puzolanik özellik gösterirken, içerdikleri serbest kireç, anhidrit, trikalsiyum aluminat, amorf silika ve amorf alumina vb nedeniyle de kendi başlarına bir miktar bağlayıcı özelliğe sahip olabilirler. Düşük kireçli uçucu küllerin camsı faz miktarı yüksek kireçlilere oranla daha yüksektir.

Çizelge 1.1. Uçucu küllerin tipik kimyasal kompozisyonları Oksit F sınıfı C sınıfı

SiO2 43.6 - 64.4 23.1 - 50.5 Al2O3 19.6 - 30.1 13.3 - 21.8 Fe2O3 3.8 - 23.9 3.7 - 22.5

CaO 0.7 - 6.7 11.5 - 29.0 MgO 0.9 - 1.7 1.5 - 7.5 Na2O 0.0 - 2.8 0.4 - 1.9 KK 0.4 - 7.2 0.3 - 1.9

Düşük kalsiyumlu uçucu küllerde görülen mineral fazlar camsı faz, mullit (Al6Si2O13), hematit (Fe2O3), manyetit (Fe3O4), kuvartz (SiO2), vb iken yüksek kalsiyumlu küllerde bunlara ek olarak, zaman zaman daha fazla miktarlarda, serbest kireç (CaO), anhidrit (CaSO4), trikalsiyum aluminat (Ca3Al2O6) ve felspat, gehlenit gibi çeşitli kalsiyum silikatlar bulunur (Şimşek, 2004). Uçucu küllerin mineralojik kompozisyonları Çizelge 1.2’de verilmiştir.

Çizelge 1.2. Uçucu küllerin mineralojik kompozisyonları (Şimşek, 2004) Mineral (%) Silikoaluminöz Sülfoklasik Silikoklasik

Camsı ve amorf faz 60 35 50

Mullit 20 1 5

Hematit 7 4 3

Manyetit 6 1 1

Kuvartz 5 5 5

Anhidrit - 15 5

Serbest kireç - 20 10

Feldspat ve gehlenit - ≥20 ≥15

(29)

1.1.5. Uçucu Küllerin Puzolanik Dayanım Aktivite İndeksi

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. Puzolanik aktivitenin ölçülmesi için birçok metodun önerilmesi ve tavsiye edilmesine rağmen bunlardan hiç biri tamamen doyurucu olarak göz önüne alınmamaktadır. Çimento bağlayıcı bir karışımın dayanımının, sadece bağlayıcının özelliklerine bağlı olmayıp normal test metotları ile anlaşılamayan birçok değişik faktöre bağlı olması, yukarıda bahsedilen testlerin yetersizliğinin esas nedenleridir.

Doğal puzolanlar ve uçucu küllerin puzolanik aktiflikleri, dayanım aktivite indislerini bulmak için yapılan deneyler ile tespit edilir. Bir mineral katkı, hidrolik çimento betonu ile kullanıldığında kabul edilebilir bir dayanım gelişmesi sağlayıp sağlamadığının tespitinde dayanım aktivite indisi deneyi kullanılır (Erdoğan, 1997).

TS EN 450 (1998) göre aynı yaşta denendiğinde, kütlece %75 referans çimento + %25 uçucu kül ile hazırlanan standart harç çubuklarının basınç dayanımının, sadece referans çimento ile hazırlanan standart harç çubuklarının dayanımına (%) oranı olarak belirtilmektedir. ASTM C 311 (1994) standardına göre ise önce 500 gr. Portland çimentosu + 1375 gr. uygun dane dağılımlı standart kum + 242 ml. su kullanılarak kontrol karışım harcı hazırlanır. Daha sonra da, 400 gr.

Portland çimentosu + 100 gr. denenecek puzolan + 1375 gr. uygun dane dağılımlı standart kum + kontrol karışımının akıcılığını ± %5 kadar sağlayacak miktarda su kullanılarak puzolanlı harçlar elde edilmektedir. Puzolanlı harçların dayanımının kontrol karışımın dayanımına oranı (%) olarak belirlenir.

