MERMER TOZU ATIĞININ BETONUN KARBONATLAŞMASINA ETKĐSĐNĐN ARAŞTIRILMASI. Cuma KARA YÜKSEK LĐSANS TEZĐ YAPI EĞĐTĐMĐ

Transkript

1 MERMER TOZU ATIĞININ BETONUN KARBONATLAŞMASINA ETKĐSĐNĐN ARAŞTIRILMASI Cuma KARA YÜKSEK LĐSANS TEZĐ YAPI EĞĐTĐMĐ GAZĐ ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ TEMMUZ 2013 ANKARA

2

3 MERMER TOZU ATIĞININ BETONUN KARBONATLAŞMASINA ETKĐSĐNĐN ARAŞTIRILMASI Cuma KARA YÜKSEK LĐSANS TEZĐ YAPI EĞĐTĐMĐ GAZĐ ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ TEMMUZ 2013 ANKARA

4 Cuma KARA tarafından hazırlanan MERMER TOZU ATIĞININ BETONUN KARBONATLAŞMASINA ETKĐSĐNĐN ARAŞTIRILMASI adlı bu tezin Yüksek lisans tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Prof. Dr. Salih YAZICIOĞLU Tez Danışmanı, Đnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı.. Bu çalışma, jürimiz tarafından oybirliği ile Yapı Eğitimi Anabilim Dalında Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir. Prof. Dr. Metin ARSLAN Đnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi.. Prof. Dr. Salih YAZICIOĞLU Đnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi.. Yrd. Doç. Dr. Osman ŞĐMŞEK Yapı Eğitimi Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi.. Tez Savunma Tarihi: 01 / 07 / 2013 Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini onamıştır. Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü.

5 TEZ BĐLDĐRĐMĐ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü kaynağa eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Cuma KARA

6 vi MERMER TOZU ATIĞININ BETONUN KARBONATLAŞMASINA ETKĐSĐNĐN ARAŞTIRILMASI (Yüksek Lisans Tezi) Cuma KARA GAZĐ ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ Temmuz 2013 ÖZET Mermer ocakları ve mermer işleme tesislerinde her yıl tonlarca mermer tozu atığı ortaya çıkmakta, bu atıkların değerlendirilmesi çevre kirliliğinin önlenebilmesi açısından önem taşımaktadır. Mermer tozu (MT) nun kullanılabilir olduğu sektörlerden biri de hazır beton sektörüdür. MT nin gerek ince agrega, gerekse çimento yerine ikame edilerek kullanılabilirliği, dayanım ve dayanıklılığı ile ilgili araştırmalar geçmişten günümüze halen sürmektedir. Bu çalışmanın amacı; farklı oranlarda MT atığı ikame edilerek üretilmiş betonlarda karbonatlaşma sonucu meydana gelen fiziksel ve mekanik değişimi belirlemektir. Çalışma sürecinde kırma taş agrega, CEM I 42,5 R çimentosu, su, süper akışkanlaştırıcı, mermer tozu ve silis dumanı kullanılmıştır. % 5, % 10, % 15 mermer tozu (MT) ikameli, % 10 silis dumanı (SD) ikameli, % 5 MT + % 10 SD, % 10 MT + % 10 SD, % 15 MT + % 10 SD ikameli ve referans (katkısız) olmak üzere aynı çökme değerine sahip sekiz tip C30 sınıfı beton üretilmiştir. Her bir katkı oranı için 3 adet 100x100x400 mm boyutlarında prizmatik, 100x100x100 mm boyutlarında altı adet küp numune hazırlanmıştır. Prizmatik betonlara 28 gün su kürü uygulanmıştır. 28. gün havuzdan çıkarılan kiriş beton örnekleri 56 gün süresince karbonatlaşma tankında bekletilmiştir. Tanktan çıkarılan örnekler üzerinde eğilme dayanımı

7 vii gerçekleştirilmiş ve karbonatlaşma derinliği ölçülmüştür. Beton örnekleri 100x100x100 mm boyutlarına getirilerek, üzerlerinde kapiler su emme ve ultrases geçiş hızı ölçümleri yapılmıştır. 3 örnek üzerinde basınç dayanımı, diğer 3 örnek üzerinde ise aşınma dayanımı deneyleri gerçekleştirilmiştir. Karbonatlaşma uygulanmamış betonlar üzerinde kapiler su emme, ultrases geçiş hızı, basınç dayanımı ve aşınma dayanımı deneyleri gerçekleştirilmiştir. Karbonatlaşmaya maruz bırakılan örnekler ile diğer örnekler karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, farklı oranlarda MT, SD ve MT + SD içeren beton örneklerinde karbonatlaşma derinliği arttıkça; ultrases hızı değerlerinin arttığı, kapilarite katsayılarının azaldığı, aşınma miktarının düştüğü ve basınç dayanımının arttığı belirlenmiştir. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Beton, Mermer Tozu, Silis Dumanı, Karbonatlaşma, Dayanım. Sayfa Adedi : 70 Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Salih YAZICIOĞLU

