YAPI MALZEMESİ YAPAY PUZOLANLAR. Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN. Pamukkale Üniversitesi BAHAR

Transkript

1 3 YAPI MALZEMESİ YAPAY PUZOLANLAR Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN Pamukkale Üniversitesi BAHAR

2 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 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 2

3 * Uçucu U kül, k * Kalsine kil (metakolin( metakolin) * silika dumanı, * Yüksek Y Fırın F Curufu * Kalsine şeyl * diğerleri PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 3

4 Uçucu Kül Silis Dumanı Yüksek Fırın Curufu PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Pirinç Kabuğu Külü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 4

5 UÇUCU KÜL Kömürle çalışan termik santrallerde oluşur. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 5

6 UÇUCU KÜL 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 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 6

7 UÇUCU KÜL PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 7

8 UÇUCU KÜL PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 8

9 UÇUCU KÜL Isınma amacıyla kullanılma lma imkanı olmayan düşük k kalori kömürlertermik santrallerde, buhar üreten kazanları ısıtmak amacıyla çoğunlukla pulvarize (öğütülmüş)) halde yakılır. 75 μm lik elekten %80 i i geçecek ecek şekilde kırılıp k p inceltilen kömür k tozları önceden ısıtılmış hava ile karış ıştırılır r ve yanma için i in kazan içine ine üflenir. Bu yanmanın n sonucunda farklı özellikteki çeşitli gazlar ve bazı atıklar ( kömür k r külleri k ve yanmayan kalınt ntı ) açığa ığa çıkar. Genellikle, termik santrallerde yakılan taş kömürlerinin % i, linyit kömürlerinin k ise % ı küldür. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 9

10 UÇUCU KÜL Üretilen atığı ığın n % lik birincil kısmk smı, çok küçük k tanecikler halinde yanma odasından gazlarla birlikte uçarlar. u Bu tanecikler, gazlarla birlikte bacadan havaya çıkarken, elektrostatik filtreler veya elektromekanik yöntemler y kullanılarak larak tutulur. Modern santrallerde, bu ince malzemelerin %99 u u gaz çıkmadan önce tutulmaktadır Termik santralın n 1 kwh lik enerji üretiminde yaklaşı şık k 110 g kül k l atık madde olarak açığa ığa çıkmaktadır MW lık bir santralden yılda y yaklaşı şık k ton uçucu u ucu kül k l ve taban külük elde edilmektedir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 10

11 UÇUCU KÜL Gri Renklidir Küresel Şekillidir Tane çapı μm Yoğunlu unluğu u g/cm 3 Özgül l yüzeyi y cm 2 /g F ve C tipleri vardır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 11

12 UÇUCU KÜLLERİN SINIFLANDIRILMASI Sınıf F C Tanımı SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 % 70 bitümlü veya antrasit (parlak kömürden elde edilen uçucu küller). Yalnızca puzolanik özelliğe sahip. SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 % 50 linyit kömüründen elde edilen uçucu kül. Kireç (CaO) içeriği %10 dan fazla olabilir. ( Yüksek Kireçli Uçucu Kül). Puzolanik ve bir miktar bağlayıcılık özelliğine sahip. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 12

13 UÇUCU KÜLLERİN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Kimyasal Özellik F sınıfı ( CaO < % 10 ) C sınıfı ( CaO > %10 ) SiO Al 2 O Fe 2 O Ca0 MgO Na 2 O C (kızdırma kaybı) PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 13 13

14 UÇUCU KÜL PUZOLANİK K AKTİVİTE 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 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 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 14 14

15 UÇUCU KÜL Çimentonun hidratasyonu sonucu oluşan Ca(OH) 2 Genelde Agrega üzerine çökelir. Uçucu kül ve diğer puzolanlar Arayüz bölgesini Puzolanik etki nedeniyle güçlendirirler. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 15

16 UÇUCU KÜL Uçucu kül çimento agrega matriksi içerisinde Boşlukları doldurur. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 16

17 UÇUCU KÜL Uçucu kül çimento agrega matriksi içerisinde Boşlukları doldurur. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 17

18 UÇUCU KÜLLERİN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Uçucu küldeki k CaO miktarı için in standartlarda bir limit bulunmamaktadır. Ancak serbest kireç, hidratasyon sırasında kalsiyum hidroksit (portlandit( portlandit) ) haline dönüşerek, d betonda genleşme ve çatlak oluşumuna umuna sebep olabilir. Bu nedenle serbest kireç miktarı TS EN 450 de %1 ile sınırlands rlandırılmıştır. MgO hidratasyonu yavaş gelişen en bir maddedir. Ancak, hidrate olduğunda unda meydana gelen hidratasyon ürününün n miktarı büyük k bir hacim kaplar ve sertleşmi miş betonun genişleyip çatlamasına yol açar. a ar. Uçucu kül k şartnamelerinin büyük b k bir bölümünde b max. MgO miktarı %5 ile sınırlands rlandırılmıştır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 18