Uçucu külün puzolanik dayanım aktivite indeksi TS EN 450 (1998) ve ASTM C 311 (1994) standartlarına uygun olarak yapılır. TS EN 450 (1998) göre 28 gün ve 90 gündeki endeksi sırasıyla en az %75 ve %85 olmalıdır. TS 639 (1998) ve

(30)

TS 25 (1975) standartlarına uçucu kül ve doğal puzolanlar için 28 günlük minimum dayanım aktivite indisi %70 olmalıdır. ASTM C 618 (1998) standardında hem F sınıfı hem de C sınıfı uçucu küller için dayanım aktivite indeksinin 7 ve 28 gün için en az %75 olması gerektiğini belirtilmektedir.

1.1.6. Uçucu Küllerin Standartları ve Sınırları

Uçucu küllerin beton katkı maddesi olarak kullanabilmeleri için sahip olmaları gereken fiziksel ve kimyasal özelliklere dair sınır değerler, TS 639 (1998), TS EN 450 (1998), ASTM C 618 (1998) ve BS 3892 (1993) standartlarda belirtilmektedir. Bu standartlarda yer alan bazı fiziksel ve kimyasal özellikler Çizelge 1.3’te gösterilmektedir.

Çizelge 1.3. Uçucu küller için fiziksel ve kimyasal standart sınırlar

Özellik BSI ASTM-F ASTM-C TS EN TS

Nemlilik,maks. (%) 0.5 3.0 3.0 - -

K.K, maks. (%) 7.0 12.0 6.0 5.0 5.0

SO3, maks. (%) 2.5 5.0 5.0 3.0 3.0

MgO, maks. (%) 4.0 5.0 5.0 - -

Alkaliler, maks. (%) - 1.5 1.5 - -

SiO2, min. (%) - - 4.0 - -

SiO2+Al2O3+Fe2O3,min(%) - 70 50 - 70

Serbest kireç, maks. (%) - - - 1.0-2.5 1.0-2.5

Cl^-, maks. (%) - - - 0.1 0.1

PAI, min. (%) - 75 75 75 (85) 70

İncelik, ≥45 µm, maks. (%) 12.5 34 34 40 -

1.1.7. Uçucu Küllerin İkame Metotları

Birçok araştırmacı karışım oranları ve uçucu külün ikamesi ya da beton karışımına katılması konusunda çalışmalar yapmışlardır. Uçucu kül ikame metotları aşağıdaki şekilde sınıflandırılmıştır. Önerilen bu metotlar esas olarak Abraham’ın su/çimento oranı ile dayanım ilişkisine dayanır, aralarında ise küçük farklar vardır.

(31)

1. Basit ikame metodu: Bu metotta, kontrol karışımının çimentosunun bir kısmı yerine hacimce veya ağırlıkça eşit miktarda uçucu kül konularak uçucu küllü beton üretilmektedir. Bu metot kolaylığından dolayı birçok araştırmacı tarafından kullanılmaktadır.

2. Değiştirilmiş ikame metodu: Basit ikame metodu ile tasarımlanan beton karışımlarının erken dayanım düşüklüğü, araştırmacıları yeterli erken yaş dayanımı veren bir başka ikame metodu bulmaya itmiştir. Düşük erken yaş dayanımının üstesinden gelen ve basit ikame metodunu modifiye eden çeşitli yöntemler önerilmiştir. Bütün metotlarda ortak göze çarpan özellik karışıma konan uçucu kül miktarının çıkarılan çimento miktarından fazla olmasıdır, uçucu külün fazla konulan miktarı ince agrega yerine kullanılır. Ayrıca su/çimento oranını azaltarak betonda mukavemet kaybı olmadan mümkün olduğunca çok uçucu kül kullanımını sağlayan değiştirilmiş bir ikame metodu önerilmiştir.

3. Rasyonel metodu: Rasyonel metot, uçucu küllü betonun şartnamelerdeki işlenebilirlik ve mukavemet şartlarıyla uyuşması gerektiği gerçeği, betonun bu özelliklerini etkileyen uçucu kül karakteristiklerini göz önüne almak gerektiğini ortaya koymuştur.

