İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ Okan KARAHAN LİFLERLE GÜÇLENDİRİLMİŞ UÇUCU KÜLLÜ BETONLARIN ÖZELLİKLERİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ADANA, 2006

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ LİFLERLE GÜÇLENDİRİLMİŞ UÇUCU KÜLLÜ BETONLARIN ÖZELLİKLERİ Okan KARAHAN DOKTORA TEZİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Bu tez / / 2006 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği / Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir. İmza... İmza... İmza... Doç. Dr. Cengiz D. ATİŞ Doç. Dr. Alaettin KILIÇ Doç. Dr. İsmail H. ÇAĞATAY DANIŞMAN ÜYE ÜYE İmza... İmza... Yrd. Doç. Dr. A. Hamza TANRIKULU Yrd. Doç. Dr. Fatih ALTUN ÜYE ÜYE Bu tez Enstitümüz İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No: Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü İmza ve Mühür Bu Çalışma Çukurova Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi Tarafından Desteklenmiştir. Proje No: MMF 2004 D17 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ DOKTORA TEZİ LİFLERLE GÜÇLENDİRİLMİŞ UÇUCU KÜLLÜ BETONLARIN ÖZELLİKLERİ Okan KARAHAN ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Danışman : Doç. Dr. Cengiz Duran ATİŞ Yıl : 2006, Sayfa: 256 Jüri : Doç. Dr. Cengiz Duran ATİŞ Doç. Dr. Alaettin KILIÇ Doç. Dr. İsmail H. ÇAĞATAY Yrd. Doç. Dr. A.Hamza TANRIKULU Yrd. Doç. Dr. Fatih ALTUN Bu çalışmada Sugözü uçucu külü katkılı betonlar ile polipropilen lif ve çelik lif ile güçlendirilmiş normal ve uçucu kül katkılı betonların özellikleri araştırılmıştır. Su/bağlayıcı oranı 0.35, bağlayıcı dozajı 400 kg/m 3 olarak belirlenmiştir. Uçucu kül çimento ile kütlece %10, %15, %20, %25, %30 ve %45 ikame oranlarında yer değiştirilmiştir. 19 mm uzunluğundaki polipropilen lif hacimce %0.05, %0.10 ve %0.20 oranlarında ve 35 mm uzunluğunda ve 0.55 mm çapındaki çelik lif ise hacimce %0.25, %0.50, %1.00 ve %1.50 oranlarında normal ve %15 ve %30 uçucu kül katkılı betonlara ilave edilmiştir. Betonlar üzerinde puzolanik aktiflik, birim ağırlık, işlenebilme, basınç dayanımı, elastisite modülü, eğilme dayanımı, tokluk, yarmada çekme dayanımı, aşınma, rötre, boşluk oranı, su emme, kapiler su emme, karbonatlaşma, ultrasonik hız ve donma çözülme deneyleri yürütülmüştür. Polipropilen lifin ve artan lif oranlarında özellikle %0.05 oranından sonra betonların dayanım ve dayanıklılık özelliklerine pek bir etkisi görülmemiştir. Çelik lifin özellikle lif hacmi değişimine bağlı olarak betonun eğilme dayanımı, tokluk, yarmada çekme dayanımı, aşınma ve rötre gibi özelliklerini önemli ölçüde olumlu yönde etkilediği belirlenmiştir. Enerji tasarrufundan kaynaklanan ekonomik kazanç ve gün geçtikçe hissedilen çevreyi koruma gereği, ayrıca uçucu külün taze ve sertleşmiş betonun birtakım özelliklerini iyi yönde etkilemesi, uçucu külün lifli betonlarda kullanılmasının başlıca nedenleridir. Çalışmaların sonucunda, Sugözü uçucu külünün %30 oranlarına kadar normal ve liflerle güçlendirilmiş betonlarda mineral katkı olarak kullanılabileceği görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Polipropilen, Çelik Lif, Uçucu Kül, Lifle Güçlendirilmiş Beton I

