BETON ÜRETİMİNDE KULLANILAN İLAVE MALZEMELER

Transkript

1 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ BETON ÜRETİMİNDE KULLANILAN İLAVE MALZEMELER Doç.Dr. Nabi YÜZER Yapı Malzemeleri Anabilim Dalı

2 İLAVE MALZEMELER 1. MİNERAL KATKILAR (PUZOLANLAR) Tek başına bağlayıcı niteliği olmayan, ancak ince öğütülmüş olarak kireç veya çimento ile birlikte kullanıldığında hidrolik bağlayıcı özelliği kazanan silisli veya silisli ve alüminli malzemelerdir. %5 den başlayıp, %95 e kadar çimento ile yer değiştirebilir. 2. KİMYASAL KATKILAR Betona çimento, su ve agrega dışında çok düşük miktarlarda katılan, organik veya inorganik kimyasal maddelerdir. Çimento ağırlığının %5 inden fazla katılmaz.

3 Genel Çimentolar (TS EN 197-1) 1. CEM I : Portland Çimentosu 2. CEM II : Portland Kompoze Çimento 3. CEM III : Portland Yüksek Fırın Cüruflu Çimento 4. CEM IV: Puzolanik Çimento 5. CEM V : Kompoze Çimento

4 Genel Çimentolar CEM I : o C Kalker + Kil Ani soğutma Klinker + %2-3 Alçı taşı Öğütme

5 CEM P o r t l a n d II Genel Çimentolar K o m p o z e Klinker + Mineral Katkı

6 Genel Çimentolar CEM III (Yüksek Fırın Cüruflu Ç.): Klinker + Yüksek Fırın Cürufu CEM IV (Puzolanik Ç), CEM V (Kompoze Ç): Klinker + Mineral Katkı (En az iki değişik katkı)

7 Genel Çimentolar (TS EN 197-1) Tip ve Ana Bileşen Sembolleri A: Çimentonun az mineral katkı içeren tipi B: Çimentonun A tipinden daha fazla mineral katkı içeren tipi C: Çimentonun B tipinden daha fazla mineral katkı içeren tipi K: Klinker S: Granüle Yüksek Fırın Cürufu D: Silis Dumanı P: Doğal Puzolan Q: Doğal Kalsine Edilmiş Puzolan V: Silissi Uçucu Kül W: Kalkersi Uçucu Kül T: Pişmiş Şist L: Kalker (TOC %5) LL: Kalker (TOC %2) (TOC: Toplam Organik Karbon)

8 Genel Çimentolar (TS EN 197-1) Gerekli Mekanik ve Fiziksel Özellikler İçin Karakteristik Değerler Basınç Daynımı (MPa) Priz Başlama Dayanım Genleşme Erken Dayanım Standard Dayanım Süresi Sınıfı 2 Günlük 7 günlük 28 Günlük (dakika) (mm) 32.5 N R N R N R TS EN TS EN N: Erken dayanımı normal R: Erken dayanımı yüksek

9 Genel Çimentolar (TS EN 197-1) Çimento İçin Standard İşaretleme Örnekler: TS EN CEM I 32.5 R: Dayanım sınıfı 32.5 olan, erken dayanımı yüksek portland çimentosu TS EN CEM V / B (S-V) 32.5 N: Toplam olarak kütlece %31-50 arasında granüle yüksek fırın cürufu ve %31-50 arasında silissi uçucu kül içeren, erken dayanımı normal, 32.5 dayanım sınıfında kompoze çimento

10 MİNERAL KATKILAR (PUZOLANLAR) Genel Bir sınıflandırma PUZOLANLAR Bağlayıcı Özelliği Olanlar: Granüle Yüksek Fırın Cürufu Bağlayıcı ve Puzolanik Özellikte Olanlar: Kalkersi uçucu kül, bazı bitümlü şist külleri Puzolanik Aktivitesi Yüksek Olanlar: Silis dumanı, pirinç kabuğu külü Normal Puzolanlar: Silissi uçucu kül, doğal veya kalsine puzolanlar Puzolanik Aktivitesi Düşük Olanlar: Yavaş soğumuş YFC, bazı doğal puzolanlar, bazı kazan cürufları, bitki külleri