1.1.8. Uçucu Küllerin Beton Özellikleri Üzerine Etkileri

Uçucu külün beton karışımında kullanımı taze ve sertleşmiş betonun özelliklerini oldukça etkiler. Taze betonun su ihtiyacı, işlenebilirliği, priz zamanı, bitirilebilme özelliği, hidratasyon ısısı ve kanama uçucu külün kullanımı sonucu etkilenir. Katılaşmış betonun dayanım ve dayanıklılık özellikleri de uçucu külün beton karışımında kullanılmasıyla etkilenen önemli özellikleridir. Uçucu küllerin beton özellikleri üzerine olan etkileri aşağıda başlıklar halinde özetlenmiştir (Erdoğan, 1997; Bilim 2001; Atiş, Beton katkı malzemeleri ders notu)

(32)

1.1.8.1. Su İhtiyacı ve İşlenebilirlik

Genellikle, çimentonun yerine kısmi olarak uçucu kül konularak kullanılması betonun su ihtiyacını, uçucu külsüz olarak üretilecek betona göre aynı slump değeri için azaltmaktadır. Uçucu külün su ihtiyacını azaltmaktaki rolü esas olarak inceliğine dayanmaktadır. İnceliğin artması su ihtiyacını arttırırken, küresel şekillenmiş olan taneler içsel sürtünmeyi azaltmaktadır, dolayısıyla su ihtiyacında azalma olmaktadır.

Bu nedenle beton karışım oranları su ihtiyacı üzerinde etkin rol oynar. Uçucu külün puzolanik reaksiyonundan yararlanarak çimento miktarı azaltılarak ve uçucu küllü betonlarda uçucu külsüz betonla aynı slump değerini elde etmek için su-çimento oranı azaltılır. Diğer taraftan uçucu kül ince agreganın yerine kısmi yerleşim yapılırsa su ihtiyacı yüksek olabilir.

Uçucu külün kullanımı bağlayıcı hamurun hacmini arttırır. Uçucu kül çimentonun kısmi bir yer değişimi ağırlık bazında yapıldığında, uçucu külün yoğunluğu çimentodan az olduğundan, yer değişimde bağlayıcı maddenin hacminde bir artış olmaktadır. Boşlukların yeterli miktarda bağlayıcı hamuru ile doldurulması sonucu yapışkanlılık, plastiklik ve agrega tanelerinin kayganlığı sağlanır. Uçucu küllerin inceliği ve tanelerinin küresel olması işlenebilme üzerinde faydalı etkilere sahiptir. Küresel şekil agregalar arasındaki sürtünmeyi bilyalı-yatak etkisi ile azaltmakta ve betonun daha rahat hareket etmesini sağlamaktadır. İnce taneler boşlukların daha iyi dolmasını sağlar ve perdahlanmayı kolaylaştırır. Aynı zamanda uçucu külün tanelerinin küresel şekli, agregalar arasındaki sürtünmeyi azaltır, dolayısıyla beton ve pompa hattındaki sürtünmeyi azalttığından betonun pompalanabilirliğini arttırmaktadır.

1.1.8.2. Priz Süresi, Hidratasyon Isısı ve Kanama

Betonun priz zamanı karakteristiği; çimento tipi, çimento miktarı, çimento inceliği, çimento hamurunun su muhtevası, eriyebilir alkaliler, diğer katkıların kullanımı, uçucu külün miktarı, inceliği ve bileşenleri gibi birçok faktör tarafından etkilenmektedir. Uçucu küllü beton, diğer bütün puzolanik betonlar gibi, daha uzun

(33)

priz zamanına sahiptir. Uçucu külün priz zamanı üzerindeki etkisi uçucu külün karakteristiklerine ve kullanıldığı miktara bağlıdır. Uçucu kül betonlarının priz zamanının normal betona göre daha uzun olmasından dolayı, bu tür betonun bitirilmesi normal betona göre daha geç yapılmalıdır. Erken bitirme, kanama suyunu yüzeyin altında bırakabilir ve yüzeyde zayıflık oluşturabilir.

Uçucu kül ve portland çimentosunun hidratasyonu sonucu ortaya çıkan kalsiyum hidroksit arasındaki kimyasal reaksiyon, çimentonun hidratasyonu işleminden daha yavaş bir işlemdir. Bu durum daha yavaş ısı oluşmasına ve beton içinde daha az iç gerilmeye ve daha az rötreye sebep olur. Uçucu külün bu özelliği onun özellikle baraj yapılarında kütle betonlarında ortaya çıkan yüksek ısıları kontrol etmede kullanılır.

Uçucu küllü beton karışımı genelde normal betona göre daha az kanama gösterir. Bunun nedeni ise, betondaki katı madde yüzey alanının su hacmine oranının artmasıdır. Uçucu külle yapılan hamur daha az sulu ve ayrışmaya daha az meyillidir.