19 UÇUCU KÜLLERİN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Yüksek miktarlarda SO 3 içeriği, i, ileri yaşlarda yüksek y miktarda kalsiyum alumina sülfat hidrate oluşumuna umuna (ettringite( ettringite) ) yol açtığından, sertleşmi miş betonda genleşme ve bozulmalar oluşturur. Uçucu kül k l ile ilgili ASTM şartnamesinde SO 3 miktarı max.. %5 olarak belirlenmiştir PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 19

20 UÇUCU KÜLLERİN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Uçucu külün k n kızdk zdırmada ağıa ğırlık k kaybı,, yanmamış karbon tanelerinin, çok küçük üçük k miktarlardaki kimyasal bağ neminin ve sülfürün n kızdk zdırma esnasındaki ndaki kaybından olmaktadır. Karbon, bağlay layıcılık k bakımından aktif olmayan bir maddedir. Yanmamış karbon taneleri, özellikle hava sürükleyici s katkılar gibi kimyasal katkılar ile güçg üçlü bir birleşme eğilimi e gösterirler. g Bu nedenle yüksek y kızdk zdırma kaybına veya karbon içerii eriğine ine sahip olan uçucu u ucu küller k genellikle daha fazla hava sürükleyici s katkı dozajı gerektirirler. ASTM C618 de uçucu u ucu küllerde k kızdk zdırma kaybı %6 ile sınırlandırılmıştır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 20

21 SİLİKA DUMANI Ferro-krom tesislerinde ortaya çıkar PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 21

22 SİLİKA DUMANI Silisyum metalinin veya ferrosilisyum (FeSi) alaşı şımlarının üretimi sırass rasında kullanılan lan elektrik ark fırınlarf nlarında, nda, yüksek y saflıktaki kuvarsitin, kömür k r ve odun parçac acıkları ile indirgenmesi sonucu, bir yan ürün n olarak elde edilen çok ince taneli, toz halindeki endüstriyel atık k maddeye silis dumanı adı verilir. Silikon metali veya ferrosilikon üretiminin bir yan ürünü olan silika dumanı Portland çimentosundan 100 kat daha ince, küresel k şekilli, kristal olmayan tanelerden oluşan oldukça a ince yapıya sahip bir puzolandır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 22

23 SİLİKA DUMANI Silis içerii eriği i %85 ile %98 arasında değişen en silika dumanı,, yanmamış kömür r kalınt ntısı olarak karbon, Fe 2 O 3, Al 2 O 3, MgO ve alkalileri de (Na 2 O ve K 2 O) kimyasal yapısında içermektedir. Silika dumanı, yoğunla unlaştırılmış silika dumanı veya mikrosilika (veya mikrosilis) olarak da adlandırılır. r. silika tozu, silika pudrası ve silika fümef me terimleri de ayrıca kullanılır. Türkiye de silis dumanı,, Antalya Eti Elektrometalurji A.Ş. tesislerinde elde edilmektedir. Ferrosilisyum ve silikoferrokrom baca tozları olarak yılly llık üretim miktarları toplam ton arasında değişmektedir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 23

24 SİLİKA DUMANI ELDE EDİLİŞİ Silis dumanı,, silisyum metali veya ferrosilisyum alaşı şımlarının n elektrik arkı fırınlarında nda yaklaşı şık k 2000 C C sıcakls caklıkta kta imalatından ortaya çıkan bir üründür. Üretim sürecinde s %95 civarında SiO 2 içeren kuvarsit, demir-çelik elik hurdası veya demir cevheri ile metalurjik koktan oluşan hammaddeler belirli oranlarda tartılıp p karış ıştırıldıktan sonra 600 kva gücündeki elektrik ark-diren direnç fırınına na sevk edilirler. Bu fırınlarda f elektrod malzemesi olarak antrasit veya ziftten oluşan söderberg hamuru kullanılır. Demir ve silisyum oksitler karbon ile indirgenerek ferrosilisyum alaşı şımı oluştururlar. Fırın F n tabanında nda biriken alaşı şım m uygun aralıklarla oluklardan alınarak kalıplarda soğutulur, PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 24