11 MİNERAL KATKILAR (PUZOLANLAR) Puzolanik Etki PUZOLANLAR Çimentonun Karma Oksitler: C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF 2(3CaO.SİO 2 ) + 6H 2 O 3CaO.2SiO 2.3H 2 O + 3Ca(OH) 2 (C 3 S) (C-S-H) (CH) SiO 2.nH 2 O + Ca(OH) 2 + mh 2 O CaO.SiO 2 (n+m+1)h 2 0 Al 2 O 3.SiO 2.nH 2 O + Ca(OH) 2 + mh 2 O CaO.Al 2 O 3.SiO 2.pH 2 O

12 MİNERAL KATKILAR (PUZOLANLAR) Mineral Katkılar ve Özellikleri PUZOLANLAR Doğal Puzolan (Tras): Doğada Bulunan puzolanik özellikteki madde ve kayaçlardır. Genellikle volkanik kökenlidir. Reaktif silis miktarı en az %25 olmalıdır. Kalsine Edilmiş Doğal Puzolan: Puzolanik özellikleri ısıl işlem uygulanarak kazandırılmış olan doğal madde ve kayaçlardır. Reaktif silis miktarı en az %25 olmalıdır. Granüle Yüksek Fırın Cürufu: Yüksek fırında pik demir elde edilirken demir cevheri içindeki SiO 2 ve Al 2 O 3 içeren gayri saflıklar, yumuşatıcı olarak katılan kalkerdeki CaO tarafından bağlanır. Bu şekilde oluşan cürufun bileşimi portland çimentosuna büyük benzerlik gösterir. Fırın çıkışında hızla soğutulması ve en az 2/3 oranında camsı faz içermesi istenmektedir. Ayrıca içindeki CaO, MgO ve SiO2 miktarları toplamı gene 2/3 oranında olmalı. (CaO+MgO)/SiO2 orantısının 1.0 dan fazla olması istenmektedir.

13 MİNERAL KATKILAR (PUZOLANLAR) Mineral Katkılar ve Özellikleri PUZOLANLAR Uçucu Kül: Çok ince öğütülmüş kömür yakan fırınların baca gazlarına karışan ve çoğunlukla çimentodan ince olan kül tanecikleri elektrostatik yöntemlerle tutularak ayrılırlar. Genellikle kömür ile çalışan termik elektrik santrallerinde elde edilir. Kızdırma kaybı 1 saatte %5 i geçmemelidir. F Tipi UK: S+A+F min %70, C Tipi UK: S+A+F min %50 Silissi Uçucu Kül: Reaktif CaO oranı %10 dan az olan puzolanik özellikteki uçucu küldür. Serbest CaO içeriği en çok %1 olmalıdır. Reaktif SiO 2 %25 den fazla olmalıdır. Kalkersi Uçucu Kül: Reaktif CaO oranı %10 dan fazla olan bağlayıcı ve/veya puzolanik özellikteki uçucu küldür. Reaktif CaO miktarı %15 e kadar olan küllerde reaktif SiO 2 %25 den fazla olmalıdır.

14 MİNERAL KATKILAR (PUZOLANLAR) Mineral Katkılar ve Özellikleri PUZOLANLAR Pişmiş Şist: Yaklaşık 800 o C de pişirilen şist puzolanik ve bağlayıcı özellik gösterir. Çimento gibi denendiğinde 28 günlük dayanımı en az 25 MPa olmalıdır. Kalker: CaCO 3 içeriği en az %75, kil içeriği en fazla %1.2 olmalıdır. Silis Dumanı: Silisyum ve ferrosilisyum alaşımlarının üretimi sırasında elektrik ark fırınlarında yüksek saflıktaki kuvarsın kömürle indirgenmesi sonucu elde edilen çok ince taneli baca tozudur. Reaktif SiO 2 en az %85 olup BET özgül yüzeyi en az cm 2 /g olmalıdır. Kızdırma kaybı 1 saatte %4 ü geçmemelidir.

15 MİNERAL KATKILAR (PUZOLANLAR) TS EN 450 de verilen sınır değerler (Uçucu Kül) PUZOLANLAR

16 PUZOLANLAR SEM Görüntüleri (2000 Büyütme) CEM I 42,5 Uçucu Kül 10 m Cüruf Silis Dumanı

17 EDS Analizleri PUZOLANLAR CEM I 42,5 Cüruf Uçucu Kül Silis Dumanı

18 Kimyasal Analiz ve Fiziksel Özellikleri PUZOLANLAR Kimyasal Özellikler (%) CaO SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO SO 3 Kızdırma Kaybı Çözünemeyen Kalıntı CEM I 42,5 R 64,05 20,95 4,98 3,24 1,29 2,59 1,35 0,44 Silis Dumanı 1,42 92,73 1,30 0,28 0,75 0,19 1,44 - Uçucu Kül 1,90 60,13 19,00 8,98 4,77 0,95 1,69 - Yüksek Fırın Cürufu 35,20 40,11 13,74 1,16 5,81 2,23 0,00 - Özgül Ağırlık (g/cm 3 ) 3,19 2,33 2,21 2,91 Özgül Yüzey (Blaine, cm 2 /g)