1.1.8.3. Dayanım

Beton karışımı içinde uçucu kül kullanımı genelde su ihtiyacını azaltmakta, bağlayıcı madde içeriğini artırmakta ve uzun dönemde puzolanik aktivite yoluyla dayanıma katkıda bulunmaktadır. Uçucu külün katılaşma oranının yavaş, ve erken yaşlarda basınç dayanımı kazanımını azalttığını bilinmektedir. Bu durum uçucu külün çimento ile kısmen yer değişimi yaptığı zaman geçerlidir ve bağlayıcı olarak görev görür. Eğer, bir beton karışımında bağlayıcı malzeme miktarı sabit ise ve bu bağlayıcı miktarının bir kısmı uçucu kül ile yer değiştirilmiş ise; basınç dayanımı uçucu kül miktarının artmasıyla daha da düşer. Diğer taraftan, uçucu küllü betonun dayanımı ve dayanım kazanma oranı kullanılan uçucu külün miktarına, karakteristiklerine ve kullanılan çimentoya kuvvetlice bağlıdır. Yüksek kireçli uçucu kül daha yüksek reaksiyon oranı ve yüksek dayanımı düşük kireçli uçucu küle nazaran erken yaşlarda gösterir. Genelde, bütün betonların dayanım ve dayanım kazanma oranı kür edilme zamanı tarafından etkilenmektedir. Uçucu küllü beton normal betona göre daha uzun kür edilme zamanı isteyebilir.

(34)

1.1.8.4. Dayanıklılık

Uçucu küllü betonun geçirgenliği genelde uçucu külsüz olarak yapılan betonun geçirgenliğinden daha düşüktür. Geçirgenliğin böyle düşük olmasının nedeni uçucu kül ile çimentonun hidratasyonu sonucu ortaya çıkan kalsiyum hidroksit arasındaki puzolanik reaksiyon sonucu ortaya çıkan ilave C-S-H jelleridir.

Bu jeller kapiler boşlukları azaltmaktadır.

Uçucu kül kullanımının betonda geçirgenliği azaltması ayrıca sülfat atağının beton üzerindeki bozucu etkilerini de azaltmaktadır. Bunun yanı sıra, uçucu kül çimentonun bir kısmı ile yer değiştirildiğinde toplam C3A miktarı azalacağından, oluşacak sülfo alüminatın meydana getireceği zararlı hacim genleşmelerini de azaltmaktadır.

Betonun donma çözünmeye karşı dayanıklılığı hava-boşluk sisteminin yeterliliğine, iri agreganın sağlamlığına, beton dayanımına ve donma anındaki nem durumuna bağlıdır. Hava boşluk sistemi yeterli olduğu sürece yani yeterli hava kabarcıkları sürüklenmişse ve agrega dayanıklı ise, hava katkılı uçucu kül betonunun donma çözünme dayanımı uçucu külsüz aynı dayanıma sahip kontrol betonundan daha az değildir.

Çimentonun alkalileri ile agreganın reaktif silis bileşenleri arasında yer alan alkali agrega reaksiyonu sonucundaki genleşme ve çatlamalar, uçucu kül kullanılması ile azaltılabilmektedir.

Uçucu külün bağlayıcı hamurunun hacmini artırdığı durumlarda su miktarı sabit tutulduğu zaman rötre de artış görülebilir. Bunun yanı sıra, uçucu kül ilavesi işlenebilirliği artırdığından sabit işlenebilirlik için su miktarı azaltılabilir, bu da rötre artışını yok edebilir. Uçucu külün yüksek oranda kullanılması rötreyi azaltmaktadır.

1.1.8.5. Ekonomi

Maliyet açısından bakıldığında, kullanılacak olan uçucu kül miktarı ve tipine göre değişecek olmakla birlikte, sabit bir mamul madde (çimento) miktarı için daha az klinker üretimi, tras ve cüruf gibi mineral katkılara kıyasla, zaten ince olan tane

(35)

boyutları nedeniyle, daha az öğütme enerjisi gereksinimi ve yine tras ve cüruf gibi katkılarda gerekebilecek ön kurutmaya ihtiyaç göstermemesi uçucu küllü çimento üretimiyle sağlanacak olan tasarrufun gerekçeleridir. Ancak uçucu küllerin taşıma mesafeleri bakımından ele alınması gerektiği unutulmamalıdır (Tokyay ve Erdoğdu, 1998).

