Volkanik Kayaçların Beton Agregası Olarak Kullanılması. Use of Volcanic Igneous Rocks as Concrete Aggregate

Transkript

1 ISSN: Cilt 5, Sayı 2, 2017 Vol. 5, Issue 2, 2017 Volkanik Kayaçların Beton Agregası Olarak Kullanılması Yaşar KAYAN 1, Murat DOĞRUYOL 2*, Ersin AYHAN 3 Özet Betonda kullanılan malzemelerin başında agrega gelmektedir. Günümüzde beton ihtiyacı artarken hammadde agrega ihtiyacıda artmaktadır. Bu çalışmada beton agregası olarak Diyarbakır bazalt taşı kullanılmıştır. Bazalt agregasının yanı sıra çeşitli mineral katkılar kullanılmıştır. Bazalt agregalı mineral katkısız numunenin yanı sıra beton karışımına ağırlıkça çimentonun %20 si oranında uçucu kül (UK) ve %10 u oranında silis dumanı (SD) gibi mineral katkılar eklenerek 15x15x15 cm ölçülerde hazırlanan beton numuneler hazırlandı, dayanıklılığı test edebilmek için %10 sülfat küründe 7, 28 ve 365 gün sonunda kırılmak üzere bekletilmiştir. Anahtar Kelimeler: diyarbakır bazaltı, mineral katkılar, betonda dayanım, dayanıklılık Use of Volcanic Igneous Rocks as Concrete Aggregate Abstract Concrete is the most important construction material used in our country and the World. The most important specification expected from concrete is the strength and durability performance. To enhance the strength and durability Diyarbakır basalt known for its high durability, and sub-industry product mineral additives were used. 15x15x15 cm concrete samples were kept for 7, 28 and 365 days in 10% sulphate cure to be broken after adding mineral additives such as 20% fly ash and 10% silica fume percentage by concrete weight. Keywords: diyarbakır basalt, mineral additives, concrete strength, durability 1 Yüksek Lisans Öğrencisi, Dicle Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Siirt, yasarkayan@siirt.edu.tr 2* Murat DOĞRUYOL, Yrd.Doç.Dr., Siirt Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü,Siirt, mrt.dogruyol@gmail.com 3 Ersin AYHAN, Öğretim Görevlisi, Siirt Üniversitesi, Teknik Bilimler Meslek Yüksek Okulu, İnşaat Teknolojisi Bölümü, Siirt, ersinayhan@siirt.edu.tr

2 Yaşar KAYAN, Murat DOĞRUYOL, Ersin AYHAN Giriş Beton, ülkemizdeki yapılarda en çok kullanılan yapı malzemesidir. Betonun ise ağırlıkça yaklaşık %70 ni agrega oluşturmaktadır. Betonda en çok tercih edilen agrega kalker, dolomit gibi kireçtaşları agrega olarak tercih edilir. Eğer bu agregalara ulaşmak zor ve maliyetli ise alternatif kayaçlara ihtiyaç duyulabilir. Koyu griden siyaha çalan rengi ile eski yapılarda taşıyıcı olarak kullanılan bazalt beton agregası olarak tercih edilebilir (Erguvanlı, 1983). Beton agregası olarak genellikle tercih edilen kalker ile bazalt agregasının karşılaştırıldığı çalışmada, bazalt agregalı beton, basınç deneylerinde kalker agregalı betondan çok yüksek olduğu, su emme ve boşluklarının da düşük değerde olduğu saptanmıştır (Pek, 2014). Bazalt, esas olarak feldspattan oluşan doğal taşlar sınıflandırmasında volkanik kayaçlar arasında yer alan doğada en çok bulunan kayaç türlerinden biridir. Bazalt Türkiye de Diyarbakır ve Afyon illeri ile Trakya bölgesinde değişik özelliklerde yaygın olarak bulunmaktadır (Yıldız ve ark., 2008). Bazalt agregasının Diyarbakır ilinde yayılışı Şekil 1 de gösterilmiştir. Şekil 1. Bazaltın Diyarbakır da araziye dağılımı Diyarbakır bazaltı gözenekli (dişi), gözeneksiz (erkek) olmak üzere iki türü vardır. Eski yapılar incelendiğinde gözenekli bazaltın taşıyıcı olmayan elemanlarda sıklıkla kullanıldığı, gözeneksiz bazaltın ise taşıyıcı eleman olarak yüzyıllardır başarılı olarak kullanıdığı bilinmektedir. Gözeneksiz bazaltın ortalama tek eksenli basınç dayanımı; MPa, Gözenekli bazaltın ortalama tek eksenli basınç dayanımı ise MPa olarak hesaplanmıştır (Acar 2002).