8 viii INVESTIGATION TO EFFECTS OF CARBONATION IN CONCRETE MADE OF MARBLE DUSTER WASTE (M.Sc. Thesis) Cuma KARA GAZĐ UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES July 2013 ABSTRACT Every year, tons of waste marble dust arise in marble quarries and marble processing plants. Evaluation of these wastes is important for the prevention of environmental pollution. One of the sectors which marble dust is available, is concrete sector. From past to present researchs on the marbledust availability of a substitute for fine aggregate or cement, strength and durability are still ongoing. this study aims is to determine the physical and mechanical variations which from occuring as a result of carbonation in concrete that produced by substituting marble dust waste at different rates. During the study period, crushed stone aggregate, CEM I 45,5 R cement, water, super plasticizer, marble dust and silica fume were used. 5 %, 10 %, 15 % marble dust (MD), 10 % silica fume (SF) 5 % MS + 10 % SF 10 % MD + 10 % SF 15 % MD + 10 % SF admixtures (without additives) to C30 class concrete with a value of eight types of the same slump are produced. The rate of contribution of each one of the 3 dimensions of 100x100x400 mm prismatic, six dimensions of 100x100x100 mm cube sample was prepared. Prismatic concrete were applied in water curing for 28 days. After 28 days the beam samples were extracted from curing. During 56 days the beams samples were incubated in the carbonation tank. On samples taken from the tank, the flexural strength

9 ix contucted and depth of carbonation measured. Concrete samples were the dimensions 100x100x100 mm. Capillary water absorption and ultrasonic pulse velocity were made on them. On the three samples were performed compressive strength, on the other three samples were performed abrasion strenght. On the concrete which not applied carbonation, were performed capillary water absorption, ultrasonic pulse velocity, compressive strength and abrasion strenght tests. Other samples were compared with samples exposed to carbonation. As a result, when the depth of carbonation in concrete samples which with different proportions MD, SF, and MD + SF increases, the speed of pulse velocity was increased; capillarity coefficient was decreased; abrasion strenght was decrease and compressive strenght was increased. Science Code : Key Words : Concrete, Marble dust, Silica fume, Carbonation, Strenght. Page Number : 70 Adviser : Prof. Dr. SalihYAZICIOĞLU

10 x TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca çok değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren hocam Prof. Dr. Salih YAZICIOĞLU na, Bölüm Başkanımız Prof. Dr. Metin ARSLAN a, tez çalışması boyunca tecrübelerinden yararlandığım sayın hocam Yrd. Doç. Dr. Osman ŞĐMŞEK e, maddi ve manevi destekleriyle beni hiçbir zaman yalnız bırakmayan fedakâr aileme ve Đlknur BEKEM e teşekkürü borç bilirim.

11 xi ĐÇĐNDEKĐLER Sayfa ÖZET... vi ABSTRACT... viii TEŞEKKÜR... x ĐÇĐNDEKĐLER... xi ÇĐZELGELERĐN LĐSTESĐ... xiii ŞEKĐLLERĐN LĐSTESĐ... xiv 1. GĐRĐŞ KURAMSAL TEMELLER VE LĐTERATÜR TARAMASI Beton Üretiminde Mineral Katkı Kullanımı Mermer tozunun betonda kullanımı Silis dumanının betonda kullanımı Betonda Karbonatlaşma MALZEME VE YÖNTEM Malzeme Çimento Agrega Mermer tozu Silis dumanı Süper akışkanlaştırıcı Yöntem Agrega deneyleri Beton karışımının hazırlanması ve beton üretimi... 29

12 xii Sayfa Betonun dökülmesi ve kürü Karbonatlaşma deneyi Sertleşmiş beton deneyleri BULGULAR VE DEĞERLENDĐRME Eğilme Dayanımı Karbonatlaşma derinliği Basınç dayanımı Aşınma dayanımı Basınç dayanımı ile aşınma dayanımı ilişkisi Kapiler su emme Basınç dayanımı ile kapiler su emme ilişkisi Ultrases geçiş hızı Basınç dayanımı ile ultrases geçiş hızı ilişkisi SONUÇ VE ÖNERĐLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMĐŞ... 69