Bunun yanı sıra, uçucu kül kullanımı ile işlenebilirlikteki iyileşme;

karıştırmada ve yerleştirmedeki kolaylık dolayısıyla tasarruf sağlamaktadır. Uçucu külün beton özellikleri üzerine faydalı ve potansiyel bozucu etkileri Çizelge 1.4’te özetlenmiştir.

Çizelge 1.4. Uçucu küllerin beton üzerindeki etkileri Faydalı Etkileri Zararlı Etkileri

Sabit su miktarında işlenebilirliği artırır. Özellikle soğuk havalarda rötreyi artırır.

Kanamayı ve ayrışmayı önler Yavaş dayanım kazanma sağlar.

Uzun dönemde dayanımı artırır. Uzun süre küre ihtiyaç duyar.

Rötreyi azaltır. Hava sürükleyici katkısının artırır.

Alkali-silika reaksiyonunu azaltır.

Sülfata karşı dayanımı artırır.

Ekonomi sağlar.

1.1.9. Uçucu Küllerin Kullanıldığı Yerler

Uçucu küller kimyasal, mineralojik, fiziksel ve puzolanik özellikleri sebebiyle inşaat sektörü tarafından pek çok alanda kullanılmaktadır, bu alanlar aşağıda özetlenmiştir (Erdinç, 1995; Sevim, 2003).

1.1.9.1. Çimento Üretimi

Uçucu küller çimentoya ham madde olarak, klinker ve alçı taşı ile birlikte öğütülerek veya mamul çimentoya doğrudan olmak üzere üç şekilde katılabilir. Bu tip çimento üretiminde, klinkere öğütülmüş uçucu kül katıldığından klinkerin öğütülmesi kolaylaşmakta, üretim kapasitesi ve rantabilite artmaktadır. Uçucu küller öğütülmüş kömürün yakılmasıyla elde edildiklerinden kendileri de öğütülmüş

(36)

durumdadır. Bundan dolayı çimento üretiminde bir ön öğütme işlemine gerek kalmadan doğrudan fırına verilebilirler ve böylece öğütme işleminden tasarruf sağlanır. Uçucu kül doğrudan çimentoya katılarak ta uçucu küllü çimentolar elde edilebilir. Bu durumda uçucu külün klinkere katılmasıyla aynı sonuçlar elde edilmektedir. Portland uçucu küllü çimento (CEM II/A-V, CEM II/B-V, CEM II/A- W ve CEM II/B-W) çimentolar 28 günlük basınç dayanımlarına göre; 32.5 N, 32.5R, 42.5 N, 42.5R, 52.5 N, 52.5R olmak üzere 6 çeşide ayrılırlar. A tipi çimentolarda kütlece %6-20 oranında uçucu kül var iken, B tipi çimentolarda kütlece %21-35 oranında uçucu kül mevcuttur.

1.1.9.2. Beton Üretimi

Beton üretiminde bağlayıcı madde olarak kullanılan Portland çimentosunun bir kısmı yerine mineral katkı maddesi olarak uçucu kül kullanılabilmekte, böylece uçucu kül katkılı beton elde edilebilmektedir. Zaman zaman beton üretiminde kullanılan ince agreganın bir kısmı yerinede uçucu kül kullanılabilmektedir.

1.1.9.3. Tuğla ve Hafif Agrega Üretimi

Uçucu külün tuğla imalinde kullanımı ise iki şekilde olmaktadır. Birincisi, uçucu küllerin çok rutubetli killerin fazla suyunu emmesi, plastik killerin çatlamasını, şişmesini ve çiçeklenme olayını önlemesinden dolayı yardımcı ve düzeltme malzemesi olarak kullanılırlar. Uçucu küllerin ikinci kullanım şekli ise esas malzeme olarak killerle karıştırılıp basınç altında kalıplara yerleştirilen karışım ısıl işleme tabi tutulmasıdır. Uçucu kül puzolanik özelliği ve inceliği sebebiyle pişmiş malzemede mukavemetin önemli miktarda artmasını sağlamaktadır.

Hafif betonun inşaat mühendisliğinde kullanılmasıyla birlikte, hafif agrega ile hafif beton üretme çalışmaları da başlamıştır. Bu amaçla uçucu kül belirli oranlarda su ile karıştırılarak sinterleştirilmekte ve istenilen irilikte doğal agregaya göre hafif bir malzeme elde edilmektedir. Bu şekilde elde edilen agregalarla üretilen betonlar, doğal agregalarla üretilen betonlar kadar dayanıklı olmakta, ayrıca hafif olması