25 SİLİKA DUMANI ELDE EDİLİŞİ Elektrik arkı fırınında nda yükseltilen y sıcakls caklıkta kta silikon dioksit (SiO 2 ) indirgendiği i zaman, bir kısmı silikon monoksit (SiO( SiO) ) olarak buharlaşı şır. Bu SiO nun kapalı bir çevrimini gösterirse g de, fırın f n açık a k bir yüzeye y sahip olduğundan, undan, SiO nun belirli bir kısmk smı kaybolacaktır. Gaz fazındaki SiO havayla temas ettiğinde inde tekrar reaksiyona uğrar u ve havanın n oksijenini alarak, amorf mikroküresel resel yapıya ya sahip SiO 2 olarak yoğunla unlaşır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 25

26 SİLİKA DUMANI ELDE EDİLİŞİ Alaşı şımdaki silisyum içerii eriğine ine bağlı olarak silis dumanındaki ndaki SiO 2 miktarı da artmaktadır. r. Bu miktar silisyum metalinde %98 e ulaşı şır. Alaşı şım m türüne t göre g silis dumanındaki ndaki SiO 2 miktarları aşağıdaki gibidir. Alaşı şım m TürüT %50 ferrosilisyum %75 ferrosilisyum Metal silisyum Silisyum dumanındaki ndaki SiO 2 (%) PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 26

27 SİLİKA DUMANI PAKETLENMESİ Yoğunla unlaştırılmamış silika dumanı: Silis dumanı, çok ince taneli oluşu u ve gevşek ek birim hacim ağırlığının n azlığı nedeni ile taşı şıma, depolama ve harmanlama gibi işlemlerde i özel bir itina ister. Ayrıca boşaltma sırass rasında toz halinde etrafa kolayca yayılır. Elde edildiği i gibi toz boşaltma altma sistemlerinden toplanan bu malzemenin gevşek ek birim hacim ağıa ğırlığı kg/m 3 civarındad ndadır. (Portland( çimentosunun 1200 kg/m3).taşı şınma maliyeti oldukça a yüksektir. y Bu malzeme çoğunlukla katkılı çimento yapımında kullanılır. Bu malzeme Etibank Antalya tesislerinde 80x80x140 cm boyutlu bez torbalara konularak piyasaya verilmektedir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 27

28 SİLİKA DUMANI PAKETLENMESİ SİLİKA DUMANI PAKETLENMESİ Yoğunlaştırılmış lmış veya ssıkıştırılmış ıştırılm ış silika dumanı: Silika dumanı yüksek taşı taşıma maliyetini azaltmak amacıyla yoğunlaştırılabilir. labilir. Yoğunlaştırma silika dumanının n işleme i karakteristiğini ini geliştirir ve ve işleme i esnasındaki ndaki toz toz oluşturma miktarını azaltır. Yoğunlaştırılmış lmış silika dumanı üretimi için, i in, yoğunlaştırılmamış lmamış silika dumanı silo silo içine i ine yerleştirildikten sonra silonun içine i ine alttan basınçlı hava üflenir. Bu Bu işlem i ince ince tanelerin yapışmasına neden olur. Yoğunlaştırılmış lmış silika dumanının n gevşek ek birim hacim ağı ağırlığı ığı kg/m3 tür. ttür. Bu Bu malzeme kg kg veya kg lık torbalarda piyasaya verilmektedir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 28

29 SİLİKA DUMANI PAKETLENMESİ Sulandırılm lmış silika dumanı: Sakıncalar ncaları önlemek için i in silis dumanı su ile karış ıştırılarak bir bulamaç haline getirilmektedir. Genellikle ağıa ğırlıkça a %40-60 oranında nda su ve gerekirse akış ışkanlaştırıcı kimyasal katkılar da ilave edilir. Böylece B bulamaç halindeki silis dumanının n varillerle taşı şınması ve betona katılmas lması daha kolay ve ekonomik olmaktadır. Sulandırılm lmış silika dumanının n birim hacim ağıa ğırlığı kg/m 3 tür. Diğer bir deyişle, 1 m 3 deki katı madde miktarı yoğunla unlaştırılmamış silika dumanının n 2 katının üzerindedir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 29

30 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 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 30 30

31 SİLİKA DUMANININ KİMYASAL ÖZELLİKLERİ MgO,, S ve Alkali oksitlerin oranları da çok az olduğundan undan genellikle betonda genleşmeye yol açan a an bir sorun yaratmazlar. Ancak, bu oksitlerin oranı yükseldiğinde inde uçucu u ucu kül k bölümünde bahsedildiği i gibi, sertleşmi miş betonda zararlı genleşmelere neden olurlar. Silis dumanında nda kızdk zdırma kaybının n %85 ile 95 i i silika dumanındaki ndaki yanmamış kömür r taneciklerinden kaynaklanmaktadır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 31

