3/1/2019. Puzolan malzemelerin sınıflandırılması:

Transkript

1 PUZOLAN MALZEMELER Giriş: Puzolanmaddelerin kullanımı binlerce yıl öncesine kadar gitmektedir. Eski Romalılar, Pozzuolikasabasının civarında volkanik kül ile söndürülmüş kirecin suyla birlikte karıştırılmasıyla elde edilen malzemenin hidrolik bağlayıcılık özeliği gösterdiğini fark etmişler. Günümüzde su içinde priz yapabilen çimentoların ve betonun üretiminde kullanılabilmektedir. Puzolanlar, büyük oranda aktif silis veya silis-aluminiçeren hidrolik bağlayıcı malzemelerdir. Puzolanlar, kendi başlarına bağlayıcılık özellikleri çok azdır veya hiç yoktur. Suyla karıştırıldıklarında çamur haline gelir, kuruduktan sonra tekrar eski hallerine dönerler. 1 Ancak ince taneli/öğütülmüş durumda diğer bağlayıcılar ile karıştırıldığında yapısındaki silis ortamdaki sönmüş kireç ve su ile kimyasal reaksiyona girerek bağlayıcılık özelliği sağlayan ve suda erimeyen C-S-H yapı oluştururlar. Puzolanmalzemelerin sönmüş kireç ile ne ölçüde reaksiyona girebileceği, ne ölçüde bağlayıcılık sağlayabildiği, puzolanik aktivite değeri ile tanımlanmaktadır. Puzolan malzemenin yeterli aktiviteyi gösterebilmesi için: Yeterince ince taneli olması, Amorf yapıya sahip olması, Yeterli miktarda silis, alumin ve demir oksit içermelidir. 2 Puzolan malzemelerin sınıflandırılması: Doğal puzolanlar: 3 4 1

2 Volkanik orijinli doğal puzolanlar: Doğal puzolanların büyük bir bölümü volkanik orijjinli malzemelerdir. Genelde alüminli silikadan oluşan erimiş lavların yanardağdan püskürmesi sonucunda volkanik orijinli doğal puzolanlar oluşmaktadır. Erimiş magmanın patlama sırasında ani basınç azalması ile atmosferde hızla soğuması sonucunda, yüzeye yakın bölgelerde düzensiz yapısı ile amorf veya camsı faz oluşur. Püskürme esnasında gazların da bulunması malzemenin gözenekli yapıya ve çok büyük yüzey alanına sahip olmasına neden olmaktadır Bu camsı faz oluşumu yüksek puzolanikaktivite kazandırır. Magmanın daha şiddetli püskürmesi sonucunda, yüksek puzolanik aktiviteye sahip camsı malzemeler oluşurken daha zayıf şiddetteki püskürmeler, camsı volkanik malzemelere kıyasla, kireçle daha az kimyasal reaksiyon yapan volkanik külleri (tras) meydana getirir. 5 Isıl işlem görmüş (pişirilmiş) puzolanlar: Killer ve şeyller(ince taneli kil taşı): Killer ve killi zeminler, plaka veya çubuk şekline sahip olan, boyutları mm den daha küçük tanelerden oluşurlar. Büyük miktarda silis ve alüminden oluşan kil ve şeylmineralleri kristal yapıya sahiptirler. Bu nedenle kil ve şeylhammadde formları puzolanik özellik göstermez. Ancak 1-2 saat kadar C arasında ısıl işlemle kalsineedildiğinde bu malzemelerin düzenli kristal yapısı bozulmakta ve yarı amorf veya düzensiz alümino silisli bir yapı elde edilmektedir. Böylece, puzolanik malzeme durumuna gelmektedirler. Pişmiş killerin, tuğla veya kiremit gibi yapı malzemelerinin üretiminde puzolanik malzeme olarak yaygın kullanım alanı bulmuştur. 6 Diatomit topraklar: İçerisinde organik kalıntılar nedeniyle yüksek oranda (%90) silis bulunan topraklardır. Öğütülmeden veya öğütüldükten sonra puzolanik katkı malzemesi olarak kullanılmaktadır. Diatomitlerinsahip olduğu puzolanik aktivite, içerdiği amorf silis miktarına bağlıdır. Yüksek miktarda kil minerali içeren diatomitlerde, killer puzolanik aktiviteyi azaltır. Bu yüzden bazı çeşitleri, C arasında ısıl işlem sonrası ince taneli duruma getirilmeleri puzolanik aktiviteleri arttırılır. Doğal puzolanların kullanım şekilleri: 1) Söndürülmüş kireçle ve suyla birleştirilerek, çok eski zamanlarda olduğu gibi doğrudan kullanılabilmektedirler. 2) Portlandpuzolantipi çimento üretiminde, portlandçimentosunun klinkeriyle birlikte öğütülerek kullanılmaktadırlar. 3) Beton katkı maddesi olarak kullanılmaktadırlar. Doğal puzolanlar, genellikle, portland-puzolantipi çimento üretiminde ve puzolankatkılı beton üretiminde kullanılmaktadırlar

