Yüksek oranda uçucu küL İÇeren normal ve yüksek dayanimli betonlarin klor geçİRİMLİLİĞİ
Yüklə 131,25 Kb.
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- 2. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 2.1. Kullanılan Malzemeler ve Üretilen Karışımlar
- 2.2. Puzolanik Aktivite
- 2.3. Beton Karışımları
- 2.3. Yapılan Deneyler
- 3. DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ 3.1. Basınç Dayanımı Sonuçları
- 3.2. Hızlı Klor Geçirimliliği Deneyi Sonuçları
- KAYNAKLAR Roumain, J.C., Sarkar, S.L. ( 2000) “
|
YÜKSEK ORANDA UÇUCU KÜL İÇEREN NORMAL VE YÜKSEK DAYANIMLI BETONLARIN KLOR GEÇİRİMLİLİĞİ Özkan Şengül1, Mehmet Ali Taşdemir2, Reşat Sönmez3 1. GİRİŞ Betonun ana bileşenlerinden olan çimento beton maliyetinde önemli bir yer tutar. Çimento üretiminin çevreye verdiği zarar da azımsanmayacak kadar yüksektir; 1 ton çimento üretimi sırasında yaklaşık olarak 1 ton CO2 gazı açığa çıkar [1]. Ayrıca çimentonun üretilmesi fazla miktarda enerji gerektirir. Günümüzde çimentonun çeşitli puzolanik malzemelerle yerdeğiştirilerek hem daha ekonomik, hem de çevreye karşı daha duyarlı bir beton üretimi giderek artan bir ilgi görmektedir. Puzolan; tek başına bağlayıcılık özelliği olmayan ancak ince öğütülüp normal sıcaklıktaki nemli ortamda kalsiyum hidroksitle kimyasal reaksiyona girerek bağlayıcılık özelliği gösteren malzeme olarak tanımlanır [2]. En yaygın puzolan uçucu küldür. Bu malzeme, termik enerji santrallerinde içersinde öğütülmüş kömürün yanmasıyla ortaya çıkan bir üründür. Baca gazları atmosfere bırakılmadan önce bu gazlar içindeki ince tanelerin toz toplama sistemi tarafından toplanmasıyla elde edilir. Taneler genellikle küresel olup çapları 1 ile 150 m arasında değişir [3]. Uçucu külün kimyasal bileşimi ve özellikleri kullanılan kömürün yapısı ve bileşimine ve külün oluştuğu yakılma işlemine bağlı olarak değişir [4]. Uçucu kül inceliği puzolanik aktiviteyi önemli ölçüde etkiler. Uçucu külller F tipi ve C tipi olarak sınıflandırılabilir [3]. Türkiye’de aktif olarak çalışan 11 adet termik santral vardır ancak bunlardan sadece 1 tanesinden, Çatalağzı Termik Santrali’den F tipi uçucu kül elde edilmektedir, diğer tüm santrallere ait küller ise C tipidir. Dünyadaki uçucu kül üretimi yıllık yaklaşık 450 milyon tondur ancak bunun sadece % 6’sı çimento ve beton endüstrisinde kullanılmaktadır [5]. Türkiye’deki uçucu kül üretimi ise yıllık yaklaşık 15 milyon tondur ancak endüstride kullanımı düşüktür. Bunun iki sebebi vardır: i) Uçucu kül özellikleri hakkındaki yetersiz bilgi ii) Uçucu kül özelliklerinin her zaman üniform olmaması [6,7]. Uçucu küllerin ekonomik olarak değerlendirilmesi, kullanılabilir miktara, gerekli nakliye miktarına, ve istenen tasarıma bağlıdır. Uçucu kül hidratasyon ısısını düşürür ve tanelerin küreselliği sayesinde taze betonun kararlılığını, kolay yerleşmesini ve kolay sıkıştırılmasını sağlar. Yüksek oranda uçucu kül içeren betonlar kütle betonlarında, silindirle sıkıştırılabilen betonlarda, hafif beton üretiminde kullanılabilmektedir. Uçucu kül inceliği puzolanik aktiviteyi önemli ölçüde etkiler. İnceliğini arttırmak için uçucu kül elenebilir, hava kullanılak iri ve ince taneler ayrılabilir veya öğütme yapılabilir. Puzolanik reaksiyon uçucu kül tanesinin yüzeyinde başlar. İncelik arttırılırsa puzolanik aktivite de artar, ayrıca; betonda en zayıf halka olan agrega-çimento hamuru arayüzeyinin özelliklerinin iyleştirilmesi için de uçucu kül inceliği önemlidir [8-10]. Donatı korozyonu yurdumuzdaki yapılarda yaygın olarak karşılaşılan bir durabilite sorunudur. Betonun pH’ının düşmesiyle pasivasyon tabakası kaybolur. pH değerinin azalması iki etkene bağlıdır; i) karbonatlaşma, ii) klor etkisidir. Klor betona çeşitli şekillerde etkiyebilir; i) kullanılan agrega veya katkı maddelerinden, ii) yapının bulunduğu çevreden, örneğin deniz suyu etkisiyle ya da kışın kullanılan buz çözücü tuzların etkisiyle [11]. Çeşitli mineral katkılar kullanılarak betonun durabilitesini iyileştirilebildiği bilinmektedir. Sunulan bu çalışmanın amacı çok ince öğütülmüş uçucu kül miktarının (Blaine özgül yüzeyi 604 m2/kg) yüksek dayanımlı betonların klor geçirimliliği ve basınç dayanımına etkisini incelemektedir.