13 xiii ÇĐZELGELERĐN LĐSTESĐ Çizelge Sayfa Çizelge 1.1. Mermer rezervinin bölgelere ve illere göre dağılımı... 5 Çizelge 2.1. Ses hızı ile beton kalitesi ilişkisi Çizelge 2.1. Zamana bağlı karbonatlaşma derinlikleri Çizelge 3.1. CEM I 42,5 R kimyasal, fiziksel ve mekanik özellikleri Çizelge 3.2. MT ve SD ye ait kimyasal özellikler Çizelge 3.3. SA katkı maddesinin bazı özellikleri Çizelge 3.4. Agrega örneklerine ait fiziksel özellikler Çizelge m 3 beton karışımına giren malzeme miktarları Çizelge 3.6. Beton kıvam sınıfları ve özellikleri Çizelge 3.7. Sodyum dikromata ait fiziksel ve kimyasal özellikler Çizelge 3.8. Deney planı... 36

14 xiv ŞEKĐLLERĐN LĐSTESĐ Şekil Sayfa Şekil 1.2. Beton geçirgenliğini etkileyen etkenler... 3 Şekil 2.1. Beton yüzeyine nüfuz eden karbondioksitin şematik gösterimi Şekil 2.2. Karbonatlaşma oluşumu Şekil 2.3. Karbonatlaşmanın şematik gösterimi Şekil 2.4. Karbonatlaşmış ve karbonatlaşmamış betonlarda ph değişimi Şekil 3.1. Deneysel Granülometri eğrisi Şekil 3.2. Karbonatlaşma tankı içinde beton örnekleri görünümü Şekil 3.3. Karbonatlaşma tankı düzeneği Şekil 3.4. Değişik tuzların nem sağlama miktarları Şekil 3.5. CO 2 tüpü Şekil 3.6. Eğilme dayanımı test düzeneği Şekil 3.7. Karbonatlaşma derinliğinin belirlenmesi Şekil 3.8. Fenolftalein çözeltisi sıkılmış beton numunesi Şekil 3.9. Ultrasonik test cihazı Şekil Kapiler su emme deney düzeneği Şekil Deney düzeneği Şekil Aşınma deney düzeneği Şekil Basınç dayanımı test cihazı Şekil 4.1. Karbonatlaşma uygulaması yapılmış beton örneklerinde eğilme dayanımı Şekil 4.2. Beton karışımlarına ait karbonatlaşma derinlikleri Şekil 4.3. Farklı beton karışımları üzerinde karbonatlaşma derinlikleri... 46

15 xv Şekil Sayfa Şekil 4.4. Beton karışımlarına ait ortalama basınç dayanımı değerleri Şekil 4.5. Karbonatlaşmaya maruz bırakılmış beton karışımlarına ait ortalama basınç dayanımı değerleri Şekil 4.6. Ortalama basınç dayanımı karşılaştırmaları Şekil 4.7. Karışımlara ait aşınma miktarları Şekil 4.8. Karbonatlaşmaya maruz bırakılmış karışımlara ait aşınma miktarları Şekil 4.9. Karbonatlaşma yapılmış ve yapılmamış beton karışımlarının aşınma miktarları Şekil Karbonatlaşma uygulanmış ve uygulanmamış örneklerde basınç dayanımı ile % ağırlık kaybı ilişkisi Şekil Karbonatlaşma uygulaması yapılmamış örneklerin kapilarite katsayısı.. 53 Şekil Karbonatlaşma uygulaması yapılmış örneklerin kapilarite katsayıları Şekil Karbonatlaşmanın beton örneklerinin kapilarite katsayıları üzerindeki etkisi Şekil Karbonatlaşma uygulanmış ve uygulanmamış örneklerde basınç dayanımı ile kapilarite katsayısı ilişkisi Şekil Beton karışımlarına ait ortalama ses hızı değerleri Şekil Karbonatlaşma uygulaması yapılmış beton örneklerinin ses hızı değerleri Şekil Ses hızı değerlerine karbonatlaşma etkisi Şekil Karbonatlaşma uygulanmış ve uygulanmamış örneklerde basınç dayanımı ile ses hızı ilişkisi... 59

