mineral katkılar Paki Turgut

Transkript

1 2 mineral katkılar Paki Turgut Kaynaklar 1) Hewlett PC, Cement Admixture: uses and applications, Cement Admixture Association 2) Domone P, Illston J, Construction Materials, 4th Edition 3) Mindess S et al., Concrete, 2nd Edition 4) Hewlett P, Lea's Chemistry of Cement and Concrete, 5th Edition 5) Portland Cement Association

2 Mineral katkılar Puzolanik malzemeler Bağlayıcı malzemeler Reaktif olmayan malzemeler Taze betonun işlenebilirliğini iyileştirme Sertleşmiş betonun dayanım ve dayanıklılığını iyileştirme

3 Kalsine kil (metakolin) Silis dumanı F sınıfı uçucu kül Cüruf C sınıfı uçucu kül Kalsine şist Hidratasyonu devam eden Portland çimentosu ile etkileşerek sertleşmiş çimento hamurunun mikro-yapısını değiştirirler.

4 Puzolanik malzemeler Doğal volkanik kül İşlem görmüş volkanik kül Doğal puzolanikler Ponza Diyatomik toprak Opalin şist Camsı alümino-silikat Camsı alümino-silikat; zeolitler Camsı alümino-silikat Amorf hidrate-silikat Hidrate silikat jeli Yan-ürün puzolanikler F sınıfı uçucu kül C sınıfı uçucu kül Silis dumanı Pirinç kabuğu külü Kalsine killer Camsı alümino-silikat Camsı kalsiyum alümino-silikat Amorf silikat Amorf silikat Amorf alümino-silikat (metakolin)

5 Silis dumanı üretimi Hammaddeler Karbon-kok, kömür, odun talaşı KUVARS Ergitme fırını o Sıcaklık 2000 C Silikon metali Gaz çıkışı Filtreleme ünitesi SİLİS DUMANI Kuvars SiO + 2C = Si + 2CO 2 Kömür,kok kömürü,odun talaşından Bir kısım SiO-gaz bacadan kaçmaya çalışır ve hava ile reaksiyona girer. Açık fırın Yükleme Ön toplayıcı FeSi: Ferro-silikon metali Fan Toplama filtresi SiO-gaz + 1/2O 2 Bacada tutulan amorf SiO 2 Su içerisinde negatif elektrik yüklü (zeta potansiyeli) SiO 2'nin kimyasal olarak reaktif durumu

6

7 Yüksek fırın cürufu Cevher, kalker, kok Sıcak gaz Sıcak hava Ergiyik Cüruf Cüruf Erimiş demir su ile soğutma

8 Uçucu kül Uçucu külün kimyasal kompozisyonu, santralde yakılan kömür cinsine göre değişir.

9 10-15 mm Portland çimentosu 2 <1 m /g Doğal puzolanlar Değişken Silis dumanı <1 <15-25 Çimento hacmine göre oranları V p/v c=(1/r p)/(1/r c) 1.45 Ağırlık % Çimento C sınıfı uçucu kül 10 Kalsine kil F sınıfı uçucu kül 1 Tane boyutu, mm 0.1 Silis dumanı 0.01 Pirinç kabuğu külü < < F ve C sınıfı uçucu kül < Kalsine kil <

10 Malzeme SiO 2 Ağırlıkça % Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO Na 2 O K 2 O Karbon Volkanik cam Volkanik tüf İnce silissi toprak Uçucu kül - F sınıfı Uçucu kül - C sınıfı Silis dumanı Pirinç kabuğu külü Kalsine kil değişken değişken değişken düşük

11 S,A 2C3S + 11 H C3S2H 8 + 3CH 2C2S + 9 H C3S2H 8 + CH CSH CAH CSH CAH S,A Çok reaktif puzolanlar kullanıldığında (silis dumanı veya pirinç kabuğu külü), C3S + 2S H 3[CSH 3.5] Ca/Si oranı aşırı azalır. Puzolanlar hidratasyonu yavaşlatır, fakat dayanıklılık ve nihai dayanımı iyileştirir. Doğru puzolanlar alkali silika reaksiyonu ve sülfat saldırısı zararını azaltır, silis dumanı; F sınıfı uçucu kül ve pirinç kabuğu külü iyidir ancak C sınıfı uçucu kül şüphelidir.