4 ABSTRACT Ph. D THESIS PROPERTIES OF FIBER REINFORCED FLY ASH CONCRETE Okan KARAHAN DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor : Assoc. Prof. Dr. Cengiz Duran ATİŞ Year : 2006, Pages: 256 Jury : Assoc. Prof. Dr. Cengiz Duran ATİŞ Assoc. Prof. Dr. Alaettin KILIÇ Assoc. Prof. Dr. İsmail H. ÇAĞATAY Assist. Prof. Dr. A.Hamza TANRIKULU Assist. Prof. Dr. Fatih ALTUN In this study, properties of Sugözü fly ash concrete with polypropylene fiber and steel fiber reinforced normal and fly ash concrete were investigated. Waterbinder ratio and the amount of binder were kept constant as 0.35 and 400 kg/m 3, respectively. Fly ash replacement ratios were 10%, 15%, 20%, 25%, 30% and 45%. Addition of fiber ratios were 0.05%, 0.10% and 0.20% for polypropylene fiber with 19 mm length, and 0.25%, 0.50%, 1.00% and 1.50% for steel fiber with 35 mm length and 0.55 diameter. Fibers were added to a reference concrete and concrete containing 15% and 30% fly ash. Test were performed for concrete properties: pozzolanic activity, unit weight, workability, compressive strength, modulus of elasticity, flexural strength, toughness, splitting tensile strength, abrasion, drying shrinkage, porosity, water absorption, capillary water absorption, carbonation, ultrasonic velocity and freezing/thawing resistance. Polypropylene fibers were observed to have no statistically effects on strength and durability, especially polypropylene fiber addition after at 0.05%. Steel fiber positively affected the properties of concrete such as flexural strength, toughness, splitting tensile strength, abrasion and shrinkage of concretes according to fiber volume. Direct economic factors caused by energy conversation and the increasing awareness of the need to protect environment, as well as the modification of certain properties of fresh and hardened concrete were major reasons for using fly ash in fiber reinforced concrete. Test results indicated that Sugözü fly ash could be used as a mineral admixture for normal and fiber reinforced concrete up to 30% replacement level. Keywords: Polypropylene, Steel Fiber, Fly Ash, Fiber Reinforced Concrete II

5 TEŞEKKÜR Doktora tez programımın yürütülmesi esnasında, çalışmalarıma yön vererek yardım ve bilgi konusunda bana her türlü desteği sağlayan danışman hocam, sayın Doç. Dr. Cengiz Duran ATİŞ e içtenlikle teşekkürlerimi sunarım. Tez ve laboratuar çalışmalarımda yardımcı olan Öğretim Elemanı arkadaşlarımdan, başta Cahit BİLİM, Fatih ÖZCAN, Kamuran ARI, Murat ÇOBANER, Erdal UNCUOĞLU olmak üzere diğer tüm mesai arkadaşlarıma teşekkür ederim. Laboratuar çalışmalarıma destekte bulunan Beksa Çelik Kord San. ve Tic. AŞ., Polipropilen Elyaf San. ve Dış Tic. Ltd. Şti., Yapkim Yapı Kimya Sanayi AŞ. ve Adana Çimento San. T.A.Ş. firmalarına ve çalışanlarına teşekkür ederim. Tez ve laboratuar çalışmalarımı maddi olarak destekleyen Çukurova Üniversitesi Rektörlük Araştırma Fonuna teşekkür ederim. Desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen Eşim Esra KARAHAN a, biricik oğlum Ahmet KARAHAN a ve Aileme sonsuz teşekkürlerimi sunarım. III

6 İÇİNDEKİLER SAYFA NO ÖZ...I ABSTRACT...II TEŞEKKÜR... III İÇİNDEKİLER... IV ÇİZELGELER DİZİNİ... X ŞEKİLLER DİZİNİ... XIII 1. GİRİŞ Uçucu Kül Katkılı Betonlar Uçucu Küller Uçucu Küllerin Sınıflandırılması Uçucu Küllerin Fiziksel Özellikleri Uçucu Küllerin Kimyasal ve Mineralojik Özellikleri Uçucu Küllerin Puzolanik Dayanım Aktivite İndeksi Uçucu Küllerin Standartları ve Sınırları Uçucu Küllerin İkame Metotları Uçucu Küllerin Beton Özellikleri Üzerine Etkileri Su İhtiyacı ve İşlenebilirlik Priz Süresi, Hidratasyon Isısı ve Kanama Dayanım Dayanıklılık Ekonomi Uçucu Küllerin Kullanıldığı Yerler Çimento Üretimi Beton Üretimi Tuğla ve Hafif Agrega Üretimi Boşluklu Beton (Gaz Beton) Üretimi Yol, Zemin ve Baraj Uygulamalarında Polipropilen Lif Katkılı Betonlar Polipropilen Lif IV