16 xvi SĐMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama CaO Kalsiyum oksit CO 2 Karbondioksit SiO 2 Silisyum dioksit CaCO 3 Kalsiyum karbonat MgCO 3 Magnezyum karbonat H 2 O Ca(OH) 2 Su Kalsiyum hidroksit Kısaltmalar Açıklama CEM I SA S/B SD MT UK Portland çimentosu Süper akışkanlaştırıcı Su/bağlayıcı oranı Silis dumanı Mermer tozu Uçucu kül

17 1 1. GĐRĐŞ Temel bir yapı malzemesi olan beton, doğası bakımından diğer yapı malzemelerinden ayrılır. Betonun bir bütün olarak doğası, bileşenlerinin özelliklerinin tek tek süperpozisyonu ile elde edilemez. Beton davranışlarının önemli bir bölümü, bu bileşenlerin arasındaki etkileşimler sonucu ortaya çıkmaktadır [Şimşek, 2009a]. Beton kompozit bir yapı malzemesidir. Çimento türü, su miktarı, mineral veya kimyasal katkı türleri, agregaların fiziksel ve mekanik özellikleri betonun taze ve sertleşmiş haldeki durumunu etkilemektedir. Beton içine giren malzemelerin özelliklerinin yanı sıra; malzemelerin karıştırılması, taze betonun taşınması, dökülmesi, sıkıştırılması, yüzeyinin düzeltilmesi ve kür aşamaları da sertleşmiş betonun fiziksel ve mekanik özellikleri üzerinde etkili olmaktadır. Malzeme seçiminden ve üretim şartlarının uygun olmasından dolayı ortaya çıkan betonun kalitesi zamanla bir takım faktörler sebebiyle zarar görebilmektedir. Betonun kalitesi, dayanıklılık ve dayanım olmak üzere iki temel kavram ile ifade edilmektedir. Yapı elemanlarının ve yapı ürünlerinin işlevlerini uzun süre bozulmadan yerine getirmeleri dayanıklılık olarak adlandırılmaktadır. Basınç dayanımı yüksek olan betonlar bile zaman içerisinde maruz kaldıkları etkiler dolayısıyla dayanıklılıklarını kaybedebilmektedirler. Dayanıklılık, betona tesir eden iç ve dış etkenlerle oluşan bozulma ile azalma göstermektedir. Bu bozulmalar fiziksel etkenler, mekanik etkenler, kimyasal ve biyolojik etkenler olarak literatürde yer almaktadır (Şekil 1.1). Bu etkenler sonucunda, betonda çatlama, dökülme, kapak atma, dayanım ve rijitlik kaybı, deformasyon meydana gelmektedir. Bu olaylar ise betonun boşluk yapısını değiştirerek, gözenekliliğinde artış böylelikle de geçirimliliğin artmasına yol açmaktadır [Baradan ve Aydın, 2013].

18 Şekil 1.1. Betonun iç ve dış etkenlerle bozulması 2

19 3 Beton dayanıklılığını etkileyen olaylardan biri de kimyasal etken olan karbonatlaşmadır. Bazı zararlı kimyasal maddeler içeren atmosfer su ve beton içindeki donatı için zararlı etkileri olan bir ortam oluşturmaktadır. Betonun geçirgenliği ile beraber karbondioksit, yumuşak ve asitlik oranı yüksek sular, klorürlü sular, sülfatlı sular ve deniz suları tehlike oluşturmaktadır [Massazza,2005]. Atmosferde serbest durumda bulunan karbondioksitin nemli ortamlarda, hidrate olmuş çimento ile reaksiyona girmesi sonucu beton içerisinde karbonatlaşma adı verilen olay meydana gelmektedir [Gönen ve Yazıcıoğlu, 2004]. Betondaki karbonatlaşmanın daha az olabilmesini sağlayabilmek amacıyla yapılması gereken en önemli işlem, betonun mümkün olabildiği kadar geçirimsiz bir beton olarak üretilmesidir [Erdoğan, 2003]. Özellikle beton üretiminde karışıma giren malzemelerin özellikleri, betonu hazırlama ve sonradan uygulanan yöntemler Şekil 1.2 de görüldüğü gibi bu durumu etkilemektedir [Bekem ve ark., 2009]. Şekil 1.2. Beton geçirgenliğini etkileyen etkenler