Uçucu kül bilyalı bir laboratuvar değirmeninde öğütülmüştür. Öğütülmüş uçucu külün bazı fiziksel özellikleri ise Tablo 2’de gösterilmektedir. Öğütme öncesi uçucu külün tane boyutunun oldukça iri ve düşük yoğunluğa sahip olduğu görülmektedir. Uçucu külün öğütülmesiyle birlikte yoğunluk ve incelik değişmektedir. Öğütme sonucu şu fiziksel değişimler oluşmaktadır : i) uçucu külün inceliği azalmaktadır, ii) uçucu kül tanelerinin porozitesinin azalması sonucunda özgül ağırlıkta belirgin bir artış olmaktadır, iii) öğütmeden önce küresel şekle sahip uçucu kül taneleri öğütme sonucu şekilsiz taneler haline gelmektedir, bazı küçük taneler ise orjinal şekillerini korur. Uçucu kül içeren çimento hamurlarının priz başlangıç ve bitiş süreleri de bulunmuştur. Şekil 1’de görüldüğü gibi uçucu kül miktarının artmasıyla birlikte priz süreleri uzamaktadır. Tablo 1. Portland çimentosu ve uçucu külün kimyasal bileşimleri
Tablo 2. Uçucu külün öğütme öncesi ve sonrası bazı fiziksel özellikleri
Şekil 1. Çimento hamuru priz sürelerinin uçucu kül içeriği ile değişimi Uçucu külün öğütme öncesi ve öğütme sonrası tane boyut dağılımı ise Şekil 2’de gösterilmektedir. Öğütme ile birlikte uçucu külün ortalama tane boyutu azalmaktadır. 
Şekil 2. Uçucu kül tane boyut dağılımının öğütme sonucu değişimi ASTM C 618 ile EN 406 sınırlamaları Tablo 3’de verilmiştir. Kullanılan uçucu külün deney sonuçları da bu tabloda son sütunda gösterilmektedir. Burada S: Si2O, A: Al2O3 ve Fe: Fe2O3 olup bu çalışmada kullanılan uçucu kül tablodan da anlaşılacağı üzere F tipi olarak sınıflandırılabilir. Tablo 3. EN 450 ve ASTM C 618’e göre uçucu kül şartnamesi
Tablo 3’den görüldüğü gibi, EN 450 ve ASTM C 618 standartları F tipi için S+A+F’in minimum değerini %70 ile sınırlandırır. C tipi uçucu kül için ise ASTM C 618’de S+A+F miktarı %50 ile sınırlıdır. Uçucu külleri S+A+F içerikleri ve elde edildikleri kömürlerin cinslerine göre sınıflandıran ASTM C 618 standardına göre; Türkiye’deki 11 termik santralden elde edilen uçucu küllerden sadece bir tanesi; Çatalağzı’nda üretilen ve bu çalışmada kullanılan uçucu kül F tipi şartlarını sağlamaktadır. Diğer uçucu küller ise linyit kömürlerinden elde edilmektedir (Tokyay, 1998). Bu çalışmada kullanılan uçucu külün S+A+F miktarı yukarıda belirtilen sınırlamaları sağlamaktadır. BS 3892 standardına göre kızdırma kaybı en fazla %7 olmalıdır. EN 450 ve BS 3892’ deki sülfat için istenen spesifikasyonlar, ASTM C 618 deki değerden düşüktür. Bu çalışmada kullanılan öğütülmüş uçucu kül istenilen koşullara uygun bir mineral katkıdır. 2.2. Puzolanik Aktivite Puzolanik aktivite uçucu külün en kritik özeliğidir. Uçucu külün puzolanik aktivitesini belirlemek için değişik yöntemler vardır. Bu çalışmada kullanılan uçucu kül için ASTM C 311-85’e göre kireç içerikli puzolanik aktivite deneyi yapıldı. Elde edilen deney sonuçları ve ASTM C 311-85 standardı sınır değerleri Tablo 4’de verilmektedir. Yapılan son çalışmalar öğütülmüş uçucu kül inceliğinin puzolanik aktivite indisini büyük oranda etkilediğini göstermektedir [8-10]. Tablo 42de gösterildiği gibi blaine özgül yüzeyinin 222 m2/kg’den 604 m2/kg’e çıkartılması puzolanik aktivite deneyinde elde edilen 7 günlük basınç dayanımını % 79,7 arttırılmıştır. Tablo 4. Puzolanik aktivite deney sonuçları