19 PUZOLANLAR Çimento ve Mineral Katkı

20 PUZOLANLAR Çimento Hamur Yapıları

21 MİNERAL KATKILAR (PUZOLANLAR) PUZOLANLAR Puzolanların Yararları 1. Ekonomi ve enerji tasarrufu sağlar, 2. Doğal kaynakların ve çevrenin korunmasına (sera gazlarının azaltılması) katkı sağlar, 3. Hidratasyon ısısını azaltır, 4. Çimento ürünlerinde işlenebilmeyi kolaylaştırır, 5. Dayanıklılığı ve zamanla dayanımı artırır.

22 MİNERAL KATKILAR (PUZOLANLAR) Beton Teknolojinde Son Gelişmeler (Nano Tozlar) PUZOLANLAR Nano tozlar: Boyut: nm (1nm=10-6 mm) Özgül yüzey: 50 m 2 /g (nano-sio 2 ) 1 m 2 /g (çimento) m 2 /g (silis dumanı)

23 MİNERAL KATKILAR (PUZOLANLAR) Beton Teknolojinde Son Gelişmeler (Nano Tozlar) PUZOLANLAR

24 KATKILAR Kimyasal Katkı Kullanımında Dikkat Edilecek Hususlar KİMYASAL KATKILAR 1. Katkı maddeleri sihirli maddeler değildir, kötü beton katkı ile iyileştirilmez. 2. Her çimento, her agrega türü ve granülometrisi için olumlu sonuç vermeyebilir. Bu nedenle katkının eldeki malzeme ile uyumu deneyle araştırılmalıdır 3. Pazarlayıcı tarafından önerilen yüzdeler her hale uygulanabilir değildir. Katkı miktarı ön deneyler ile araştırılmalıdır. 4. Katkı maddelerinin ana fonksiyonlarının yanında daima ikincil etkileri de vardır. Bir özellik düzeltilirken başka bir özelliği bozmak olasıdır. 5. Bazı durumlarda birden fazla katkı maddesi birlikte kullanılır. Bunların uyumları, birbirlerinin etkilerini bozmadıkları kanıtlanmalıdır.

25 KATKILAR Kimyasal Katkı Tipleri (TS EN 934) KİMYASAL KATKILAR 1. Su azaltıcı / akışkanlaştırıcı katkılar 2. Yüksek oranda su azaltıcı / süper akışkanlaştırıcı katkılar 3. Su tutucu katkı 4. Su geçirimsizlik katkısı 5. Hava sürükleyici katkı 6. Priz hızlandırıcı katkı 7. Sertleşmeyi hızlandırıcı katkı 8. Priz geciktirici katkı 9. Priz geciktirici / su azaltıcı / akışkanlaştırıcı katkılar 10. Priz geciktirici / yüksek oranda su azaltıcı / süper akışkanlaştırıcı katkılar 11. Priz hızlandırıcı / su azaltıcı / akışkanlaştırıcı katkılar

26 KATKILAR Diğer Kimyasal Katkı Tipleri (TS EN 934 te yer almayan) KİMYASAL KATKILAR 1. Korozyon önleyiciler 2. Rötre engelleyiciler 3. Su altı beton katkıları 4. Prekast beton katkıları

27 KATKILAR Kimyasal Katkıların Performans Kriterleri (TS EN 934) KİMYASAL KATKILAR Kimyasal Katkı Tipi Su azaltıcı / akışkanlaştırıcı katkılar Yüksek oranda su azaltıcı / süper akışkanlaştırıcı katkılar Performans Kriteri TS EN deki değeri Eşit kıvamda su azalması azalma %5 Eşit kıvamda su azalması Eşit su/çimento oranında kıvam artışı azalma %12 Çökme artışı 120 mm Su tutucu katkı Kusmada azalma azalma %50 Su geçirimsizlik katkısı Kapiler emmede azalma azalma %50 Hava sürükleyici katkı Sertleşmiş betonda hava boşluğu özellikleri Açıklık faktörü 0.200μm