32 SİLİKA DUMANI Gri Renklidir Düzgün n yüzeyli, y küreselk Tane çapı μm Yoğunlu unluğu ~2.2 g/cm 3 Özgül l yüzeyi y ila cm 2 /g PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 32

33 YÜKSEK FIRIN CURUFU metal endüstrilerinin yan ürünü PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 33

34 YÜKSEK FIRIN CURUFU Çeşitli metal endüstrilerinin yan ürünü olarak elde edilen atık maddelere curuf adı verilmektedir. Curuflar,, elde edildikleri metal endüstrisinin ana ürün n tipine ve üretim yöntemlerine y bağlı olarak birbirinden farklı kimyasal bileşenlere enlere ve özelliklere sahiptir. Örneğin, nikel ve bakır r gibi metallerin curufları yalnızca puzolanik özelliğe e sahipken, demir-çelik elik üretiminden elde edilen yüksek y fırın curuflarının (YFC) kendi başı şına bağlay layıcı olma özelliği i vardır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 34

35 YÜKSEK FIRIN CURUFU Konvansiyonel yöntemle y üretim yapan çelik endüstrisinde elde edilen curuflar kristal yapılı olup, ancak yol malzemesi veya hafif beton agregası olarak kullanımı mümkündür. Buna karşı şılık k modern yöntemlerle y çelik üretiminden elde edilen curuflar ise camsı yapıya sahip olup puzolanik özellik gösterirler. Bunları çimento ile birlikte kullanmak mümkm mkündür. Örneğin, nikel ve bakır r gibi metallerin curufları yalnızca puzolanik özelliğe e sahipken, demir-çelik elik üretiminden elde edilen yüksek y fırın curuflarının (YFC) kendi başı şına bağlay layıcı olma özelliği i vardır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 35

36 YÜKSEK FIRIN CURUFU ELDE EDİLİŞİ Yüksek fırınlarda f demir cevherinden demir elde edilirken demir cevheri yüksek y sıcaklıklarda klarda eritilmektedir. Yüksek fırınlarda f en çok kullanılan lan yakıt t türüt kok kömürüdür. k r. Yüksek fırınlarda f demir cevherinin yabancı maddelerden arıtılmas lması ve ergitmeyi kolaylaştırmak amacıyla kireçta taşı kullanılır. Demir cevheri, kok kömürük ve kireçta taşı sürekli olarak fırının f üst tarafından verilmektedir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 36

37 YÜKSEK FIRIN CURUFU ELDE EDİLİŞİ Yüksek fırında f 1500 C C sıcakls caklıkta, kta, kok kömürünün n karbonu ile demir cevherinin içindeki indeki oksitler birleşerek erek karbon monoksit ve karbon dioksit gazları şeklinde fırınıf terkederler. Fırının n içinde i inde ise eriiyik durumdaki demir ile birlikte yine eriyik durumda kireç,, kok kömürük külü,, silis, alumin ve diğer maddelerden oluşan ve curuf adı verilen malzeme kalır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 37

38 YÜKSEK FIRIN CURUFU ELDE EDİLİŞİ Eriyik malzemeler fırının f n alt tarafında toplanırlar. Fırının n alt tarafında toplanan eriyik durumdaki malzeme grubu içinde, i inde, yoğunlu unluğu u az olan curuf üstte, daha ağıa ğır r olan demir ise altta yer almaktadır. Daha sonra buradan eriyik demir ve curuf ayrı ayrı çıkışlarla dışd ışarı alınırlar. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 38

39 YÜKSEK FIRIN CURUFU ELDE EDİLİŞİ Yüksek fırından f alınan curuf 1500 C C civarında, çok yüksek y bir sıcakls caklıkta kta olduğundan undan puzolan olarak kullanılabilmesi labilmesi için i in soğutulmas utulması gerekmektedir. Uygulanan soğutma yöntemi y ve hızına h göre g yüksek ksek fırın f curufları oldukça a değişik ik yapısal karakteristikler gösterirler. g PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 39

40 YÜKSEK FIRIN CURUFU ÖZELLİKLERİ Granüle yüksek y fırın f curuflarının puzolanik özelliği i belli bir sınır s değere ere kadar, CaO/SiO 2 oranının artışı ışına bağlı olarak artmaktadır. r. Ancak, CaO miktarının çok yüksek y olması halinde granülasyon zorlaştığı ığından puzolanik özellikte azalma görülür. g r. Sabit bir CaO/SiO 2 oranı için in Al 2 O 3 miktarı artışı ise curufun puzolanik aktivitesini arttırmaktad rmaktadır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 40