2.3. Beton Karışımları Aynı Portland çimentosu (PÇ 42,5) ve aynı ASTM C 618’e göre F tipi düşük kireç içerikli uçucu kül kullanılarak sekiz beton karışımı üretildi. Üretilen tüm betonlarda su/bağlayıcı oranı, agrega granülometrisi ve maksimum agrega tane boyutu sabit tutuldu. Uçucu külün çimento ile kısmi yer değiştirilmesi % 70’e kadar % 10’luk adımlarla yapıldı. Yer değiştirme bire bir ağırlık esasına göre yapıldı. Beton agrega karışım eğrisi ISO A16-B16 arasında, ancak B16 eğrisine yakın seçildi. Su/bağlayıcı oranı üretilen tüm betonlarda 0,35’dir. 100±20 mm gibi aynı çökme değerlerini sağlamak için bir süper akışkanlaştırıcı kullanıldı. Üretilen betonlar şu şekilde isimlendirildi: NB, UKB 10, UKB 20, UKB 30, UKB 40, UKB 50, UKB 60 ve UKB 70. Burada NB uçucu kül içermeyen kontrol betonunu, UKB ise uçucu kül içeren betonları göstermektedir. UKB’den sonra gelen iki rakam ise %0 ‘dan % 70’e kadar değişen uçucu kül yerdeğiştirme yüzdesini göstermektedir. Üretilen betonların bileşimleri Tablo 5’de verilmektedir. Hazırlanan numuneler 24 saat sonra kalıplardan çıkarılıp mekanik deneylerin yapılacağı güne kadar 200C sıcaklıktaki kirece doygun su içinde saklanmıştır. Basınç deneyi, için 150x150x150 mm boyutlarında küp numuneler, hızlı klor geçirimliliği deneyinden kullanmak için ise 100 mm çaplı, 200 mm yüksekliğinde silindir numuneler hazırlanmıştır.
Hızlı klor geçirimliliği deneyi betonun elektriksel iletkenliği esasına dayanır. Deney çapı 100 mm, kalınlığı 512 mm olan, silindir numunelerden kesilmiş numuneler üzerinde gerçekleştirilir. Disk numunelerin yan yüzeyleri elektrik iletmeyen bir malzeme ile kaplandıktan sonra numunelere 3 saat boyunca vakum uygulanır. Ardından vakum haznesine su doldurularak numunelerin vakum etkisinde 1 saat su emmesi sağlanır. Bu işlemlerden sonra numuneler su içine yerleştirilerek deney başlangıcına kadar suya doygun halde kalması sağlanır. Numuneler hızlı klor geçirimliliği deneyi için sudan çıkartıldıktan sonra çözelti hücreleri arasına yerleştirildi. Hücreler içine doldurulan çözeltilerin numuneyle temasınına izin veren ve kulanılan disk numunelere uygun boyutlara sahip bir tasarıma sahiptir. Deney için hücrelerden birisi sodyum klorür, diğeri ise sodyum hidroksit ile dolduruldu. Ardından 60 V sabit potansiyel farkı uygulanarak beton diskten geçen elektrik akım şiddeti miktarı belirli aralıklarla kaydedildi. 6 saat süren deney sonunda numuneden geçen akım şiddeti – zaman grafiği çizilir alan yardımıyla bu sürede iletilen elektrik akımı miktarı coulomb cinsinden hesaplandı [12]. Tablo 5. Beton bileşimleri
1 yıllık numuneler üzerinde yapılan küp basınç dayanımı ve hızlı klor geçirimliliği deney sonuçları Tablo 6’da verilmektedir. 3. DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ 3.1. Basınç Dayanımı Sonuçları Tablo 6’de ve Şekil 3’de gösterilen betonların basınç dayanımları incelenirse % 30 yerdeğiştirme oranına kadar öğütülmüş uçucu kül içeren betonların basınç dayanımlarının, uçucu kül içermeyen kontrol betonlarından yüksek olduğu görülmaktedir. Tablo 6. 1 yıllık numuneler üzerinde elde edilen basınç dayanımı ve hızlı klor geçirimliliği deneyi sonuçları.
