MĐNERAL KATKILAR (PUZOLANLAR)

Transkript

1 MĐNERAL KATKILAR (PUZOLANLAR) DOĞAL veya YAPAY PUZOLANĐK MADDELERDĐR ÇĐMENTO ÜRETĐMĐNDE KULLANILABĐLDĐKLERĐ GĐBĐ, DOĞRUDAN BETON ÜRETĐMĐNDE DE KULLANILABĐLĐRLER

2 TAZE BETONUN ĐŞLENEBĐLĐRLĐĞĐNDE ARTIŞ SU KUSMADA(TERLEME) AZALMA SEGREGASYONDA AZALMA (KOHEZYONDA ARTIŞ) ÇĐMENTO MĐKTARINDAN TASARRUF (ENERJĐ TASARRUFU, CO 2 MĐKTARININ AZALMASI ĐLE ÇEVRESEL FAYDA) ATIK MADDE KULLANIMI HALĐNDE ÇEVRESEL FAYDA HĐDRATASYON ISISINDA AZALMA BETON DAYANIMININ YAVAŞ AMA UZUN SÜRELĐ ARTMASI

3 SU ve KLORÜR GEÇĐRĐMLĐLĐĞĐNDE AZALMA KĐMYASAL ETKĐLERE DAYANIKLILIKTA ARTIŞ BAĞLAYICI MATRĐS-AGREGA BAĞININ KUVVETLENMESĐ KURUMA BÜZÜLMESĐNDE ve TERMĐK BÜZÜLMEDE AZALIŞ Basınç Dayanımı Katkısız Katkılı 7 gün 28 gün Zaman

4 ERKEN DAYANIMLARDA DÜŞME, PRĐZ SÜRESĐNDE ARTIŞ KÜR HASSASĐYETĐNĐN ARTMASI KATKILI ÇĐMENTOLAR DOĞAL PUZOLANLAR CURUF UÇUCU KÜL Vb. YAVAŞ HĐDRATASYON Islak Kür Đhtiyacı PÇ ye kıyasla daha fazla Permeabilite Kötü kür Portland Çimentosu 0 Katkılı Çimento Đyi kür Yüksek Katkı Oranı

5 ÇİMENTO ÜRETİMİNİN ÇEVRESEL ETKİLERİ BÜYÜK ENERJİ TÜKETİMİ KULLANILAN FOSİL YAKITLARIN GAZLARI TOZ MADDELER CO 2 AÇIĞA ÇIKMASI CO 2 KONSANTRASYONU 270 ppm (1700) 350 ppm (2000) TAHMİN EDİLEN 500 ppm (2050)

6 MİNERAL KATKILARIN ETKİLERİ HİDROKSİL İYONU KONSANTRASYONU YÜKSEK ALKALİLİ ÇİMENTONUN YERİNE KULLANILDIĞINDA REAKTİF AGREGANIN YERİNE KULLANIM SİLİKA TOZU GEÇİRİMSİZLİĞİN SAĞLANMASI Ca(OH) 2 BAĞLANMASI REAKTİF SİLİKANIN ÇÖZÜNÜRLÜĞÜ AZALIR ALKALİ SEYRELTİCİ REAKTİF SİLİKANIN SEYRELMESİ TAZE BETONDA HIZLI ASR ALKALİ ve NEM GİRİ İNİN ENGELLENMESİ JELİN GENLE MESİNİN AZALMASI

7 PUZOLANLAR Puzolanlar, silis veya silis-alumin kökenlikenli malzemelerdir. SiO 2 Al 2 O 3 Kendi başlar larına bağlay layıcılık özellikleri ya çok azdır r ya da hiç yoktur.

8 SiO 2 + Ca(OH) 2 Puzolan PUZOLANLAR Çok ince iseler, Ortamda sönms nmüş kireç ve nem varsa kimyasal reaksiyona girerek bağlay layıcılık özelliği i olan C-S-H C H oluştururlar. CaO.SiO 2.H 2 O sönmüş + Kalsiyum Silikat Kireç Hidrate yapı PUZOLANİK K REAKSİYON Puzolanik maddelerin kullanımı binlerce yıl y öncesine kadar gitmektedir.

9 PUZOLANLAR Bu özellikteki toprak ilk defa Napoli yakınlar nlarındaki ndaki Pozzuoli kasabasından elde edilmiştir. Pozzuoli Pompei Vezüv yanardağı yakınlar nlarındaki ndaki bu toprak camlaşmış volkan toprağı olup, günümüzde g kullanılan lan Puzolan sözcüğü buradan kaynaklanmış ıştır.

10 PUZOLANLAR DOĞAL YAPAY Volkanik kökenli doğal puzolanlar Volkanik camlar Volkanik tüfler ve tras Isıl işlem görmüş killer ve diatomitler Killer ve şeyller Diatomitler Uçucu Kül Silis Dumanı Yüksek Fırın Curufu Pirinç Kabuğu Külü

11 DOĞAL PUZOLANLAR

12 PUZOLANLAR VOLKANİK KÖKENLİ DOĞAL PUZOLANLAR VOLKANİK KÖKENLİ DOĞAL PUZOLANLAR * Alumina,, silis içerirler. i SiO Fe 2 O Al 2 O CaO MgO Diğer Maddeler Ren Trası % Santorin % Napoli % Kayseri % Kula Curufu %