41 YÜKSEK FIRIN CURUFU ÖZELLİKLERİ Curuf içinde inde %10 a kadar MgO bulunmasının n dayanıma olumsuz bir etkisi olmamaktadır. Ancak daha yüksek MgO miktarları zararlıdır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 41

42 YÜKSEK FIRIN CURUFU ÖZELLİKLERİ Oksit (%) SiO CaO 35.4 Al 2 O Fe 2 O MgO Na 2 O K 2 O Kızdırma kaybı 8.99 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN

43 YÜKSEK FIRIN CURUFU ÖZELLİKLERİ Türkiye'de çelik üretiminde yılda y yaklaşı şık k 300 bin ton çelik cürufu c atık madde olarak ortaya çıkmaktadır PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 43

44 PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜ PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 44

45 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. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 45

46 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. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 46

47 PİRİNÇ KABUĞU KÜLÜ 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 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 47 47

48 TAZE BETONA ETKİLER LERİ Azalır Artar Hiç/Az Etki Değişir Uçucu kül Curuf Silika Dumanı Doğal Puzolan Su İhtiyacı İşlenebilirlik Terleme, Ayrışma Hava miktarı Hidratasyon Isısı Priz süresi Mastarlanma Fly Ash, Slag, Pompalanabilirlik Silica Fume, and Plastik Natural büzülme Pozzolans çatlağı 48

49 SERTLEŞMİŞ BETONA ETKİLER LERİ 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 49

50 SU KİRECK RECİ PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 50

51 SU KİRECK RECİ SU KİRECİ ( HİDROLİK KİREÇ) Su kireci, içinde %10-%25 kil bulunan kalkerin pişirilmesi ile elde edilir. Bu pişirme sonunda kalkerin ayrışması ile meydana gelen kireç kilin içinde bulunan silis ve alüminle birleşir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 51

52 SU KİRECK RECİ SU KİRECİ ( HİDROLİK KİREÇ) Pişirme sonunda fırından çıkarılan kireç ufak parçalar halindedir ve daha çok CaO ile SiO 2.2CaO dan ibarettir. Bu bağlayıcı maddenin toz haline getirilmesi öğütme ile değil doğrudan doğruya kirecin söndürülmesi ile sağlanır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 52

53 SU KİRECK RECİ SU KİRECİ ( HİDROLİK KİREÇ) Bu bağlay layıcı madde 2CaO.SiO 2 karmaşı şık k bileşenini enini içinde i inde bulundurmasından ndan dolayı su içinde i inde katıla laşabilir abilir ve sertleşir. Bu nedenle kireç ve Portland çimentosu arasında bir özelliğe e sahip olan su kirecini su yapılar larında kullanma olanağı vardır. r. Yine aynı nedenden dolayı bu bağlay layıcı maddenin mekanik dayanımı (28 gündeki g basınç dayanımı 6 MPa, çekme dayanımı 0.9 MPa) ) yağlı kirecinkinden çok yüksektir. y Ayrıca kirecin kullanıld ldığı her yerde kullanılır. Ancak bu gün g n için i in pek kullanım m alanı kalmamış ıştır. Çimentonun keşfinden önce kullanılan lan bu bağlay layıcı,, günümüzde g daha çok restorasyon işlerinde i kullanılmaktad lmaktadır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 53

54 ALÇI I (CaSO(.½H O) 4 2 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 54

55 ALÇI I (CaSO4.½H2O) ALÇI (CaSO 4.½H 2 O) Alçı bilinen en eski bağlay layıcı maddelerden biridir. Eski Mısır M uygarlığı ığının n bir çok yapıtında bağlay layıcı madde olarak, Yunan ve Roma yapılar larında duvar sıvası,, renkli fresk olarak kullanıld ldığıığı bilinmektedir. XIV. YüzyY zyılda İtalya da stucco (su, alçı,, boya, mermer tozu) adı altında kullanılm lmıştır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 55 55

56 ALÇI ALÇI (CaSO 4.½H 2 O) Osmanlı devrinde ise alçı vitray tekniği i ile pencerelerde ve duvarlarda süsleme s sleme olarak uygulanmış ıştır yılındaki y Londra yangınından ndan sonra ahşap ap binaları yangından ndan koruduğu u gözlenen g alçı sıva Fransa da zorunlu hale getirilmiş ve sıva s alçısı Plaster of Paris (Paris alçısı) ismini almış ıştır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 56

57 ALÇI ALÇI (CaSO 4.½H 2 O) 1700 lerden itibaren alçıta taşı toprak ıslahında özellikle de sebze, yerfıst stığı,, pamuk, patates gibi ürünlere kalsiyum ve kükürt k sağlay layıcı gübre olarak kullanılm lmıştır. 19. yüzyy zyılda içi mekanlarda tavan süslemesi slemesi olarak kartonpiyer adı altında kullanılmaya lmaya başlanm lanmıştır PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 57 57