7 Polipropilen Liflerin Sınıflandırılması Polipropilen Liflerin Performansları Polipropilen Liflerin Betona Katılışı ve Kullanım Oranları Polipropilen Lifli Betonun Teknik Özellikleri Polipropilen Liflerin Kullanım Alanları Bitüm İşlerinde Taşıyıcı Sistemlerde Saha Betonu ve Şap İşlerinde Su Yapılarında Püskürtme Sıva ve Betonlarda (Shotcrete) Boya ve Mimari Uygulamalarda Toz Ürünlerde Sıvalarda Çelik Lif Katkılı Betonlar Çelik Lif Çelik Liflerin Sınıflandırılması Çelik Liflerin Performansları Çelik Lif Beton Karışım Esasları ve Kullanım Oranları Çelik Lif Karışım Yöntemleri Çelik Lif Kullanım Oranları Çelik Lifin Beton Özellikleri Üzerine Etkileri İşlenebilirlik Enerji Yutma Kapasitesi (Tokluk) Dayanım Rötre Dayanıklılık Çelik Liflerin Kullanım Alanları Endüstriyel Zeminlerde Yapılarda Tünellerde ve Madenlerde Dış Saha Kaplamaları V

8 Panel ve Borularda Su Yapıları ve Arıtma Tesisleri ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Uçucu Küllü Betonlar Liflerle Güçlendirilmiş Betonlar Liflerle Güçlendirilmiş Uçucu Küllü Betonlar MATERYAL VE METOD Materyal Çimento Uçucu Kül Akışkanlaştırıcı Katkı Su Agrega Agrega Tane Büyüklüğü Dağılımı Agrega Birim Hacim Ağırlığı ve Su Emme Oranı Agrega Gevşek ve Sıkışık Birim Ağırlıkları Agrega Parçalanma Direnci Polipropilen Lif Çelik Lif Metod Beton Karışım Oranları Beton Üretimi ve Kürü Deneysel Çalışmalar Puzolanik Dayanım Aktivite İndeksi Tayini Birim Ağırlık Tayini İşlenebilirlik Kıvam Tayini Basınç Dayanımı Tayini Elastisite Modülü Tayini Eğilme Dayanımı Tayini Enerji Yutma Kapasitesi (Tokluk) Tayini Yarmada Çekme Dayanımı Tayini VI

9 Aşınma Kaybı Tayini Rötre Tayini Boşluk ve Su Emme Oranlarının Tayini Kapiler Su Emme Katsayısı Tayini Karbonatlaşma Derinliğinin Tayini Ultrasonik Hız Tayini Donma Çözülme Direnci Tayini BULGULAR VE TARTIŞMA Uçucu Küllü Betonların Deney Sonuçları Puzolanik Aktiflik Deney Sonuçları Birim Ağırlık Deney Sonuçları İşlenebilme Deney Sonuçları Basınç Dayanımı Deney Sonuçları Elastisite Modülü Deney Sonuçları Eğilme Dayanımı Deney Sonuçları Yarmada Çekme Dayanımı Deney Sonuçları Aşınma Kaybı Deney Sonuçları Rötre Deney Sonuçları Boşluk Oranı ve Su Emme Deney Sonuçları Kapiler Su Emme Deney Sonuçları Karbonatlaşma Deney Sonuçları Ultrasonik Hız Deney Sonuçları Donma Çözülme Deney Sonuçları Polipropilen Lifle Güçlendirilmiş Betonların Deney Sonuçları Birim Ağırlık Deney Sonuçları İşlenebilme Deney Sonuçları Basınç Dayanımı Deney Sonuçları Elastisite Modülü Deney Sonuçları Eğilme Dayanımı Deney Sonuçları Yarmada Çekme Dayanımı Deney Sonuçları Aşınma Kaybı Deney Sonuçları VII