13 PUZOLANLAR VOLKANİK KÖKENLİ DOĞAL PUZOLANLAR VOLKANİK KÖKENLİ DOĞAL PUZOLANLAR Erimiş magmanın n püskp skürmesi ile oluşmu muşlardır. r. * Erimiş magmanın n patlama sırass rasında ani basınç düşüşü ile atmosferde hızla h soğumas uması sonucunda, yüzeye y yakın n bölgelerde b düzensiz yapısı ile amorf veya camsı faz oluşur. ur. Yüzeyde amorf yapı Derinlerde büyük k kristalli yapı

14 PUZOLANLAR VOLKANİK KÖKENLİ DOĞAL PUZOLANLAR VOLKANİK KÖKENLİ DOĞAL PUZOLANLAR Erimiş magmanın n püskp skürmesi ile oluşmu muşlardır. r. * Çözülmemi lmemiş gazların n gelişimi imi nedeni ile yüksek y yüzey alanlı, mikroskopik ve makroskopik boşluklu poroz yapıdaki katı madde elde edilir.

15 PUZOLANLAR VOLKANİK KÖKENLİ DOĞAL PUZOLANLAR VOLKANİK KÖKENLİ DOĞAL PUZOLANLAR VOLKANİK CAMLAR VOLKANİK CAMLAR Yunanistan a a bağlı Santorin adası toprağı ğı, İtalya nın Bacoli ve Japonya nın Shirasu en iyi bilinen volkanik cam örnekleridir. Shirasu

16 PUZOLANLAR VOLKANİK KÖKENLİ DOĞAL PUZOLANLAR VOLKANİK KÖKENLİ DOĞAL PUZOLANLAR VOLKANİK CAMLAR VOLKANİK CAMLAR * Volkanik camlar, şiddetli volkanik püskp skürmeler esnasında nda bırakb rakılan sıvıs lavların n soğumas uması sonucu oluşurlar. urlar. * Bu malzemeler puzolanik aktivite karakteristiklerini esas olarak, düzensiz d yapıdaki alumina silikat camlarından elde ederler.

17 PUZOLANLAR VOLKANİK KÖKENLİ DOĞAL PUZOLANLAR VOLKANİK KÖKENLİ DOĞAL PUZOLANLAR VOLKANİK TÜFLER VE TRAS VOLKANİK TÜFLER VE TRAS * İtalya da Segni-latium latium,, Almanya da Ren trası, Türkiye de Kula curufu ve Kayseri trası volkanik tüflerin ve trasların n tipik örnekleridir. * Riyolit tüfler, t dazit tüfler ve zeolit tüfler en iyi puzolanik malzemelerdir.

18 PUZOLANLAR VOLKANİK KÖKENLİ DOĞAL PUZOLANLAR VOLKANİK KÖKENLİ DOĞAL PUZOLANLAR VOLKANİK CAMLAR VOLKANİK CAMLAR * KüçüK üçük k miktarlarda reaktif olmayan kuvars, feldspat ve mika gibi mineral kristalleri, camsı faz içinde inde bulunabilir. * İnce öğütülmeleri halinde oldukça güçlü puzolanik özellikleri vardır. r.

19 PUZOLANLAR ISIL İ LEM GÖRMÜ KİLLER VE DİATOMİTLER ISIL İ LEM GÖRMÜ KİLLER VE DİATOMİTLER KİLLER VE EYLLER KİLLER VE EYLLER * Killer ve killi zeminler, plaka veya çubuk şekline sahip olan, boyutları mm den daha küçük k parçalardan alardan oluşurlar. urlar. Küçük k parçalar, alar, orjinal kayaların n daha az stabil olan bileşenlerinin enlerinin kırılmask lmasından meydana gelen ve çoğunlukla alumina silikat içeren i kil minerallerinden oluşurlar. urlar.

20 PUZOLANLAR ISIL İ LEM GÖRMÜ KİLLER VE DİATOMİTLER ISIL İ LEM GÖRMÜ KİLLER VE DİATOMİTLER KİLLER VE EYLLER KİLLER VE EYLLER * eyller,, killer ile benzer bileşenlere enlere sahiptir ancak su içerikleri killerden daha azdır.

21 PUZOLANLAR ISIL İ LEM GÖRMÜ KİLLER VE DİATOMİTLER ISIL İ LEM GÖRMÜ KİLLER VE DİATOMİTLER DİATOMİTLER * Diatomitler,, hücre h duvarları silikadan oluşmu muş,, opal ve hidrate silika içeren, i mikroskopik su bitkisi olan diatomların kalınt ntılarıdır. r. Bazı topraklarda bulunan bu organik kalınt ntılar %94 oranında nda silis içerirler. i Diatomitlerin sahip olduğu puzolanik aktivite, içerdii erdiği amorf silis miktarına bağlıdır.

22 PUZOLANLAR KİREÇ-PUZOLAN KARI IMLARININ IMLARININ KULLANIMI Puzolan sönmüş + Kalsiyum Silikat Kireç Hidrate yapı 1. Doğrudan kireç (Ca(OH) 2 ) ile karış ıştırılarak 2. Puzolan katkılı çimento üretiminde katkı olarak 3. Beton için i in mineral katkı olarak * Daha önceleri öğütülerek ince bir toz haline getirilmiş doğal puzolanların,, kireç ile doğrudan karışı ışımı hidrolik bağlay layıcı elde etmek için i in çok kullanılmaktayd lmaktaydı.. Ancak günümüzde g bu çok yaygın n değildir. Bununla birlikte, kireç-do doğal puzolan karışı ışımları yol alt temeli işlerinde i ve benzer uygulamalarda kullanılmaktad lmaktadır.