28 KATKILAR Kimyasal Katkıların Performans Kriterleri (TS EN 934) KİMYASAL KATKILAR Kimyasal Katkı Tipi Performans Kriteri TS EN deki değeri Priz hızlandırıcı katkı İlk priz sütresinde azalma azalma %40 5 o C de 1.Gündeki basınç dayanımı artış %20 20 o C de Sertleşmeyi hızlandırıcı katkı 2.Gündeki basınç dayanımı artış %30 5 o C de İlk priz alma ve priz bitiş Priz alma artış 90 dakika Priz geciktirici katkı sürelerinde artış Priz bitiş artış 360 dakika Eşit kıvamda su azalması azalma %5 Priz geciktirici / su azaltıcı / akışkanlaştırıcı katkılar İlk priz alma ve priz bitiş Priz alma artış 90 dakika sürelerinde artış Priz bitiş artış 360 dakika Eşit kıvamda su azalması azalma %12 Priz geciktirici / yüksek Eşit su/çimento oranında Çökme artışı 120 mm oranda su azaltıcı / süper kıvam artışı akışkanlaştırıcı katkılar Priz alma artış 90 dakika İlk priz alma ve priz bitiş sürelerinde artış Priz bitiş artış 360 dakika Priz hızlandırıcı / su azaltıcı / akışkanlaştırıcı katkılar Eşit kıvamda su azalması İlk priz alma süresinde azalma azalma %5 azalma 30 dakika 20 o C de ve %40 5 o C de

29 KATKILAR Akışkanlaştırıcıların Çalışma Prensipleri KİMYASAL KATKILAR Linyosülfonatlar anionik türde kolloidal tansio-aktif maddelerdir ve suyun yüzey gerilimini düşürürler. Böylece suyun ıslatma yeteneği artar ve katı maddelerin yüzeyinde suyun adsorplanmaları kolaylaşır. Katı tanelerin yüzeyinde biriken elektrostatik yükler aynı işaretli olduğundan taneler birbirini iterler ve flokülasyonu (topaklanmayı) önlerler.

30 KATKILAR Akışkanlaştırıcıların Çalışma Prensipleri KİMYASAL KATKILAR Çimento-su süspansiyonu (topaklanmış taneler) %1 Katkılı Çimento-su süspansiyonu

31 KATKILAR Yeni Nesil Hiperakışkanlaştırıcılar KİMYASAL KATKILAR Elektrostatik etkilere ek olarak sterik etkiler de söz konusudur. Uzun dallar içeren polimer zincirleri sayesinde, çimento tanecikleri çevresinde birbirini iten fiziksel bir etki (sterik etki) oluşur.

32 KATKILAR Hava Sürükleyici Katkılar KİMYASAL KATKILAR Karıştırma sırasında taze betona kontrollü miktarda küçük, düzgün dağılmış ve sertleşme sonrasında da kalıcı olan hava kabarcıkları sürükler.

33 KATKILAR Hızlandırıcılar KİMYASAL KATKILAR Priz hızlandırıcılar, betonun plastik halden katı hale geçmeye başlama süresini kısaltır. Sertleşmeyi hızlandırır katkılar ise, betonun erken dayanım kazanma hızını artırır. Erken kalıp almada veya soğuk havada beton dökümünde tercih edilir. Hızlandırıcı etkilerini çimentoların ana bileşenlerinden C 3 S in hidratasyon hızını artırarak gösterirler.

34 KATKILAR Priz Geciktiriciler KİMYASAL KATKILAR Betonun, plastik halden katı hale geçmeye başlama süresini uzatır. Özellikle, sıcak havada beton dökümünde veya uzun mesafeye taşınan betonlar için kullanılır. Geciktirici etkilerini çimentoların ana bileşenlerinden C 3 S in hidratasyon hızını azaltarak gösterirler. Katkı miktarı bir kritik değerden fazla olursa, C 3 S hidratasyonu tamamen durur, beton hiçbir zaman sertleşmez.

35 KATKILAR Su Geçimsizlik Katkıları KİMYASAL KATKILAR Boşluklar içerisinde veya beton yüzeyinde hidrofobik bir katman oluşturarak, sertleşmiş betonun kılcal su emmesini azaltırlar. Antifreeze Katkılar Betonun donma sıcaklığını düşürür. Çimentonun hidratasyonunu hızlandırır.