3 Doğal puzolanların betona olumlu etkileri İşlenebilirliği arttırır. Terlemeyi azaltır. Hidratasyon ısısını azaltır. Geçirgenliği azaltır. Alkali-agrega reaksiyonunu azaltır. Sülfat dayanıklılığını arttırır. Ekonomi sağlar. Doğal puzolanların betona olumsuz etkileri Özellikle soğuk havalarda priz başlangıç zamanını uzatır. Yavaş dayanım kazanımı sağlar. Dikkatli ve uzun kür isteyebilir. Yapay puzolanlar: 9 10 a) Uçucu kül (Flyash): Uçucu kül terimi 1930 lu yıllarda elektrik enerjisi endüstrisinin yayılmasıyla ortaya çıkmış ve uçucu külün Portlandçimentosu içinde kullanımı yine bu tarihlerde başlamıştır yılında R.E Davis, CaliforniyaÜniversitesinde uçucu küllü betonla ilgili araştırma sonuçlarını yayımlamış ve bu çalışma uçucu kül kullanımının temelini oluşturmuştur. Uçucu küllerin önemli miktarda kullanılmaya başlanması ise baraj betonunda hidratasyon ısısının düşürmek amacı ile olmuştur. Uçucu kül, termik santrallerde kömürün yakılması ile elde edilen endüstriyel bir yan ürün ya da atık olarak bilinir. Puzolanik özelliği nedeniyle çimento üretiminde ve betonda mineral katkı olarak kullanımı oldukça yaygındır. Kömürün yakılması sonucu elde edilen kül çeşitleri:

4 Uçucu küllerin sınıflandırılması: 13 Silissiuçucu kül (V/F sınıfı): V sınıfı uçucu küller, çoğunluğu puzolaniközelliklere sahip, esas olarak reaktif silisyum dioksit (SiO 2 ) ve alüminyum oksitden(al 2 O 3 ) oluşan, geri kalanı demir oksit (Fe 2 O 3 ) ve diğer bileşenleri içeren küllerdir. Taş kömürünün yakılması sonucu elde edilen SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 %70 olan küllerdir. Bu küllerde, reaktif kireç (CaO) oranı %10 dan azdır. Reaktif silis miktarının %25 den fazla olması gerekmektedir. Kalkersiuçucu kül (W/C sınıfı): W sınıfı küller, hidrolik ve/veya puzolanik özellikleri olan tane yapısı ince toz şeklinde olup, esas olarak reaktif kireç (CaO), reaktif SiO 2 ve Al 2 O 3 den oluşan, geri kalanı demir oksit (Fe 2 O 3 ) ve diğer bileşenleri içeren küllerdir. W sınıfı, linyit kömürünün yakılması sonucu elde edilen SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 %50 olan küllerdir. Reaktif kireç (CaO) oranı %10 dan fazladır. Reaktif silis miktarının da %25 den fazla olması gerekmektedir. 14 Uçucu külün betonda kullanımının olumlu etkileri: Sabit su miktarında işlenebilirliği artırır. Pompalanabilirliği iyileştirir. Terlemeyi ve ayrışmayı önler. Uzun dönemde dayanım kazanmayı artırır. Rötreyi azaltır. Alkali-silika reaksiyonunu azaltır. Sülfata karşı dayanımı artırır. Ekonomi sağlar. 15 b) Silika Tozu (Silis dumanı): Ferrokromtesislerinde silikon metali veya alaşımları elde edilirken ortaya çıkan silis buharınınınyoğunlaştırılması sonucu elde edilen üretim atığı olup, genellikle mikro silis, silika tozu olarak adlandırılır. Aşırı derecede çok ince bir toz ( mikron) formunda olup boyutları portlandçimentonun tane boyutlarından ortalama 100 kat daha incedir. Silika tozu: ~ cm 2 /gr Tütün Külü: ~ cm 2 /gr Uçucu Kül: 4000~7000 cm 2 /gr PortlandÇimentosu: 3000 cm 2 /gr Silis dumanı içeriğinde yüksek oranda amorf SiO 2 bulunması ve çok ince tane boyutuna sahip olması nedeniyle yüksek puzolanik özelliğe sahiptir. Su ile karıştırıldığında, yapısındaki karbon oranına bağlı olarak 16 rengi koyu siyah hale döner. 4