10 Rötre Deney Sonuçları Boşluk Oranı ve Su Emme Deney Sonuçları Kapiler Su Emme Deney Sonuçları Ultrasonik Hız Deney Sonuçları Donma Çözülme Deney Sonuçları Çelik Lifle Güçlendirilmiş Betonların Deney Sonuçları Birim Ağırlık Deney Sonuçları İşlenebilme Deney Sonuçları Basınç Dayanımı Deney Sonuçları Elastisite Modülü Deney Sonuçları Eğilme Dayanımı Deney Sonuçları Enerji Yutma Kapasitesi (Tokluk) Deney Sonuçları Yarmada Çekme Dayanımı Deney Sonuçları Aşınma Kaybı Deney Sonuçları Rötre Deney Sonuçları Boşluk Oranı ve Su Emme Deney Sonuçları Kapiler Su Emme Deney Sonuçları Ultrasonik Hız Deney Sonuçları Donma Çözülme Deney Sonuçları SONUÇLAR VE ÖNERİLER Sonuçlar Puzolanik Aktiflik ile İlgili Sonuçlar Birim Ağırlık ile İlgili Sonuçlar İşlenebilme ile İlgili Sonuçlar Basınç Dayanımı ile İlgili Sonuçlar Elastisite Modülü ile İlgili Sonuçlar Eğilme Dayanımı ile İlgili Sonuçlar Enerji Yutma Kapasitesi (Tokluk) ile İlgili Sonuçlar Yarmada Çekme Dayanımı ile İlgili Sonuçlar Aşınma kaybı ile İlgili Sonuçlar Rötre ile İlgili Sonuçlar VIII

11 Boşluk Oranı ve Su Emme ile İlgili Sonuçlar Kapiler Su Emme ile İlgili Sonuçlar Karbonatlaşma ile İlgili Sonuçlar Ultrasonik Hız ile İlgili Sonuçlar Donma Çözülme Direnci ile İlgili Sonuçlar Öneriler KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ IX

12 ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA NO Çizelge 1.1. Uçucu küllerin tipik kimyasal kompozisyonları Çizelge 1.2. Uçucu küllerin mineralojik kompozisyonları Çizelge 1.3. Uçucu küller için fiziksel ve kimyasal standart sınırlar Çizelge 1.4. Uçucu küllerin beton üzerindeki etkileri Çizelge 1.5. Polipropilen liflerin teknik özellikleri Çizelge 1.6. Polipropilen lif kullanım dozajları Çizelge 1.7. Betonda bulunması gereken ince malzeme miktarı Çizelge 1.8. Betona ilave edilen maksimum lif miktarı, kg/m Çizelge 1.9. Çelik lifli betonun teknik özellikleri Çizelge 3.1. Çimentonun kimyasal ve fiziksel özellikleri Çizelge 3.2. Uçucu külün kimyasal özellikleri Çizelge 3.3. Akışkanlaştırıcının teknik özellikleri Çizelge 3.4. Karışık agrega granülometrisi ve TS 706 standart sınırları Çizelge 3.5. İnce agrega özgül ağırlık ve su emme bulguları Çizelge 3.6. İri agrega özgül ağırlık ve su emme bulguları Çizelge 3.7. Agrega sıkışık birim ağırlıkları Çizelge 3.8. Agrega gevşek birim ağırlıkları Çizelge 3.9. Agrega LA katsayısı Çizelge Polipropilen lifin teknik özellikleri Çizelge Çelik lifin teknik özellikleri Çizelge Uçucu kül katkılı beton karışım miktarları Çizelge Polipropilen lif katkılı beton karışım miktarları Çizelge Çelik lif katkılı beton karışım miktarları Çizelge Deneysel araştırma programı Çizelge Taze betonun çökme ve vebe sınıflaması Çizelge 4.1. Puzolanik dayanım aktivite değerleri Çizelge 4.2. Taze ve sertleşmiş beton birim ağırlıkları Çizelge 4.3. Vebe süreleri ve çökme değerleri Çizelge mm lik küp basınç dayanımları X