58 ALÇI ALÇI (CaSO 4.½H 2 O) Alçı kalsiyum sülfats lfatın çözünen ve çözünmeyen türlerinin t karışı ışımından oluşur. ur. Bu madde suyun etkisiyle donup sertleşti tiğinden, inden, hidrolik bağlay layıcılar lar sınıfından ndan bir yapı malzemesidir. Beyaz renkli, inorganik esaslı bir bağlay layıcı türü olan alçı,, su ile karış ıştırıldığında kısa k süre s içinde i inde katıla laşma özelliği i gösterir. g En eski bağlay layıcı maddelerden olan alçı artık k günümüzde g bağlay layıcı madde olarak pek kullanılmamaktad lmamaktadır. Alçı,, içine i ine başka malzeme katılmaks lmaksızın n tek başı şına kullanılır. Ancak çekme dayanımını arttırmak rmak amacıyla içine i ine lifli malzemeler katılabilir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 58

59 ALÇI ALÇI (CaSO 4.½H 2 O) Günümüzde alçı, hammadde öğütme şekli ve pişirme irme sıcakls caklığına göre çeşitli tiplerde üretilir. Kaba (adi), birinci, ekstre, şaplı (mermer), estrik alçısı, stukko alçısı,de,değişik ik tip sıva s alçılar ları (kartonpiyer, saten sıva alçılar ları,, vb.) gibi çeşitli alçı ürünleri vardır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 59

60 ALÇI Alçı Üretimi ve İnşaatta Kullanım Alanları ALÇITA ITAŞI (CaSO 4.2H 2 O) Alçı yapımında kullanılan lan alçıta taşı (jips), çoğunlukla beyaz ve yumuşak bir mineral olup, özgül l ağıa ğırlığı 2.3, sertliği i civarındad ndadır. Asitlerden etkilenmez, suda az çözünür. Türkiye'de alçıta taşı,, Burdur, Kütahya, K Ankara, Bandırma, İstanbul dolaylarında bulunmaktadır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 60

61 Alçı Üretimi CaSO 4.2H ALÇI 140 C C.2H 2 O + ısı CaSO 4.½H 2 O H 2 O Alçı,, kimyasal formülü CaSO 4.2H 2 O olan alçıta taşının(jips) n(jips) uygun sıcaklıkta kta ( C, ortalama 163 C) ısıtılarak, atmosfer basınc ncı altında kısmi k dehidratasyon işlemine uğratu ratılıp, öğütülmesi ve elenmesi ile elde edilir. Bu şekilde elde edilen alçıya β-yarımhidrat veya β alçı adı verilir ve piyasada yaygın n olarak kullanılır. Kalsinasyon (yakma) yüksek y buhar basınc ncı altında otoklavlarda gerçekle ekleştirilirse α-yarımhidrat adı verilen daha iyi kalitede bir alçı elde edilir PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 61

62 ALÇI Alçı Üretimi ve İnşaatta Kullanım Alanları ALÇI (CaSO 4.½H 2 O) β-yarımhidrat küçük k ve belirsiz kristaller içeren i boşluklu partiküllerden oluşmaktad maktadır. β -yarımhidrat yaklaşı şık k 1.25 g/cm3 yoğunlu unluğunda unda olup, en fazla 250 kgf/cm 2 basınç dayanımına na sahiptir. α -yarımhidrat partikülleri ise iri ve düzgd zgün kristal yapıda, sıkıs ve çoğunlukla saydamdır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 62

63 ALÇI Alçı Üretimi (CaSO 4 ) Sıcaklık k C nin üstüne çıkarsa alçı taşı tüm m suyunu kaybedip, anhidrit haline gelir. Ancak elde edilen toz bağlay layıcı değildir, yani priz yapmaz. Anhidrit (CaS04) 600 C C ' ye kadar ısıtılırsa çok geç priz yapan estrik alçısı elde edilir. Bu alçıya çok az (%1) potasyum sülfat, s jelatin veya şap eklenerek, özel işlemlerle i İngiliz çimentosu denilen, yapılar ların n dışıd ışında da kullanılan lan sert bir kaplama malzemesi elde edilir. İngiliz çimentosu 1-4 saat arası donar. Potasyum sülfat s donmayı hızlandırmak için i in eklenir. Basınç dayanımı yaklaşı şık k 3 MPa dır. Barok devirden kalan yapılarda suni mermer olarak bu malzeme kullanılm lmıştır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 63