Şekil 3. 1 yıllık küp basınç dayanımlarının uçucu kül miktarıyla değişimi % 40 oranında uçucu kül içeren betonun dayanımı kontrol betonu dayanımına eşittir. Bu orandan sonra basınç dayanımlarında azalma olmaktadır. Buna karşın, en düşük dayanıma sahip %70 oranında uçucu kül kullanılan betonun bile 1 yıllık basınç dayanımı 80,0 MPa’dır ve bu betonlar yüksek dayanımlı beton olarak sınıflandırılabilir. Son yıllardaki araştırmalarda, mineral katkıların filler etkilerinin puzolanik etki kadar önemli olduğu ortaya konmuştur; hatta bazı araştırmacılara göre filler etkisi puzolanik etkiden daha önemlidir [13]. Diğer yandan yavaş puzolanik reaksiyon çimento hamurunun toplam porozitesinin azalmasından daha etkili olmaktadır. Çimento hamuru-agrega arasındaki geçiş bölgesi puzolanik reaksiyon sonucu güçlenmektedir. Bu güçlendirme; sunulan çalışmadaki gibi 0,35 düşük su-bağlayıcı oranı ile yüksek dayanımlı beton üretilirken çimento hamuru-agrega arayüzeyinin özeliklerinin iyileştirilmesi için ilave bir öneme sahiptir. Uçucu kül gibi bir mineral katkı içeren betonların kür koşullarının normal betona göre daha önemli olduğuna dikkat edilmelidir. Bu çalışmada deney sonuçları verilen betonlar 1 yıl boyunca su içinde tutulmuş betonlardır.
Şekil 4. Hızlı klor geçirimliliği deney sonuçlarının uçucu kül miktarıyla değişimi 1 yıllık basınç dayanımı 116,2 MPa olan uçucu kül içermeyen kontrol betonunu hızlı klor geçirimliliği deney sonucu ortalaması 1536 Coulomb’dur. Çimentonun bir kısmının ince uçucu kül ile yerdeğiştirilmesi sonucu ise klor geçirimliliklerinde hızlı bir azalma görülmektedir. Uçucu kül miktarını % 30’u geçtikten sonra ise bu değerlerdeki değişim fazla değildir, ancak %30 uçucu kül yerdeğişiminden sonraki tüm değerler 150 Coulomb’dan düşüktür. ASTM C 1202 standardında açıklanan bu hızlı klor geçirimliliği deneyi beton karışımlarının klor etkisine için karşılaştırılabilmeleri için uygulanabilecek hızlı bir yöntemdir ve bu standartta deney sonuçlarının değerlendirilmesi için Tablo 7’de verilen değerler önerilmiştir [12]. Tablo 7. Hızlı Klor İyon Geçirimlilik deney sonuçlarına göre betonun klor geçirimliliği yönünden değerlendirilmesi [12]
Tablo 6 ve Tablo 7 incelenirse uçucu kül içermeyen kontrol betonu, klor geçirimliliği düşük beton olarak sınıflandırılabilir. %30’dan fazla uçucu kül içeren betonlar ise klor iyonu geçirimliliği ihmal edilebilir sınırına yakın değerlere sahiptir. bu düşük değerler düşük geçirimliliğin de bir göstergesidir. Yüksek oranda uçucu kül içeren betonların benzer dayanıma sahip uçucu kül içermeyen betonlara göre çok daha düşük klor geçirimliliklerine sahip olduğu başka çalışmalarda da ortaya konmuştur [14,15]. Betonda ince uçucu kül kullanımı sertleşmiş çimento hamurunun boşluk yapısını değiştirir ve daha yoğun bir iç yapı elde edilebilir. Bunun sonucu ise bu betonun geçirimlilik özelikleri de değişir ve geçirimliliği düşük betonlar elde edilebilir [15-17]. Betonda yüksek oranda ince uçucu kül kullanımıyla hem yüksek dayanımlı hem de yüksek performanslı betonlar üretmenin mümkün olduğu elde edilen deney sonuçlarından görülmektededir. Yüksek oranda ince uçucu kül içeren betonlar sadece yüksek dayanımlı değil aynı zamanda çok düşük klor geçirimliliklerine sahip yüksek performanslı betonlardır, bu betonlar yapılarda klor etkisiyle oluşan donatı korozyonu oluşma riskini çok büyük bir ölçüde azaltabilir [15]. 4. SONUÇLAR Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar aşağıdaki gibi özetlenebilir:
KAYNAKLAR
1 Araş. Gör., İ.T.Ü., İnşaat Fakültesi, Maslak, İstanbul 2 Prof. Dr., İ.T.Ü., İnşaat Fakültesi, Maslak, İstanbul 3 İnş. Müh., Betonsa Teknoloji Merkezi, İstanbul Yüklə 131,25 Kb. Dostları ilə paylaş:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
’luk elek üzerinde kalan, %