3 148 Volkanik Kayaçların Beton Agregası Olarak Kullanılması Bazalt agregasının betonda agrega olarak kullanılabilirliği için kimyasal özelliğine bağlı olarak bazı çalışmalar mevcuttur. Le Maitre (1989) a göre bazik özellikteki bazalt agregaların betonda kullanılması alkali silika reaksiyonu (ASR)'ye yol açmadığını belirtmiştir. Bazaltların sınıflandırılması Şekil 2.'deki gibidir. Şekil 2. Bazaltların sınıflandırılması Katayama (2000) ya göre, bazaltlardaki SiO2 içeriği % 50 den fazla olduğunda, alkalisilis reaktivitesi açısından andezit gibi davranmakta ve potansiyel reaktif agrega özelliği gösterebilmektedir. Kimyasal analiz sonuçlarından da görüldüğü gibi örneklenen bazaltların bir kısmı % 50 den fazla SiO2 içeriğine sahiptir. Bu nedenle incelenen bazaltlar alkali reaktivitesi açısından oldukça önemlidir Materyal ve Yöntem 2.1. Materyal Kimyasal Analiz Mineral katkılardan silis dumanı Elbistan termik santralinden alınmıştır. Silis dumanı Mısır orjinli olup İstanbul Aryum firmasından alınmıştır. Mineral katkıların analiz

4 Yaşar KAYAN, Murat DOĞRUYOL, Ersin AYHAN 149 sonuçları Limak Ergani çimento fabrikasında yaptırıldı kimyasal analiz sonuçları Tablo 1 'de karşılaştırmalı olarak gösterilmiştir. Tablo 1. Malzemelerin kimyasal analiz sonuçları Bileşen Silis Dumanı Uçucu Kül CEM I 42.5 Bazalt % % % % SiO TiO Al2O Fe2O MgO CaO Na2O K2O SO K.Kaybı Rutubet Uçucu kül ASTM C 618 standardına göre SiO2+Al2O3+Fe2O3 yüzdesi %70 den fazla olduğu F sınıfı uçucu küller sınıfına girmektedir. Deneyde kullanılan çimento Na2O K2O > %0.6 olduğu için ASR etkisine karşın aktif olabilir. Bazalt agregası Le Maitre (1989) çalışmasına göre bazik karaktere sahip olup alkali silika (ASR)'ye reaktif özellik göstermemektedir Fiziksel Analiz Deneyde kullanılan Diyarbakır kırma bazalt agregası su muhtevası ve su emme kapasitesi Tablo 2.' de verilmiştir.

5 150 Volkanik Kayaçların Beton Agregası Olarak Kullanılması Tablo 2. Deney agregası su muhtevası ve su emme kapasitesi Agrega Grubu Agrega Su Muhtevası (%) Su Emme Kapasitesi Kırmataş kum 1 (0-8) Kırmataş Çakıl 1 (8-16) Kırmataş Çakıl 2 (16-32) Bazalt agregasının mekanik aşınma kaybı Los Angeles (LA) aşınma deney aleti ile tespit edilmiştir ve TS 706 standartlarınca belirtilen sınır değerle karşılaştırılmıştır. LA aşınma donuçları Tablo 3. te gösterilmiştir. Tablo 3. Agreganın LA aşınma deneyi sonuçları Agrega Türü Σagrega miktarı (gr) 1,6 mm Elek üzerinde kalan gr) Kayıp (%) TS 706'ya göre kayıp (%) Bazalt Agregası <50 Tablo3 e göre bazalt agregası TS 706 ya göre aşınma kaybı sınır değerlerin altında olduğu betonda kullanılmasının sakınca olmadığı tespit edilmiştir. 3. Araştırma Bulguları ve Tartışma Diyarbakır karayolları 9.bölge müdürlüğü araştırma ve geliştirme başmühendisliği laboratuvarlarında mineral katkısız, %10 silis dumanı ikameli ve %20 uçucu kül ikameli olmak üzere 3 grup halinde 72 adet 150 mm küp numune hazırlandı ve 7, 28 ve 1 yılsonunda kırılmak üzere su ve dayanıklılığı fark edebilmek için %10 magnezyum sülfat çözeltisine maruz bırakılmıştır.