23 YAPAY PUZOLANLAR Uçucu Kül Silis Dumanı Yüksek Fırın Curufu Pirinç Kabuğu Külü

24 UÇUCU KÜL UÇUCU KÜL YAPAY PUZOLANLAR Türkiye de açığa ığa çıkan toplam kül: k 22 milyon ton Toplam uçucu u ucu kül k l miktarı: 18 milyon ton Değerlendirilen erlendirilen miktar: bin ton

25 UÇUCU KÜL (UK) TERMĐK SANTRAL ATIĞI, KÖMÜR YANMA ÜRÜNLERĐNĐN EN ĐNCESĐ, ELEKTRO-FĐLTRELERDE TUTULUR PUZOLANĐK ÖZELLĐĞĐ NEDENĐYLE ÇĐMENTO ve BETONDA MĐNERAL KATKI OLARAK KULLANIMI OLDUKÇA YAYGINDIR. DÜNYADA AÇIĞA ÇIKAN UK 450 MĐLYON TON/YIL % 6 sı ÇĐMENTO ve BETON ÜRETĐMĐNDE KULLANILMAKTA

26 UÇUCU KÜL (UK) UK TANE BOYUTU µm, KÜRESEL ŞEKĐLLĐ TAŞ KÖMÜRÜ LĐNYĐT KÖMÜRÜ S + A + F %70 S + A + F %50 F SINIFI UK, SĐLĐSSĐ UK (CaO < %10) C SINIFI UK, KALKERSĐ UK (CaO > %10) ÜLKEMĐZDE AÇIĞA ÇIKAN UÇUCU KÜLLLERĐN ÇOK BÜYÜK BÖLÜMÜ C SINIFIDIR C SINIFI UÇUCU KÜLLERĐN YÜKSEK ORANDA KULLANIMI BETONUN HACĐM SABĐTLĐĞĐNĐ BOZABĐLĐR!!

27 UÇUCU KÜL (UK) BĐLEŞEN CaO SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO Na 2 O C (%) 11,5-29,0 23,1-50,5 13,3-21,3 3,7-22,5 1,5-7,5 0,4-1,9 F (%) 0,7-6,7 43,6-64,4 19,6-30,1 3,8-23,9 0,9-1,7 0-2,8 ASTM C µm ÜZERĐ % 34 SO PUZOLANĐK AKTĐVĐTE ĐNDEKSĐ 28 G % 75 SICAK HAVALARDA BETON DÖKÜMÜNDE BETONUN DAYANIKLILIĞINI SAĞLAMADA (SÜLFAT, DENĐZ SUYU, ASR vb.) KÜTLE BETONLARINDA (BARAJ vb.)

28 UÇUCU KÜL UÇUCU KÜL Gri Renklidir YAPAY PUZOLANLAR Küresel ekillidir Tane çapı µm Yoğunlu unluğu u g/cm 3 Özgül l yüzeyi y cm 2 /g F ve C tipleri vardır. r.

29 UÇUCU KÜL UÇUCU KÜL YAPAY PUZOLANLAR PUZOLANĐK K AKTĐVĐTE TE Çimentonun karma oksitlerinin hidratasyonu sonucu Ca(OH) 2 oluşur C 3 S: 2(3CaO.SiO 2 ) + n H 2 O C 2 S, C 3 S C 2 S, C 3 S 3 CaO.2SiO 2 (n-3) H 2 O + 3Ca(OH) 2 Bu Ca(OH) 2 ile bünyesinde aktif silis içeren puzolan reaksiyona girerek C-S-H oluşturur. SiO 2 + Ca(OH) 2 + H 2 O C S H

30 UÇUCU KÜL UÇUCU KÜL YAPAY PUZOLANLAR Çimentonun hidratasyonu sonucu oluşan Ca(OH) 2 Genelde Agrega üzerine çökelir. Uçucu kül ve diğer puzolanlar Arayüz bölgesini Puzolanik etki nedeniyle güçlendirirler.

31 UÇUCU KÜL UÇUCU KÜL YAPAY PUZOLANLAR Uçucu kül çimento agrega matriksi içerisinde Boşlukları doldurur.

32 UÇUCU KÜL UÇUCU KÜL YAPAY PUZOLANLAR Uçucu kül çimento agrega matriksi içerisinde Boşlukları doldurur.

33 SİLİKA DUMANI SİLİKA DUMANI YAPAY PUZOLANLAR Ferro-krom tesislerinde ortaya çıkar

34 SĐLĐKA TOZU (SĐLĐS DUMANI) SĐLĐKONLU METAL ALAŞIMLARININ ÜRETĐM ATIĞI % ÇOK ĐNCE (0.1-0,2 µm) AMORF SiO 2 ĐÇERDĐĞĐ ĐÇĐN MÜKEMMEL PUZOLANĐK ÖZELLĐK GÖSTERĐR ÇĐMENTODAN YAKLAŞIK 100 KAT DAHA ĐNCEDĐR DĐĞER PUZOLANLARDAN FARKLI OLARAK : ERKEN DAYANIMI DA ARTTIRMAKTA ÇOK ĐNCE OLDUĞU ĐÇĐN SU ĐHTĐYACINI ARTTIRMAKTA HĐDRATASYON ISISINI ARTTIRMAKTA 45 µm ÜZERĐ % 10 PUZOLANĐK AKTĐVĐTE ĐNDEKSĐ 28 G % 110 SU ĐHTĐYACINDAKĐ ARTIŞ % 34