13 Çizelge mm lik küp basınç dayanımları Çizelge 4.6. Basınç dayanımlarının kontrol beton dayanımlarına oranları Çizelge 4.7. Basınç dayanımlarının 28 günlük dayanımlarına oranları Çizelge 4.8. Elastisite modülü değerleri Çizelge 4.9. Eğilme dayanımları Çizelge Eğilme dayanımlarının kontrol beton dayanımlarına oranları Çizelge Eğilme dayanımlarının 28 günlük dayanımlarına oranları Çizelge ve mm lik kirişlerin eğilme dayanımları. 122 Çizelge Yarmada çekme dayanımları Çizelge Sürtünme yolu ile aşınma kayıpları Çizelge Çarpma yolu ile aşınma kayıpları Çizelge Kuruma rötresi oranları (%) Çizelge Boşluk ve su emme oranları Çizelge Kapiler su emme katsayıları Çizelge Karbonatlaşma derinliği Çizelge Ultrasonik ses hızları Çizelge Donma çözülme kayıpları Çizelge Taze ve sertleşmiş beton birim ağırlıkları Çizelge Vebe süreleri ve çökme değerleri Çizelge mm lik küp basınç dayanımları Çizelge mm lik küp basınç dayanımları Çizelge Basınç dayanımlarının kontrol beton dayanımlarına oranları Çizelge Basınç dayanımlarının kendi kontrol beton dayanımlarına oranları Çizelge Elastisite modülü değerleri Çizelge Eğilme dayanımları Çizelge Eğilme dayanımlarının kontrol beton dayanımlarına oranları Çizelge Eğilme dayanımlarının kendi kontrol beton dayanımlarına oranları. 157 Çizelge ve mm lik kirişlerin eğilme dayanımları. 158 Çizelge Yarmada çekme dayanımları Çizelge Sürtünme yolu ile aşınma kayıpları Çizelge Çarpma yolu ile aşınma kayıpları XI

14 Çizelge Polipropilen lifli normal betonların kuruma rötresi (%) Çizelge Polipropilen lifli %15 uçucu küllü betonların kuruma rötresi (%) Çizelge Polipropilen lifli %30 uçucu küllü betonların kuruma rötresi (%) Çizelge Boşluk ve su emme oranları Çizelge Kapiler su emme katsayıları Çizelge Ultrasonik ses hızları Çizelge Donma çözülme kayıpları Çizelge Taze ve sertleşmiş beton birim ağırlıkları Çizelge Vebe süreleri ve çökme değerleri Çizelge mm lik küp basınç dayanımları Çizelge mm lik küp basınç dayanımları Çizelge Basınç dayanımlarının kontrol beton dayanımlarına oranları Çizelge Basınç dayanımlarının kendi kontrol beton dayanımlarına oranları Çizelge Elastisite modülü değerleri Çizelge Eğilme dayanımları Çizelge Eğilme dayanımlarının kontrol beton dayanımlarına oranları Çizelge Eğilme dayanımlarının kendi kontrol beton dayanımlarına oranları. 200 Çizelge ve mm lik kirişlerin eğilme dayanımları. 202 Çizelge Elastik şekil değiştirme indeksi değerleri Çizelge Tokluk değerleri Çizelge Kalıcı dayanım faktörlerine göre sınıflandırma Çizelge Yarmada çekme dayanımları Çizelge Sürtünme yolu ile aşınma kayıpları Çizelge Çarpma yolu ile aşınma kayıpları Çizelge Çelik lifli normal betonların kuruma rötresi (%) Çizelge Çelik lifli %15 uçucu küllü betonların kuruma rötresi (%) Çizelge Çelik lifli %30 uçucu küllü betonların kuruma rötresi (%) Çizelge Boşluk ve su emme oranları Çizelge Kapiler su emme katsayıları Çizelge Ultrasonik ses hızları Çizelge Donma çözülme kayıpları XII

15 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA NO Şekil 3.1. Agreganın granülometri eğrisi Şekil 3.2. Taze beton karıştırma prosedürü Şekil 3.3. Tokluk indekslerinin hesaplanması için yük-sehim eğrisi Şekil 4.1. Uçucu kül oranı ile beton birim ağırlık ilişkisi Şekil 4.2. Uçucu külün vebe süresine etkisi Şekil 4.3. Uçucu külün çökme değerine etkisi Şekil 4.4. Çökme değeri ile vebe süresi arasındaki ilişki Şekil mm lik küp basınç dayanımı-zaman ilişkisi Şekil mm lik küp basınç dayanımı-zaman ilişkisi Şekil ile 100 mm lik küp basınç dayanımları arasındaki ilişki Şekil 4.8. Silindir basınç-küp basınç dayanımları arasındaki ilişki Şekil 4.9. Gerilme-birim deformasyon diyagramları Şekil Eğilme dayanımı-zaman ilişkisi Şekil Eğilme dayanımı-basınç dayanımı arasındaki ilişki Şekil Kirişlerin eğilme dayanımları arasındaki ilişki Şekil Küp yarma ile silindir yarma dayanımları arasındaki ilişki Şekil Silindir ve küp numunelerin yarma ile basınç dayanım ilişkileri Şekil Silindir ve küp numunelerin yarma ile eğilme dayanım ilişkileri Şekil Aşınma kaybı ile uçucu kül oranının ilişkisi Şekil Aşınma kaybı basınç dayanımı ilişkisi Şekil Aşınma kaybı eğilme dayanımı ilişkisi Şekil Rötre-zaman ilişkisi Şekil Boşluk oranı su emme oranı ilişkisi Şekil Boşluk oranı basınç dayanımı ilişkisi Şekil Boşluk oranı eğilme dayanımı ilişkisi Şekil Eğilme dayanımı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi Şekil Su emme oranı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi Şekil Boşluk oranı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi Şekil Taze beton birim ağırlığının lif ve kül oranlarına göre değişimi XIII