64 Alçının Hidratasyonu ALÇI Alçının n en önemli özelliği hidratasyon niteliğidir. idir. Hidratasyon moleküler ler yapısına hidrat suyu almak anlamına na gelir. Alçı su ile karış ıştırılınca ısıtma ile çıkan kristal suyunu tekrar bünyesine b alarak katıla laşır. Aslında çok daha karmaşı şık k olan hidratasyon olayı aşağıdaki reaksiyonla gösterebilir: g CaSO 4.½H 2 O H 2 O CaSO 4.2H 2 O PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 64

65 Alçının Hidratasyonu ALÇI Alçının n en önemli özelliği hidratasyon niteliğidir. idir. Hidratasyon moleküler ler yapısına hidrat suyu almak anlamına na gelir. Alçı su ile karış ıştırılınca ısıtma ile çıkan kristal suyunu tekrar bünyesine b alarak katıla laşır. Aslında çok daha karmaşı şık k olan hidratasyon olayı aşağıdaki reaksiyonla gösterebilir: g CaSO 4.½H 2 O H 2 O CaSO 4.2H 2 O PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 65

66 Alçının Hidratasyonu ALÇI CaSO 4.½H 2 O H 2 O CaSO 4.2H 2 O Ancak yukarıdaki denkleme göre, g hidratasyon için in gerekli su miktarı alçının n %18.62 si ise de, çalışılabilir kıvam için i in gerekli su miktarı daha fazladır. Zira, hidratasyona katılmayan su tanecikleri alçının n içine i ine dağı ğılır. Buharlaştıktan sonra gözenekli g bir kütle k oluşur. ur. Yoğurma suyu miktarı alçının cinsine göre g değişir. ir. Kaba alçılarda larda bu oran % 75, dişçi i alçısı denilen ince alçılarda larda % 60 oranındad ndadır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 66 66

67 ALÇI ALÇI (CaSO 4.½H 2 O) Alçı günümüzde cam sanayii,, kalıpçılık, k, boya, tutkal, plastik üretimi ve ecza sanayii gibi çok çeşitli alanlarda kullanılmaktad lmaktadır. İnşaat sektöründe, inşaat alçısı,, sıva s alçısı,, perlitli sıva alçısı,, saten perdah alçısı, makina sıva alçısı, kartonpiyer alçısı,, derz dolgu alçısı gibi toz ürünlerin yanısıra ra,, içi mekanlarda ara bölme, b tavan kaplama elemanı,, alçı blok elemanı olarak kullanılmaktad lmaktadır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 67

68 ALÇI ALÇI (CaSO 4.½H 2 O) Alçıya normal su yerine, jelatinli veya tutkallı su karış ıştırılacak olursa, stukko adı verilen kurak iklimler için i in uygun sert bir yapı malzemesi elde edilir. Stukko,, renklendirilip, düzeltilip, d cilalanırsa mermere benzer, daha çok yapılar ların n içinde i inde kullanılan lan bir malzeme elde edilir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 68

69 ALÇI ALÇI (CaSO 4.½H 2 O) Alçıdan plasterboard adı verilen, tavan kaplaması ve bölme b paneli işlerinde i kullanılan lan prefabrik yapı malzemeleri üretilmektedir. Bu elemanlar alçının n iki karton veya cam tülüt esaslı tabaka arasına basınçla sıkışs ıştırılması ile elde edilirler. Bu levhaların n ses yutma yetenekleri çok iyidir. Bunların çakılmasında galvanizli çivi kullanılır, aralıklar yine alçı ile doldurulur. Karma suyuna hidrojen peroksit ve CaCl 2 katarak alçıyı gözenekli yapmak mümkm mkündür. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 69

70 ALÇI Yapı Malzemesi Olarak Alçının Özellikleri Birim hacim ağıa ğırlığı çimento esaslı yapı malzemelerine göre g daha düşüktür r (alçı sıva ~ 1000 kg/m 3 ). Bu durum yapı elemanı olarak kullanılmas lması halinde, yapı taşı şıyıcı sitemine aktarılan zati yüklerde y önemli ölçüde azalma sağlayabilmektedir. Alçının ısı iletkenlik dereceleri alçı hamurunun birim hacim ağırlığına bağlı olarak değişkenlik gösterir. g Birim hacim ağıa ğırlığı, hamura katılan alçı/su oranına na bağlıdır. Alçı hamurundaki alçı oranı fazlalaşı şıp p su oranı azaldıkça a alçının n birim hacim ağıa ğırlığı artar. Günümüzde ısı iletkenlik değerleri erleri saptandığı ığında, alçının ısı iletkenlik değerinin erinin doğal malzemeler arasında ahşaba aba çok yakın olduğu u ve diğer doğal malzemelerden daha az ısı ilettiği görülmüştür. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 70