12 Puzolan Yüksek fırın cürufu Silis dumanı Uçucu kül: C sınıfı Uçucu kül: F sınıfı Metakolin Tüketilen Ca(OH) mg/g Oluşan Ca(OH) miktarı (relatif) 2 Kalsine kaolin Kontrol Uçucu kül Silis dumanı Hidratasyon süresi, gün

13 Tavsiye edilen kullanım miktarları Bağlayıcı malzemenin ağırlığının, %15-40 C sınıfı %15-20 F sınıfı uçucu kül, Curuf %30-40 Silis dumanı %5-10 Kalsine kil %15-35 Metakolin %10 %15-35 Kalsine şist

14 Betonda kullanılan mineral katkıların betonun priz süresine etkileri var mıdır? Priz süresiyle ilgili ne tür önlemler alınmalı?

15 o Beton sıcaklığı C Portland çimentosu Portland çimentosu + uçucu kül Relatif basınç dayanımı %30 Pirinç k.k. %65 cüruf %15 SD %30 UK-C %30 UK-CF Kontrol 20 Portland çimentosu + cüruf Islak kür süresi, gün Islak kür süresi, gün

16 3 Ulaşılabilir boşluk hacmi, cm /g w/c=0.45 Kontrol Uçucu kül ikameli Silis dumanı ikameli Cüruf çimentosu Etkili boşluk çapı, mm

17 Betonun klor geçirgenliği (üst 25 mm de ağırlık % si olarak) Kontrol, w/c= 0.6 Kontrol %25 uçucu kül ikameli Cüruf çimentosu (%40 cüruf) %10 silis dumanı ikameli Cüruf çimentosu (%70 cüruf) Klor geçirgenliğine maruz kaldığı süre, gün

18 Sülfat saldırısı ve alkali silika reaksiyonu sonucu genleşme Kontrol Lineer genleşme % Reaksiyon süresi, ay Uçucu kül ikameli Silis dumanı ikameli Cüruf ikameli Lineer genleşme % R=(CaO-5)/Fe O 2 3 Reaksiyon süresi,gün Sülfat direnci, C sınıfı uçucu kül

19 Bu malzemeler niçin kullanılır? Özel üretimler için uygun çimento bulunmadığında yada bu çimentoların ekonomik olmaması durumunda Örneğin düşük ısılı Alkali silika reaksiyonuna direnç için Geçirgenliği azaltmak (klor girişini yavaşlatmak) Düşük segregasyonlu akışkan beton üretmek

20 Arayüzey bölgesi İri agrega (çakıl) İnce agrega Çimento hamuru BETONUN ÖZELLİKLERİ SADECE BU MALZEMELERE BAĞLI DEĞİL! İri agrega ile çimento hamuru arayüzeyi önemlidir. KOMPOZİT MALZEME BETON A G R E G A AGREGA GEÇİŞ BÖLGESİ ÇİMENTO HAMURU Geçiş bölgesi mm kalınlığında, Hidrate olmamış çimento az CSH az CH fazla Özellikler değişken %20-40 çimento hamuru hacmi

21 Arayüzey dayanımı Çimento hamuru Ara yüzey Çimento hamuru Çimento hamuru Agrega Agrega Agrega Fiziksel Etkileşim Fiziko-Kimyasal Etkileşim Mekanik Kilitlenme

22 t=120 mm Arayüzey testleri U Tipli Çelik Yükleme Kolu Çelik Mil Çelik Plaka Matris Kaya Ara Yüzey Kauçuk Conta Numunesi Sıkma Civatası Kompakt çekme numunesi Brezilya Yarma Numunesi Eksenel çekme deneyi 60 mm Matris 300 mm Kaya 30 mm Matris Agrega Üç Noktalı Eğilme Numunesi

23 Arayüzeyde kırılma tanımları Çatlak eğilmesi Agrega Yüksek performanslı betonlarda arayüz güçlendirilir (özellikle silis dumanı ile). Arayüzde silis dumanının etkisi; Agrega Matris Çatlak penatrasyonu Daha küçük çaplı taneler yardımıyla, daha iyi bir paketleme ve sonuçta porozite (boşlukları azaltma) CH yapısını CSH yapısına dönüştürme Karışımın reolojik özelliklerini iyileştirerek, içerde su kusmayı azaltma, arayüz bağ dayanımını zenginleştirme. Agrega Çatlak kaçması Matris Matris Normal betonda kırılma arayüzde gerçekleşir.