16 Şekil Sertleşmiş beton birim ağırlığının lif ve kül oranlarına göre değişimi Şekil Polipropilen lifin ve uçucu külün vebe süresine etkisi Şekil Polipropilen lifin ve uçucu külün çökme değerine etkisi Şekil Çökme değeri ile vebe süresi arasındaki ilişki Şekil mm lik küp betonların basınç dayanımı-zaman ilişkisi Şekil mm lik küp normal beton basınç dayanımı-zaman ilişkisi Şekil mm lik küp %15 küllü beton basınç dayanımı-zaman ilişkisi Şekil mm lik küp %30 küllü beton basınç dayanımı-zaman ilişkisi Şekil mm lik küp ile 100 mm lik küp dayanımları arasındaki ilişki Şekil Silindir basınç-küp basınç dayanımları arasındaki ilişki Şekil Polipropilen lifli normal betonların gerilme-birim deformasyon eğrisi 152 Şekil %15 küllü ve lifli betonların gerilme-birim deformasyon eğrisi Şekil %30 küllü ve lifli betonların gerilme-birim deformasyon eğrisi Şekil Polipropilen lifli normal betonların eğilme dayanımı-zaman ilişkisi Şekil Polipropilen lifli %15 küllü betonların eğilme dayanımı-zaman ilişkisi155 Şekil Polipropilen lifli %30 küllü betonların eğilme dayanımı-zaman ilişkisi156 Şekil Eğilme dayanımı ile basınç dayanımı arasındaki ilişki Şekil Kirişlerin eğilme dayanımları arasındaki ilişki Şekil Silindir yarma dayanımlarına polipropilen lif ve uçucu kül etkisi Şekil Küp yarma dayanımlarına polipropilen lif ve uçucu kül etkisi Şekil Küp yarma ile silindir yarma dayanımları arasındaki ilişki Şekil Küp ve silindir numunelerin basınç ile yarma dayanım ilişkileri Şekil Küp ve silindir numunelerin yarma ile eğilme dayanım ilişkileri Şekil Sürtünme yolu ile aşınma kaybı grafiği Şekil Çarpma yolu ile aşınma kaybı grafiği Şekil Aşınma kaybı basınç dayanımı ilişkisi Şekil Aşınma kaybı eğilme dayanımı ilişkisi Şekil Polipropilen lifli normal betonların rötre-zaman ilişkisi Şekil Polipropilen lifli %15 küllü betonların rötre-zaman ilişkisi Şekil Polipropilen lifli %30 küllü betonların rötre-zaman ilişkisi Şekil Boşluk oranı polipropilen lif oranı ilişkisi XIV