20 4 Betonda içerisine ince taneli malzemelerinin ikame edilmesi geçirgenliği azalttığı gibi betonun fiziksel ve mekanik özelliklerini etkilemektedir. Özellikle puzolanik özellik gösteren malzemeler çimento ikamesi yapılarak tercih edilirken filler malzemeler doluluk oranını arttırmak amacıyla kullanılmaktadır. Son yıllarda atık olarak meydana çıkan malzemelerin yeniden kullanımı ve geri dönüşümü konusunda yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalarda atıklardan yeni ürünler elde edilmesi ve/veya bunların katkı maddesi olarak kullanılması amaçlanmaktadır. Atıkların yeniden kullanımı veya geri dönüşümü; sınırlı olan doğal kaynakların kullanımını azaltarak, doğanın tahrip edilmesini önlemekte, üretimde verimliliği arttırmakta ve atık depolanması sonucu oluşacak çevre problemlerini en aza indirmektedir [Şahin ve Tanyıldızı, 2011]. Bu çalışmada mineral katkı maddeleri ile beton üretimi gerçekleştirilmiştir. Puzolanik özellik gösteren malzeme olarak silis dumanı tercih edilirken, atık malzeme olarak mermer tozu kullanılmıştır. Mermer tozunun tercih edilme nedeni ülkemizde mermer rezervinin yüksek olmasıdır. Dünyanın en zengin doğal taş rezervlerinin bulunduğu Alp kuşağında yer alan Türkiye, renk ve mineral çeşitliliğine sahip mermerler açısından çok büyük bir potansiyele sahiptir. Marmara ve Ege bölgeleri basta olmak üzere, Trakya dan Doğu Anadolu ya kadar tüm coğrafi bölgelerde mermer rezervi bulunmaktadır. Maden Tetkik ve Arama (MTA) Genel Müdürlüğü tarafından yapılan araştırma ve jeolojik etüd raporlarına göre Türkiye nin mermer rezerv toplamı (görünür + muhtemel + mümkün) milyon m 3 olup, rezerv dağılımı aşağıdaki gibidir [Genç, 2004]: Görünür rezerv miktarı: 589 milyon m 3 Muhtemel rezerv miktarı: milyon m 3 Mümkün rezerv miktarı: milyon m 3 Toplam potansiyel rezerv miktarı: milyon m 3 Türkiyede ki işletilebilir mermer rezervlerinin bölgelere ve illere göre dağılımı Çizelge 1.1 de verilmiştir [DPT, 2001].

21 5 Çizelge 1.1. Mermer rezervinin bölgelere ve illere göre dağılımı Bölge Đl Đşletilebilir rezerv (m 3 ) Balıkesir Marmara Bursa Kırklareli Afyon Aydın Ege Đzmir Muğla Kütahya Uşak Eskişehir Đç Anadolu Kırşehir Niğde Ülkemizde 80 nin üzerinde değişik yapıda, 120 nin üzerinde değişik renk ve desende mermer rezervi belirlenmiştir. Uluslararası piyasada en tanınmış mermer çeşitleri; Süpren, Elazığ Vişne, Akşehir Siyah, Manyas Beyaz, Bilecik Bej, Kaplan Postu, Denizli Traverten, Ege Bordo, Milas Leylak, Gemlik Diyabaz ve Afyon Şeker dir. Uluslararası pazarda bilinen bu mermer çeşitlerimizin dışında, son dönemde kayrak taşı, dere ve deniz aşındırması ile oluşmuş çakıl taşları ve tüfler de dış ticaretimizde öne çıkan doğal taş çeşitleridir. Türk mermeri, farklı renk skalası ve kalitesiyle dünyanın pek çok ülkesinde, dünyaca tanınmış mekânlarda kullanılmaktadır [T.C. Ekonomi Bakanlığı, 2012]. Mermer ocağından blok olarak çıkarılan mermerler, mermer işleme tesislerinde kesme makineleri ile mermer plakalara dönüştürülmektedir. Mermer kesme