5 Diğer puzolanlardan farklı olarak beton kullanılması durumunda: Erken dayanımı, Çok ince olduğu için su ihtiyacını Hidratasyon ısısını, artırmaktadır. Silis dumanının genel olarak kimyasal özellikleri: Silika dumanının SiO 2 içeriği %85'in üzerindedir. İkinci esas bileşen ise yanmamış karbon kalıntılarıdır. Fe 2 O 3 içeriği ise %1-%2 civarındadır. Al 2 O 3, SO 3, MgO, Na 2 O, K 2 O gibi oksitler ise %1'den azdır. Silis dumanının beton özelliklerine olumlu etkileri: Basınç dayanımını artırır. Aderans dayanımını artırır. Kusma ve ayrışmayı azaltır. Aşınma direncini iyileştirir. Kimyasal etkilere karşı dayanımını iyileştirir. Sülfata karşı dayanımını iyileştirir. Alkali-agrega reaksiyonunu azaltır. Silis dumanının beton özelliklerine olumsuz etkileri: Fazla su ihtiyacı göstermesi. Akışkanlaştırıcı katkı kullanılması ihtiyacını doğurur. Bitirilme işlemi, yüzeylerin perdahlanması zordur. Plastik rötre ve çatlaklarına karşı çok hassastır. Oldukça koyu renk gösterir c) Yüksek fırın cürufu: Demir-çelik üretiminde demir cevherleri yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılıp ( C), erimeye tabi tutulmaktadır. Demir-çelik üretimi sırasında yakıt olarak kullanılan kok kömürünün karbonu, demir oksitteki oksijen ile birleşerek karbonmonoksitve karbondioksit gazları oluşturup fırını terk ederken geriye eriyik haldeki demir ile birlikte eriyik haldeki cüruf kalmaktadır. Eriyik haldeki cürufun farklı yöntemlerle soğutulması sonucu; Havada soğutulmuş yüksek fırın cürufu Granüle yüksek fırın cürufu (GYFC) elde edilmektedir. 19 Yüksek fırından çıkan cüruf, su ile ani olarak soğutularak granüle yüksek fırın cürufu edilen bir yan ürün elde edilmektedir. Özellikle ani soğutulursa amorf yapı kazanır ve öğütülerek kullanıldığında puzolanik aktivite kazanır. GYFC kendi başlarına suyla reaksiyonu, Portlandçimentolarının hidratasyonu ile kıyaslandığında oldukça yavaş gelişir. G.Y.F.C içindeki CaO/SiO 2 oranı (hidrolik indeks değeri) ne kadar yüksek ise bağlayıcı özelliği de o derece iyidir. Hidrolik indeks değeri ortalama civarındadır. 20 5

6 Cürufun beton özelliklerine etkileri: İlk günlerdeki dayanıma etkisi düşük ilerleyen günlerde yüksektir. Sülfatlı ve deniz sularına karşı daha dayanıklıdır. Alkali-silisden kaynaklanan genleşmeler daha azdır. Daha az geçirimliliğe sahiptir. Yüksek sıcaklıklara karşı daha dayanıklıdır. Puzolanmalzemelerin puzolanik aktivitesinin belirlenmesi (ASTM C 618): Bir puzolanınbağlayabileceğienfazla kireç(sönmüş kireç, Ca(OH) 2 ) miktarıvebağlanmaişlemininhızıpuzolanik aktivite olarak ifadeedilir.dayanım aktivitesi indeksi (SAI) değeri ile belirlenir. ASTM C 618 e göre puzolanmalzemenin %20 oranında çimento miktarı ile yer değiştirildiği katkılı ve katkısız harç numuneler üretilir. Puzolanlıve puzolaniçermeyen 7 veya 28 günlük harç numunelerde basınç deneyi yapılır. Elde edilen verilere göre dayanım aktivitesi indeksi; SAI = A/B x100 A: Puzolan katkılı numunelerde ortalama basınç dayanımı değeri, MPa B: Puzolankullanılmayan numunelerde ortalama basınç dayanımı değeri, MPa SAI %75 olması malzemenin, puzolanik aktivitesinin olduğunu gösterir Puzolanların aktivitesi ve su ihtiyacı: 23 6