35 YAPAY PUZOLANLAR SİLİKA DUMANI ELDE EDİLİ İ SİLİKA DUMANI ELDE EDİLİ İ Silis Silis dumanı,, silisyum metali veya ferrosilisyum alaşımlarının n elektrik arkı arkı fırınlarında nda yaklaşık k 2000 C C ssıcaklıkta kta imalatından ortaya çıkan bir bir üründür. r. Üretim sürecinde s %95 %95 civarında SiO SiO 2 2 içeren kuvarsit, demir-çelik elik hurdası veya demir cevheri ile ile metalurjik koktan oluşan hammaddeler belirli oranlarda tartılıp p karıştırıldıktan ktan sonra kva kva gücündeki elektrik ark-direnç fırınına na sevk edilirler. Bu Bu fırınlarda f elektrod malzemesi olarak antrasit veya ziftten oluşan söderberg hamuru kullanılır. Demir ve ve silisyum oksitler karbon ile ile indirgenerek ferrosilisyum alaşımı oluştururlar. Fırın F n tabanında nda biriken alaşım m uygun aralıklarla oluklardan alınarak kalıplarda soğutulur,

36 YAPAY PUZOLANLAR SİLİKA DUMANI ELDE EDİLİ İ SİLİKA DUMANI ELDE EDİLİ İ Elektrik arkı arkıfırınında nda yükseltilen y ssıcaklıkta kta silikon dioksit (SiO (SiO 2 ) bir 2 ) indirgendiği i zaman, bir kısmı silikon monoksit (SiO( (SiO) ) olarak buharlaşır. r. Bu Bu SiO nun kapalı bir bir çevrimini gösterirse g de, de, fırın ffırın n açık a k bir bir yüzeye y sahip olduğundan, undan, SiO nun belirli bir bir kkısmı kaybolacaktır. Gaz Gaz fazındaki SiO SiOhavayla temas ettiğinde inde tekrar reaksiyona uğrar u ve ve havanın n oksijenini alarak, amorf mikroküresel resel yapıya sahip SiO SiO 2 2 olarak yoğunlaşır.

37 YAPAY PUZOLANLAR SİLİKA DUMANI ELDE EDİLİ İ SİLİKA DUMANI ELDE EDİLİ İ Alaşımdaki silisyum içerii içeriğine ine bağlı olarak silis silis dumanındaki ndaki SiO SiO 2 da Bu 2 miktarı da artmaktadır. r. Bu miktar silisyum metalinde %98 e ulaşır. Alaşım m türüne t göre g silis silis dumanındaki ndaki SiO SiO 2 2 miktarları aşağıdaki gibidir. Alaşım m TürüT Silisyum dumanındaki ndaki SiO SiO 2 (%) 2 (%) %50 %50 ferrosilisyum %75 %75 ferrosilisyum Metal silisyum 87-98

38 SİLİKA DUMANI SİLİKA DUMANI Gri Renklidir YAPAY PUZOLANLAR Düzgün n yüzeyli, y küreselk Tane çapı µm Yoğunlu unluğu ~2.2 g/cm 3 Özgül l yüzeyi y ila cm 2 /g

39 YAPAY PUZOLANLAR SİLİKA DUMANININ KİMYASAL ÖZELLİKLERİ SİLİKA DUMANININ KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Kimyasal Bileşen ABD Norveç Türkiye SiO 2 C Fe 2 O 3 Al 2 O 3 MgO CaO Na 2 O K 2 O S Kızdırma kaybı

40 YAPAY PUZOLANLAR YÜKSEK FIRIN CURUFU YÜKSEK FIRIN CURUFU metal endüstrilerinin yan ürünü

41 YAPAY PUZOLANLAR YÜKSEK FIRIN CURUFU YÜKSEK FIRIN CURUFU Çeşitli metal endüstrilerinin yan yan ürünü olarak elde elde edilen atık atık maddelere curuf adı adıverilmektedir. Curuflar,, elde elde edildikleri metal endüstrisinin ana ana ürün n tipine ve ve üretim yöntemlerine y bağlı olarak birbirinden farklı kimyasal bileşenlere enlere ve ve özelliklere sahiptir. Örneğin, nikel ve ve bakır r gibi gibi metallerin curufları yalnızca puzolanik özelliğe e sahipken, demir-çelik elik üretiminden elde elde edilen yüksek y fırın fırın curuflarının (YFC) kendi başı başına bağlayıcı olma özelliği i vardır. r.

42 YAPAY PUZOLANLAR YÜKSEK FIRIN CURUFU ELDE EDİLİ İ YÜKSEK FIRIN CURUFU ELDE EDİLİ İ Yüksek fırınlarda f demir cevherinden demir elde elde edilirken demir cevheri yüksek y sıcaklıklarda klarda eritilmektedir. Yüksek fırınlarda f en en çok çok kullanılan lan yakıt t türüt türü kok kok kömürüdür. k r. Yüksek fırınlarda f demir cevherinin yabancı maddelerden arıtılması ve ve ergitmeyi kolaylaştırmak amacıyla kireçtaşı kullanılır. Demir cevheri, kok kok kömürük ve ve kireçtaşı sürekli olarak fırının f üst üst tarafından verilmektedir.

43 YAPAY PUZOLANLAR YÜKSEK FIRIN CURUFU ELDE EDİLİ İ YÜKSEK FIRIN CURUFU ELDE EDİLİ İ Yüksek fırında f 1500 C C ssıcaklıkta, kta, kok kok kömürünün n karbonu ile ile demir cevherinin içindeki indeki oksitler birleşerek erek karbon monoksit ve ve karbon dioksit gazlarışeklinde fırınıf terkederler. Fırının n içinde i inde ise ise eriiyik durumdaki demir ile ile birlikte yine yine eriyik durumda kireç,, kok kok kömürük külü,, silis, alumin ve ve diğer maddelerden oluşan ve ve curuf adı adıverilen malzeme kalır.