6 Yaşar KAYAN, Murat DOĞRUYOL, Ersin AYHAN 151 Beton basınç değerleri 0.6 N/mm 2 /sn hızla yük uygulanan hidrolik sistemle çalışan deney presiyle farklı dizayna sahip numunelerden üçer adet numune kırılarak ortalama değeri ile dayanım hesaplanmıştır Beton Karışım Değerleri Deney için hazırlanan 15 cm'lik küp beton numuneler C30 sınıfına göre dizayn edilmiştir. 1 m 3 beton karışım değerleri Tablo 4. 'te verilmiştir. Tablo 4. 1 m 3 betonun karışım değerleri Mineral % 20 UK %10 SD Malzemeler Katkısız İkameli İkameli Miktar (kg/m 3 ) Çimento Su Kırmataş çakıl 1 (16-32) kırmataş çakıl 2 (8-16) Kırmataş kum (0-8) Toplam Agrega (%) Mineral Katkı Kimyasal Kat m 3 ağırlıkları (gr) Taze Beton Deneyleri Slump Deneyi Tablo 5. Slump Deneyi Sonuçları Beton Türü Çökme (cm) Mineral Katkısız Beton 14 Uçucu Kül İkameli Beton 15 Silis Dumanı İkameli Beton 6

7 152 Volkanik Kayaçların Beton Agregası Olarak Kullanılması Tablo 5 e göre silis dumanı ikameli beton numunenin kıvamının zayıf olduğunu kalıp alma pompalanabilirliğin zayıf olduğu söylenebilir Sertleşmiş Beton Deneyleri Su kürü ve sülfat çözeltisinde 7, 28 ve 365 gün basınç dayanım değerleri karşılaştırıldığında silis dumanı ikameli beton su küründe ve sülfat çözeltisinde en yüksek performansı göstermiştir. Uçucu kül ikameli beton erken yaşta en düşük dayanımı gösterse de 28 günde mineral katkısız betonun dayanım değerine yaklaşmış olup 360 gün sonra ileri yaşta dayanım değeri mineral katkısız beton değerinden yüksek çıkmıştır. 7 günlük beton basınç değerleri Tablo 6. da gösterilmiştir. Tablo 6. 7 günlük beton basınç değerlerinin karşılaştırılması Beton Türü Su Sülfat Kürü Yüzdelik Kürü fark (-) Mineral katkısız beton Silis dumanı ikameli Uçucu kül ikameli Tablo 6. ya göre silis dumanı ikameli beton dayanım değeri en yüksek numune olarak tespit edilmiştir.28günlük beton basınç değerleri Tablo 7. de gösterilmiştir. Tablo günlük beton basınç değerlerinin karşılaştırılması Beton Türü Su Kürü Sülfat Kürü Yüzdelik fark (-) Mineral katkısız beton Silis dumanı ikameli Uçucu kül ikameli

8 Yaşar KAYAN, Murat DOĞRUYOL, Ersin AYHAN 153 Tablo 7. ye göre Diyarbakır bazalt taşının mineral katkı ikameli betonların, 28 günlük beton basınç dayanımları göz önünde bulundurulduğunda C30 beton sınıfı olarak dizayn edilen numunelerin sınıfının üstünde performans göstermiş olduğu tespit edilmiştir. Tablo günlük beton basınç değerlerinin karşılaştırılması Beton Türü Su Sülfat Kürü Yüzdelik Kürü fark (-) Mineral katkısız beton Silis dumanı ikameli Uçucu kül ikameli Tablo 8. e göre 365 gün sonunda numunelerdeki dayanıklılığıda tespit edebilmek için yapılan basınç deney sonuçlarına göre Diyarbakır bazalt agregalı silis dumanı ikameli numunenin en yüksek basınç dayanımına sahip olduğu silis dumanının betonda dayanım ve dayanıuklılığı olumlu yönde etkiledği tespit edilmiştir. 4. Kaynakça Acar, A., (2002). Diyarbakır Karacadağ Bazaltlarının Endüstriyel Amaçlı Kullanım Alanları Yüksek Lisans Tezi Maden Müh. Anabilim Dalı, Diyarbakır. Erguvanlı, K. (1983). Mühendislere Jeoloji, İTÜ Kütüphanesi Sayı 1126, Katayama, T. (2000). Alkali Aggregate Reaction in the Vicinity of Izmir, Western.Turkey, In: Berube, M.A., Fournier, B., Durand, B., (editors): Alkali Aggregate Reaction in Concrete, Proc. 11th International Conference, Quebec, Canada, pp Le Maitre, R. W. (1989). A classification of Igneous Rocks and Glossary of Terms 193 pp. Blackwell, Oxford. Pek, N. A. (2014). Beton Deniz Yapılarında Bazalt Agrega Kullanımı İMO Teknik Dergi, , Yazı 422.

9 154 Volkanik Kayaçların Beton Agregası Olarak Kullanılması Yıldız S., Işık, N. Keleştemur O. (2008). Diyarbakır-Karacadağ Bazalt Taşlarının Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi Fırat Üniv. Fen ve Müh. Bil. Dergisi 20 (4),