17 Şekil Su emme oranı polipropilen lif oranı ilişkisi Şekil Boşluk oranı su emme oranı arasındaki ilişki Şekil Boşluk oranı basınç dayanımları arasındaki ilişki Şekil Eğilme dayanımı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi Şekil Su emme oranı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi Şekil Boşluk oranı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi Şekil Taze beton birim ağırlığının lif ve kül oranlarına göre değişimi Şekil Sertleşmiş beton birim ağırlığının lif ve kül oranlarına göre değişimi Şekil Çelik lif ve uçucu külün vebe süresine etkisi Şekil Çelik lif ve uçucu külün çökme değerine etkisi Şekil Çökme değeri ile vebe süresi arasındaki ilişki Şekil mm lik küp lifli betonların basınç dayanımı-zaman ilişkisi Şekil mm lik küp lifli normal beton basınç dayanımı-zaman ilişkisi Şekil mm lik küp lifli %15 küllü beton basınç dayanımı-zaman ilişkisi. 189 Şekil mm lik küp lifli %30 küllü beton basınç dayanımı-zaman ilişkisi. 189 Şekil mm ile 100 mm lik küp basınç dayanımları arasındaki ilişki Şekil Silindir ile küp basınç dayanımları arasındaki ilişki Şekil Çelik lifli normal betonların gerilme-birim deformasyon eğrisi Şekil Çelik lifli %15 küllü betonların gerilme-birim deformasyon eğrisi Şekil Çelik lifli %30 küllü betonların gerilme-birim deformasyon eğrisi Şekil Çelik lifli normal betonların eğilme dayanımı-zaman ilişkisi Şekil Çelik lifli %15 küllü betonların eğilme dayanımı-zaman ilişkisi Şekil Çelik lifli %30 küllü betonların eğilme dayanımı-zaman ilişkisi Şekil Eğilme dayanımı ile basınç dayanımı arasındaki ilişki Şekil Kirişlerin eğilme dayanımları arasındaki ilişki Şekil Normal betonlarda lif oranı ile değişen tokluk indeksleri Şekil %15 uçucu küllü betonlarda lif oranı ile değişen tokluk indeksleri Şekil %30 uçucu küllü betonlarda lif oranı ile değişen tokluk indeksleri Şekil Silindir yarma dayanımlarına çelik lif ve uçucu kül etkisi Şekil Küp yarma dayanımlarına çelik lif ve uçucu kül etkisi Şekil Küp ve silindir numunelerin basınç ile yarma dayanım ilişkileri XV

18 Şekil Küp ve silindir numunelerin eğilme ile yarma dayanım ilişkileri Şekil Sürtünme yolu ile aşınma kaybına çelik lif ve uçucu kül etkisi Şekil Çarpma yolu ile aşınma kaybına çelik lif ve uçucu kül etkisi Şekil Aşınma kaybı basınç dayanımı ilişkisi Şekil Aşınma kaybı-eğilme dayanımı ilişkisi Şekil Çelik lifli normal betonların rötre-zaman ilişkisi Şekil Çelik lifli %15 uçucu küllü betonların rötre-zaman ilişkisi Şekil Çelik lifli %30 uçucu küllü betonların rötre-zaman ilişkisi Şekil Boşluk oranı çelik lif oranı ilişkisi Şekil Su emme oranı çelik lif oranı ilişkisi Şekil Boşluk oranı su emme oranı arasındaki ilişki Şekil Boşluk oranı basınç dayanımları arasındaki ilişki Şekil Su emme oranı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi Şekil Boşluk oranı-kapiler su emme katsayısı ilişkisi XVI

19 1. GİRİŞ Okan KARAHAN 1. GİRİŞ Günümüzde beton üretiminde, hem maliyeti azaltmak hem de yüksek performans elde etmek amacıyla birçok araştırma yapılmaktadır. Çağımızda hızlı bir endüstrileşme ile birlikte malzeme ve enerji tasarrufuna verilen değer de artmaktadır. Bununla birlikte atık olarak doğaya terk edilen ve doğanın daha çok kirlenmesine neden olan birçok yan ürün oluşmaktadır. Bu ürünlerin birçoğunun malzeme özellikleri açısından inşaat sektöründe değerlendirilebileceği yapılan araştırmalar sonucunda belirlenmiştir. Mevcut malzemelerin geliştirilmesi ve atıl malzemelerin değerlendirilmesi, bir yandan ekonomi sağlamakta diğer yandan da çevreye verilen zararı azaltmaktadır. Ülkemizde doğayı kirletmesi ve aynı zamanda inşaat endüstrisinde kullanım olanağı açısından en iyi örnek, elektrik enerjisi elde edebilmek amacıyla kullanılan genellikle yakıt olarak kömürün kullanıldığı termik santrallerdir. Ülkemizde enerji üretiminin yarısından fazlası kömür veya linyit ile çalışan termik santrallerden karşılanmaktadır. Bu üretim sonucunda elde edilen elektrik enerjisi ile birlikte atık yan ürünler olarak ortaya uçucu kül adı verilen çok ince taneler çıkmaktadır. Ancak, bunlar ya kuru olarak atık depolarına atılmakta ya da suyla karıştırmak suretiyle kül barajlarına pompalanmaktadır. Dünyadaki uçucu kül üretimi yıllık yaklaşık 600 milyon ton Türkiye de ise uçucu kül üretimi yıllık yaklaşık 15 milyon tondur, ancak uçucu kül özellikleri hakkındaki yetersiz bilgi ve uçucu kül özelliklerinin her zaman üniform olmamasından ötürü beton endüstrisinde kullanımı oldukça düşüktür. Yinede, kimyasal kompozisyonu itibariyle betonun ana bağlayıcısı olan Portland çimentosuna oldukça benzeyen ve puzolanik özelliğe sahip olan uçucu küllerin, inşaat sektöründe çimento ve hazır betonda daha fazla kullanılması yönünde artan bir eğilim bulunmaktadır. Bu açıdan bakıldığında, uçucu küllerin çimento ve betonda kullanımının sağlanacağı yararlar, klinkerizasyon, öğütme, kurutma enerjilerinde tasarruf, ürün çeşitliliği, elde edilebilecek üstün özellikler ile maliyet üretici ve kullanıcı açısından ve çevresel bakımından yararlı olacaktır. 1