44 YAPAY PUZOLANLAR YÜKSEK FIRIN CURUFU ELDE EDİLİ İ YÜKSEK FIRIN CURUFU ELDE EDİLİ İ Eriyik malzemeler fırının f n alt alt tarafında toplanırlar. Fırının n alt alt tarafında toplanan eriyik durumdaki malzeme grubu içinde, i inde, yoğunluğu u az az olan olan curuf üstte, daha ağıa ağır r olan olan demir ise ise altta altta yer yer almaktadır. Daha sonra buradan eriyik demir ve ve curuf ayrı ayrı ayrı ayrı çıkışlarla ışlarla dışd dışarı alınırlar.

45 YAPAY PUZOLANLAR YÜKSEK FIRIN CURUFU ELDE EDİLİ İ YÜKSEK FIRIN CURUFU ELDE EDİLİ İ Yüksek fırından f alınan curuf 1500 C C civarında, çok çok yüksek y bir bir ssıcaklıkta kta olduğundan undan puzolan olarak kullanılabilmesi labilmesi için iiçin in soğutulması gerekmektedir. Uygulanan soğutma yöntemi y ve ve hızına h göre g yüksek fırın ffırın curufları oldukça a değişik ik yapısal karakteristikler gösterirler. g Türkiye'de çelik üretiminde yılda y yaklaşık k bin bin ton ton çelik cürufu c atık atık madde olarak ortaya çıkmaktadır

46 YÜKSEK FIRIN CURUFU (YFC) DEMĐR-ÇELĐK ÜRETĐMĐ ARTIĞIDIR. CURUF SU ĐLE HIZLI SOĞUTULURSA AMORF YAPI KAZANIR, ÖĞÜTÜLEREK KULLANILDIĞINDA PUZOLANĐK REAKSĐYON GÖSTERĐR CURUFLU ÇĐMENTO ÜRETĐMĐNDE YAYGIN OLARAK KULLANILIR Bileşen CaO SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO S % ,3-0,5 3,5 1-2 ASTM C µm ÜZERĐ % 20 SO PUZOLANĐK AKTĐVĐTE ĐNDEKSĐ 28 G %

47 YAPAY PUZOLANLAR YÜKSEK FIRIN CURUFU YÜKSEK FIRIN CURUFU Yüksek Fırın F Curufu nun ani ani soğutulması için için in iki iki yöntem y uygulanmaktadır Granülasyon yöntemi Peletleme yöntemi

48 YÜKSEK FIRIN CURUFU SOĞUTMA

49 YAPAY PUZOLANLAR GRANÜLASYON YÖNTEMİİLE SOĞUTMA GRANÜLASYON YÖNTEMİİLE SOĞUTMA Granülasyon yöntemi ile ile soğutma işleminde i çok çok miktarda su su kullanılır r (100 (100 m 3 3 / / ton ton curuf). Bu Bu işlem i sonucunda curufun içerdiği i su su miktarı yaklaşık k olarak %30 %30 civarındadır. r. Bu Bu su, su, kurutucu değirmenler veya filtreli havuzlarda curuftan uzaklaştırılır. r. Bu Bu yöntem y ile ile elde elde edilen curuf özellikleri bakımından en en iyi iyi olmakla beraber çok çok pahalı bir bir yöntem y olması nedeniyle kullanımı sınırlıdır. r.

50 YAPAY PUZOLANLAR PELETLEME YÖNTEMİİLE SOĞUTMA PELETLEME YÖNTEMİİLE SOĞUTMA Yüksek Fırın F Curufunu soğutmada kullanılan lan diğer yöntemy Kanada da geliştirilen ve ve daha yaygın n kullanım m alanı bulan peletleme yöntemidir. Yarı-kuru bu bu yöntemde, y erimiş haldeki curuf önce su su ile ile soğutulur daha sonra dönen d (dakikada devir) bir bir tambur vasıtasıyla havaya atılır. Bu Bu yöntemde y kullanılan lan su su miktarı 1 ton ton curuf için için in yaklaşık k 1 m 3 3 dür. dür. İşlem sonucunda curuf içinde inde kalan su su miktarı ise ise %10 un Altındadır.

51 YÜKSEK FIRIN CURUFU SOĞUTMA

52 YAPAY PUZOLANLAR PELETLEME YÖNTEMİİLE SOĞUTMA PELETLEME YÖNTEMİİLE SOĞUTMA Peletleme yöntemi sonucunda değişik ik boyutlu malzemeler elde elde edilir. Büyük k boyutlu (4-15 mm) olanlar çok çok gözenekli g ve ve kısmen k kristal bir bir yapıya sahiptir. Bunlar daha çok çok hafif beton agregası olarak kullanılabilirler. labilirler. 4 mm den küçük k boyutlu olanlar ise ise camsı yapıda olup çimento ve ve beton üretiminde kullanılabilirler. labilirler.