71 ALÇI KİMYASAL (SENTETİK) ALÇILAR Doğal alçılar ların n dışıd ışında, değişik ik endüstrilerin atık k maddelerinden kimyasal (sentetik) alçı adı verilen bir tür t r alçı üretmek olanaklıdır. Ancak kimyasal bileşimleri imleri doğal alçı taşı ile aynı olmakla birlikte bunların n içinde i inde alçının özellikleri üzerinde etkili olan bazı yabancı maddeler (çeşitli( safsızl zlıklar) bulunur. Kimyasal alçılar ların n doğal alçıta taşı yerine kullanılabilmesi labilmesi için i in genellikle bu safsızl zlıkların n etkisiz hale getirilmesi gerekmektedir. Bunları etkisiz duruma getirmek için i in oldukça a pahalı yıkama veya değişik ik yöntemler y kullanılır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 71

72 ALÇI KİMYASAL (SENTETİK) ALÇILAR Örneğin, fosforik asit üretiminde, kalsiyum fosfatın n sülfs lfürik asit ile işlemi sonucu, kimyasal bileşimi imi CaSO 4.2H 2 O olan kimyasal alçı elde edilir. Gübre sanayisinin temel girdisi olan, 1 ton fosforik asit üretiminde 5 ton fosfojips çıkmaktadır. Türkiye de bu yolla yılda y 3 milyon ton atığı ığın n elde edildiği hesaplanmış ıştır. Kimyasal alçılar lar arasında fosfojips ve kömür k r ile çalışan termik santrallerin SO 2 ve SO 3 içeren baca gazlarının desülf lfürizasyonu sonucunda oluşan desülfojips en büyük b k miktarı oluşturmaktad turmaktadır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 72

73 ALÇI KİMYASAL (SENTETİK) ALÇILAR ÜRETİM SO 2 ve SO 3 gazlarının Desülf lfürizasyonu Fosforik asit üretimi NaCl üretimi Hidroflorik asit üretimi TiO2 Üretimi Borikasit üretimi Sitrik asit üretimiretimi Tartarik asit üretimi KİMYASAL ALÇI DESÜLFOJ LFOJİPS FOSFOJİPS SALTJİPS FLOROJİPS TİTANOJİPS BOROJİPS SİTROJİPS TARTOROJİPS PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 73

74 ALÇI KİMYASAL (SENTETİK) ALÇILAR FOSFOJİPS Fosforik asit büyük b k oranda fosfatlı gübre üretimi endüstrisinde kullanılmaktad lmaktadır. Apatit veya fosfat kayasına sülfürik asit etki ettirilerek fosforik asit elde etme yöntemi, y yaş yöntem adıyla yaygın n olarak kullanılmaktad lmaktadır. Ancak bu asidin yaş yöntem ile üretiminden yan ürün n olarak, sentetik ham alçı,, fosfatlı alçıta taşı,, kimyasal alçı, fosfojips gibi adlarla tanımlanan ürün n açığa ığa çıkmaktadır. Ca 10 (PO 4 ) 6 F + 10H 2 2 SO H 2 O 6H PO CaSO.2H 4 2 O + 2HF Ca 10 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 74

75 ALÇI KİMYASAL (SENTETİK) ALÇILAR DESULFOJİPS Termik santrallerde Santrallerde linyit kömürünün k n yakılmas lması sonucu sülfs lfür r bileşimli imli gazlar atmosfere bırakb rakılmakta bu durum önemli oranda çevre kirliliğine ine yol açmaktada maktadır. Kömür r ile çalışan termik santrallerin SO 2 ve SO 3 içeren baca gazlarının desülf lfürizasyonu sonucunda oluşan desülfojips en büyük b k miktarı oluşturmaktad turmaktadır. r. Baca gazları kalsiyum karbonat ya da kalsiyum hidroksit süspansiyonu spansiyonu ile işleme i sokulur. Kimyasal reaksiyon sıvıs ortamda gelişir. ir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 75

76 ALÇI KİMYASAL (SENTETİK) ALÇILAR BOROJİPS Borojips, borikasit üretiminde kolemanit mineralinin sülfirik asitte çözünd ndürülmesi sırass rasında meydana gelen atık k bir malzemedir. Borojips % civarında bor trioksit içermekte olup, jips olarak %95 saflıktad ktadır. Borik asit % oranında nda B 2 O 3 içeren kalsine kolemanitin %92.5 lik teknik sülfirik asitle çözünd ndürülmesi ile elde edilir. 2CaO.3B 2 O H 2 SO H 2 O 6H 3 BO 3 + 2(CaSO 4.2H 2 O) PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemesi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 76