20 1. GİRİŞ Okan KARAHAN Uçucu kül kullanımı bir yandan maliyeti yüksek olan Portland çimentosundan tasarruf sağlanmasına yardım ederken, diğer taraftan da taze ve sertleşmiş beton özelliklerine olumlu katkıda bulunabilmektedir. Fakat her uçucu kül, betonda iyileştirici etkiye sahip değildir. Bu etkinlik kullanılan uçucu külün fiziksel ve kimyasal yapısına, aktivitesine, kullanım oranına ve elde edildiği termik santralin teknolojisine bağlı olarak değişmektedir. Uçucu küllerin kullanım alanları arasında; çimento üretiminde puzolanik mineral katkı maddesi ve beton içinde ikincil bağlayıcı madde olarak çimentoyla birlikte, tuğla ve yapı bloğu üretimi, suni agrega üretimi, enjeksiyon uygulamaları, dolgu malzemesi, yol inşaatlarında temel ve temel altı tabakası, zemin iyileştirmesi, atıkların stabilizasyonunda ve zirai amaçlarla kullanımları sayılabilir. Yüksek oranda uçucu kül içeren betonlar ise kütle betonlarında, silindirle sıkıştırılabilen betonlarda ve hafif beton üretiminde kullanılabilmektedir. Betonun dayanım ve dayanıklılık özelliklerini mineral ve kimyasal katkılar ile iyileştirilmesinin yanı sıra birçok lif de kullanılmaktadır. Lifler, betonun özelliklerini değiştirerek iyileştirmek amacıyla, taze beton içerisine çeşitli yöntemlerle değişik oranlarda katılan polipropilen, cam, plastik ve çelik gibi değişik malzemelerden farklı tip, özellik ve boyutlarda üretilmektedirler. Lifleri tanımlayan en önemli öğe lifin sahip olduğu mekanik özellikler ile onun sayısal bir parametre gibi ifade edilmesini sağlayan biçimsel özelikleridir. Lif tipi, uzunluğu, çapı, geometrik yapısı ve lifin çekme gerilme dayanımı önemli özelliklerindendir. Lifli betonlarda beton bileşimine giren parametreler içerisinde beton özelliklerini önemli ölçüde etkileyen faktörler narinlik oranı (lif boyu/lif çapı) ve lif miktarıdır. Ayrıca katılan liflerin karışımda homojen olarak dağılması ve karışımdan sonra bu dağılımın korunmasının sağlanması da liflerin betonun özellikleri üzerinde yapacağı iyileştirmeyi doğrudan etkilemektedir. Günümüzde betonda en yaygın olarak kullanılan lifler; çelik, polipropilen ve alkali dirençli camlardır. Genellikle beton karışımlarında kullanılan çelik liflerin narinlik oranı 50 ile 100 ve polipropilen liflerin boyları ise 12 ile 50 mm arasında değişmektedir. Betona katılma oranları çelik lifler için hacimce %0.5-%2.5 ve polipropilen lifler için ise %0.1-%0.5 arasında değişmektedir. 2