53 YÜKSEK FIRIN CURUFUNUN AKTİVATÖRLER İLE KULLANIMI Yüksek Fırın F Curufu nun suyla kendi başı başına reaksiyonunun Çok Çok yavaş olması bu bu reaksiyonu hhızlandıracak aktivatörler kullanımı konusundaki çal çalışmaları artırmıştır. rmıştır. Yaklaşık k yılıy yılıaşkın n süreden s beri beri yapılan çal çalışmalar sonucunda Curufların kimyasal aktivasyonu için iiçin in kullanılabilecek labilecek malzemeleri 2 ana ana grupta toplamak mmümkün mkün n olmuştur.

54 YÜKSEK FIRIN CURUFUNUN AKTİVATÖRLER İLE KULLANIMI Alkalin aktivatörler (Soda, kireç,, sodyum karbonat, sodyum silikat vb.) vb.) Sülfat S aktivatörler (Alçı,, anhidrit, fosfojips vb.) vb.)

55 YÜKSEK FIRIN CURUFUNUN AKTİVATÖRLER İLE KULLANIMI Her Her iki iki grup aktivatörlerin kullanımı sonucunda elde elde edilen Curuf hidratasyon ürünleri ; ; C-S-H C 4 AH 4 AH 19 AH 19 C 4 8 {Ca(OH) 2 kullanıldığında 4 ASH 8 {Ca 2 aktivatör olarak ldığında oluşmaz} Etringit

56 YAPAY PUZOLANLAR PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜ PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜ

57 YAPAY PUZOLANLAR PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜ PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜ Çeltik bitkisi, yeryüzünde buğdaydan sonra en fazla üretilen tahıldır. Çeltik fabrikalarda işlenerek pirinç elde edilir. Pirinç, dünya nüfusunun hemen hemen yarısının en önemli besin maddesidir. Ekilebilen alanların %11'inde yani yaklaşık 145 Milyon Hektar'da pirinç ekimi yapılmaktadır.

58 YAPAY PUZOLANLAR PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜ PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜ Çeltik ve pirinç üretimi sonunda zirai ürün atığı olarak elde edilen pirinç kabukları üretimin fazla olduğu bölgelerde, çevrede büyük stok alanları kaplayarak, çevrenin bozulmasına neden olmaktadır. Gelişmekte olan ülkelerde, bu kabuklardan yararlanabilmek için çeşitli araştırmalar yapılmıştır. Yapılan araştırmalar, pirinç kabuğunun yakılması ile elde edilen küldeki amorf silisin, puzolanik özelliğinin olduğunu göstermiştir.

59 YAPAY PUZOLANLAR PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜ PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜ 1 ton pirinçten 200 kg kabuk ve bu kabukların yakılması ile de yaklaşık 40 kg kül elde edilebilmektedir. Kabuklardan aynı zamanda bir enerji kaynağı oldukları için yakıt olarak da yararlanılmaktadır. Örneğin, kabuklar yandığı zaman en iyi cins fuel-oil'in üçte biri kadar ısı vermektedirler (13x10 6 J/kg)

60 YAPAY PUZOLANLAR PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜ PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜ Pirinç kabuğunun yapısındaki SiO 2, kabuklar yandıktan sonra elde edilen kül hızlı bir şekilde soğursa amorf SiO 2, yavaş soğursa kristal SiO 2 şeklinde oluşur.

61 YAPAY PUZOLANLAR PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜNÜN FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Yakma sonucu oluşan külde organik bileşiklerden gelen az miktarda karbon (C) bulunur. Yakma işlemi sırasında karbon'un büyük bir kısmı CO 2 şeklinde uzaklaşır. Kabuktaki silis ise yapının iskeletini oluşturur. Kabuklar yandıktan sonra elde edilen kül, elektron mikroskobunda incelendiğinde, Şekil deki gibi gözenekli silis iskelet yapısına sahip olduğu görülmektedir

62 YAPAY PUZOLANLAR PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜNÜN FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ

63 YAPAY PUZOLANLAR PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜNÜN FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Kabukların yakma sıcaklığına ve süresine göre külün rengi siyah, koyu gri, gri, beyaz, pembemsi veya leylak rengi olabilir.

64 YAPAY PUZOLANLAR PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜNÜN FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Pirinç kabuğu u külünün k n gözenekli g yapısı, özgül yüzey alanının n büyüklb klüğü,, amorf silise sahip olması külün puzolanik aktivitesini etkileyen en önemli parametrelerdir. Kabuklar yandığı zaman organik yapı bozularak gözenekli g bir yapı oluşur. ur. Külün K gözenekliliği i ile spesifik yüzeyi y arasında lineer bir ilişki olduğunu unu belirlenmiştir.

65 YAPAY PUZOLANLAR PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜNÜN FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Pirinç kabuğu külünün özgül yüzeyi, BET adsorpsiyon yöntemi ile saptanır. Özgül yüzey, kabuk yakma sıcaklığı, yanma süresi, öğütme şekli ve süresi ile değişir. Amorf şekilde özgül yüzeyi m 2 /g (nitrojen adsorbsiyon yöntemi ile) gibi oldukça büyük bir değerdedir.

66 YAPAY PUZOLANLAR PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜNÜN KİMYASAL ANALİZİ PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜNÜN KİMYASAL ANALİZİ Oksit (%) SiO 2 CaO MgO 0,12 1,96 Fe 2 O 3 0,54 Na 2 O K 2 O 0,58 2,50 SO 3 0,10 1,13 P 2 O 5 0,20 2,85 Cl 86,00 97,30 0,20 1,50 1,75 0,42

67 METAKAOLİN

68 YAPAY PUZOLANLAR METAKAOLİN Metakaolinin çimento harcında puzolan amaçlı olarak kullanımı,, 1960 lı yıllara dayanır lı yıllardan itibaren ise sağlad ladığı yüksek dayanım m ve dayanıkl klılık özellikleri nedeniyle beton üretiminde kullanımı yaygınla nlaşmıştır.

69 YAPAY PUZOLANLAR METAKAOLİN Saflaştırılm lmış kaolin kilinin kalsine edilmesiyle üretilen metakaolin,, beyaz renkli, amorf yapılı bir alumina silikattır ºC C civarında kil mineralleri adsorbe sularını kaybederler. Kaolin kilinin dehidrolize olarak suyunu kaybettiği i sıcakls caklık ise ºC C aralığı ığındadır. Bu sıcakls caklıkta kta kaolin bağlı suyunun %14 ü ünü kaybeder ve metakaoline dönüşür.

70 METAKAOLİN Metakaolinintane boyut dağılımınıbelirlemek için lazer difraksiyon yöntemi kullanılır: Örneğin; Taneciklerinin %10 u 2µm nin altında, %50 si 4.5 µm nin altında ve %90 ı ise 25 µm nin altındadır.

71 METAKAOLİN Kaolin kilinin kalsinasyonu sırasında aşağıdaki reaksiyon gerçekleşir: Al 2 Si 2 O 5 (OH) C SICAKLIK Al 2 O 3 2.SiO 2 +2H 2 O

72 METAKAOLİN Kaolin kili ve metakaolinintipik XRD analizleri (1:Kaolin, 2:Metakaolin).

73 METAKAOLİN Metakaolinin 1000 kat büyütülmüş mikro-fotoğrafları.

74 METAKAOLİN Metakaolinin 5000 kat büyütülmüş mikro-fotoğrafları.

75 METAKAOLİN Doğal puzolandır ve Ca(OH) 2 ile reaksiyona girer Çimentoya ilave bağlayıcı özellik kazandırır

76 Metakaolin kullanımı; METAKAOLİN Mekanik özellikleri olumlu etkiler (Poonve diğer., 2006, Qian ve Li,2001, Sabir ve diğer., 2001). Kılcal su emmeyi ve permeabiliteyiazaltır (Khatibve Clay, 2004). Durabiliteyiarttırır (Gruberve diğer., 2001, Baive diğer., 2003, Al-Akhras, 2006). Çiçeklenmeyi kontrol etmede etkilidir. Alkali silika reaksiyonu oluşumunu azaltır (Ramlochanve diğer., 2000, Aquino ve diğer., 2003).

77 METAKAOLİN BASINÇ DAYANIMI EĞİLME DAYANIMI DURABİLİTE ALKALİ SİLİKA REAKSİYONU GECİKMİ ETRENJİT OLU UMU ÇİÇEKLENME KILCAL SU EMME VE PERMEABİLİTE KLOR GEÇİRİMLİLİĞİ

78 DĐKKAT!!!!!!!!! MĐNERAL KATKI KAYNAĞI DEĞĐŞTĐKÇE veya AYNI KAYNAKTAN TEMĐN EDĐLEN MADDENĐN ÖZELLĐKLERĐNDE ZAMAN ĐÇĐNDE DEĞĐŞMELER OLABĐLĐR!!!!!! KULLANILACAK MĐNERAL KATKININ KALĐTE KONTROLU HER AŞAMADA YAPILMALI (KĐMYASAL ANALĐZ, PUZOLANĐK AKTĐVĐTE, DENEME KARIŞIMLARI vb.)

79 EN YAYGIN KULLANILAN MĐNERAL KATKI UÇUCU KÜL HACĐM SABĐTLĐĞĐĐÇĐN SERBEST CaO ve SO 3 MĐKTARI ÇOK ÖNEMLĐ TS EN 450 YE GÖRE CaO < %1 ve SO 3 < %3 OLMALI CaO > %1 ĐSE GENLEŞME DENEYĐ YAPILMALI

80 TAZE BETONA ETKĐLER LERĐ Azalır Artar Hiç/Az Etki Değişir Uçucu kül Curuf Silika Dumanı Doğal Puzolan Su Đhtiyacı Đşlenebilirlik Terleme, Ayrışma Hava miktarı Hidratasyon Isısı Priz süresi Mastarlanma Fly Ash, Slag, Pompalanabilirlik Silica Fume, and Plastik Natural büzülme Pozzolans çatlağı

81 SERTLEŞMĐŞ BETONA ETKĐLER LERĐ Azalır Artar Hiç/Az Etki Değişir Uçucu kül Curuf Silika Dumanı Doğal Puzolan Dayanım kazanma hızı Sürtünme dayanımı Donma-çözülme buz çözücü tuzlara karşı dayanım Kuruma büzülmesi, sünme Geçirimlilik Alkali Silika Reaksiyonu Kimyasal dayanıklılık Fly Ash, Slag, Karbonatlaşma Silica Fume, and Beton Natural rengi Pozzolans

82 PUZOLANLAR PUZOLANİK K AKTİVİTE TE ÖLÇÜM M YÖNTEMLERY NTEMLERİ * Bir puzolanın bağlayabilece layabileceği i en fazla kireç (Ca(OH) 2 ) miktarı ve bağlanma işleminin i hızıh puzolanik aktivite olarak ifade edilir. * Puzolanik aktivite ölçüm m yöntemleri y genel olarak ikiye ayrılır. r. 1. Kimyasal yöntem: y a) puzolanik reaksiyon sonucu alkaliler veya asitler içerisinde i çözülebilen SiO 2 +Al 2 O 3 +Fe 2 O 3 toplamı ölçülür. b) puzolan doymuş kireç çözeltisine konulduğunda, unda, belirli bir süre s içinde i inde ortamdaki kalsiyum iyonları azalması tespit edilir.

83 PUZOLANİK K AKTİVİTE TE 2. Mekanik yöntem: y Kireç-puzolan karışı ışımlarının, n, basınç dayanımlar mlarının ölçülmesi esasına dayanır. 1 kısım k çimento + 3 kısım k m kum + ½ kısım m su Kontrol: %100 çimento Ölçme: %35 puzolan + %65 çimento

84 PUZOLANİK K AKTİVİTE TE Malzemelerin tartılmas lması Kaba önce su yerleştirilir

85 PUZOLANİK K AKTİVİTE TE suyun üzerine çimento eklenir Karış ıştırma devam ederken kum eklenir kalıba yerleştirme sarsma

86 PUZOLANİK K AKTİVİTE TE Etiketleme ( 3 örnek) Bir gün g n sonra kalıptan çıkartılır 28 gün g n 20 C C ve min %95 bağı ğıl l nemli ortamda bekletilir.

87 PUZOLANİK K AKTİVİTE TE Kırılan parçalar alar üzerinde basınç deneyi yapılır

88 PUZOLANİK K AKTİVİTE TE L P M W P L 4 b h σ = = 2 6 P P σ = P A

89 BETON KARIŞIM IM HESABI MĐNERAL KATKILI BETONLARDA KARIŞIM IM HESABI

90 BETON KARIŞIM IM HESABI MİNERAL KATKILAR BETONDA İKİ ŞEKİLDE KULLANILIR: AGREGA OLARAK AGREGA OLARAK KULLANILMASI DURUMUNDA AGREGALARIN MİKTARININ BELİRLENMESİİLE AYNI PROSEDÜR KULLANILIR (BELİRLİBİR HACMİDOLDURACAK MALZEME MİKTARI YOĞUNLUK KULLANILARAK HESAPLANIR). BAĞLAYICI MADDE OLARAK BAĞLAYICI MADDE OLMASI DURUMUNDA İSE BELİRLİBİR ETKİNLİK FAKTÖRÜ İLE DEĞERLENDİRMEK GEREKİR (K DEĞERİ KAVRAMI).

91 BETON KARIŞIM IM HESABI k değeri eri kavramı k-değeri kavramı mineral katkı içeren betonlarda iki amaç için kullanılır: beton karışımının su/çimento oranı yerine su/(çimento + k mineral katkı) oranı nın belirlenmesi en az çimento dozajışartlarının sağlanmasındaki hesaplarda kullanılması

92 BETON KARIŞIM IM HESABI k değeri eri kavramı UÇUCU KÜL ĐÇĐN CEM I (uçucu kül / çimento) 0.33 CEM II/A 32,5 (uçucu kül / çimento) 0.17 CEM II/A 42,5 (uçucu kül / çimento) 0.25 CEM II/B 42,5 (uçucu kül / çimento) 0.11 CEM I 32,5 ve CEM II/A 32,5 için CEM I 42,5, CEM II/A 42,5, CEM II/B 42,5 ve daha yüksek sınıf için k=0.2 k=0.4 SĐLĐS DUMANI ĐÇĐN (silis dumanı/çimento) 0.11 CEM I tipi çimento için k=2.0

93 - MİNERAL KATKILAR Kullanım miktarı başlangıç deneyleriyle belirlenmelidir. Fazla miktarda mineral katkı kullanımının dayanım haricindeki özellikler üzerindeki etkisi dikkate alınmalıdır. Uçucu kül ve silis dumanı için k değeri kavramının uygunluğu kanıtlanmalıdır. k değeri ; * Su/Çimento oranı yerine Su/(Çimento + k. Mineral Katkı) * En az çimento miktarı ile ilgili şartların değerlendirilmesine olanak sağlar.

94 UÇUCU KÜL İÇİN k DEĞERİ k değeri kavramı için dikkate alınacak en fazla uçucu kül miktarı: (Uçucu kül / çimento) < 0,33 (kütlece) şartını sağlamalıdır. Daha fazlası, bu oranda ve en az çimento miktarı hesaplanmasında dikkate alınmaz. k değeri ; CEM I 32,5 için : 0,2 CEM I 42,5 ve daha yüksek sınıf için : 0,4 Çevresel etki sınıfları için gerekli en az çimento miktarı; k değeri x (en az çimento miktarı-200) kg/m 3 kadar azaltılabilir ve ilave olarak (çimento+uçucu kül) miktarı, gereken en az çimento miktarından daha az olamaz.

95 Örnek Çevresel etki sınıfı : XC1 koşulunda C 20/25 dayanım sınıflı beton için CEM I 42,5 çimentosu ile birlikte TS EN 450 ye uygun uçucu kül kullanılması durumunda en az çimento içeriği koşulu olan 260 kg/m 3 şöyle oluşacaktır. En az çimento miktarı ; 0,40 * ( ) = 24 kg/m 3 kadar azaltılabilir. En az çimento miktarı=260-24=236 kg/m 3 Uçucu kül en fazla UK/236 < 0,33 78,7 kg kadar kullanılabilir. k = 0,40 olduğundan etkili Uçucu Kül miktarı 24 / 0,40 = 60 kg/m 3 dür

96 Çizelge F 1 e göre XC 1 için en az çimento miktarı olan 260 kg/m 3 ün, Uçucu Kül kullanılması durumunda karşılığı Çimento = 236 kg/m 3 Uçucu Kül = 60 kg/m 3 olmaktadır.