22 6 makinelerinde plaka haline getirilmiş mermerler, piyasada istenilen boyutlara getirilmesi (mermer karo ve fayans) amacıyla plaka kesme makineleri tarafından işlenmektedir. Ülkemizde üretilen blok mermerlerin önemli bir kısmı, gerek entegre mermer fabrikaları gerekse atölye niteliğindeki mermer işleme tesisleri tarafından plakalar haline getirilmekte ve gerek yurt içi gerekse yurt dışı talebe bağlı olarak mermer karo ve mermer fayans olarak üretilmektedir [Genç, 2004]. Türkiye de mermer işleme sektöründe üretim tesisleri; yarı mamül işleyen ve atölye tarzı üretim yapan küçük işletmelerden, entegre üretim yapan büyük işletmelere kadar geniş bir yelpazeye sahiptir. Entegre nitelikte yaklaşık 250 civarında tesis bulunmakta olup, bu tesisler başta Đstanbul olmak üzere Afyon, Đzmir, Ankara, Muğla, Bilecik illerinde faaliyet göstermektedir. Orta büyüklükteki işletmeler ve daha düşük kapasiteli çok sayıda irili ufaklı atölyeler ise tüm illere dağılmış durumdadır [Genç, 2004]. Sektörde yaklaşık 1500 adet doğal taş ocağı, fabrika ölçeğinde faaliyet gösteren 2000 kadar tesis, orta ve küçük ölçekli 9000 atölye faaliyet göstermektedir. Üretimin en fazla olduğu iller; Balıkesir, Afyon, Bilecik, Denizli ve Muğla dır. Bu bölgelerdeki üretim, tüm üretimin % 65 ini oluşturmaktadır. Ekonomik mermer yataklarının bulunduğu diğer iller ise; Bursa, Kırşehir, Çankırı, Çorum, Kastamonu, Niğde, Kayseri, Artvin, Bitlis, Erzincan, Bayburt, Sivas, Tokat, Denizli, Kütahya, Eskişehir, Diyarbakır, Elazığ, Çanakkale, Konya, Đstanbul ve Manisa dır [T.C. Ekonomi Bakanlığı, 2012]. Ocak işletmesinden üretilen mermer blokların biçilerek dilimlere ayrılması mermer kesme ve işleme tesislerinde yani mermer fabrikasında yapılır. Biçilen her mermer dilimine levha (plaka) denilmektedir. Mermer ocaklarından düzgün geometrik şekillerde mermer fabrikasına gelen bloklar çeşitli makine ve teçhizat kullanılarak kesilmekte ve kesilerek levha mermer haline gelen mermer istenilen boyutlarda küçültülerek pürüzlü yüzeyler silinerek pürüzsüz duruma getirilip parlatılmak üzere piyasaya sunulmaktadır. Mermer bloğunun mineralojik ve fiziksel özelliğine göre kesme sistemleri seçilmektedir. Genel olarak lama (testere) ve disk (daire) ile kesen

23 7 makine sistemleri olarak ikiye ayrılır. Lama (testere) ile kesen makinelere katrak denilmektedir [DPT, 1996]. Doğadan çıkarılan mermerin çevreye tahribatı hiç bir zaman ekolojik dengeyi bozacak ve canlı sağlığını etkileyecek düzeyde değildir. Öte yandan mermer blok işlenmesi su ile yapıldığı için çevreye zarar veren artık madde çıkarılmamaktadır. Çoğunlukla kalsiyum karbonat bileşiminde olan mermerlerin kesilmesi esnasında oluşan toz sudan ayrıldıktan sonra hayvan yemleri yapımı ve tarımda toprağın kalsiyum karbonatını yükseltici katkı maddesi olarak da kullanılmaktadır. Đnsan sağlığına zarar veren bir kimyasal bileşik içermemesine rağmen mermer, Türkiye'de çevre sağlığı açısından önlem alınması gereken ve çevresel etki değerlendirmesi ön araştırmasına tabii metal içermeyen kum, çakıl, taş, tuz, fosfat ve potas vb.nin de yer aldığı istihraç sanayi sınıfında bulunmaktadır. Bu durum birçok yerde yatırımı önlemektedir [DPT, 1996]. Atıkların kullanıldığı birçok alan mevcut olup kısaca şu şekilde özetlenmeleri mümkündür. Ocaktan türeyen malzeme üç şekilde kullanılabilecektir. Mevcut şekli ile her büyüklükte yol, gölet, baraj gibi yapılanmalarda dolgu ve alt yapı malzemesi olarak, kırıcılardan geçirilerek, beton sektöründe agrega olarak, çimento üretiminde katkı malzemesi olarak. Fabrikalardan türeyen malzemeler ise; CaCO 3 bakımından zengin kayaçlar mikron mertebesinde öğütülerek mikronize kalsit olarak. Kağıt Endüstrisi; Kağıt üretiminde, dolgu ve kaplama malzemesi olarak, Seramik Endüstrisi; Mermer atık tozlarının kalsinasyonu sonucu CaO elde edilerek. Sır Sırça Endüstrisi; Mermer atık tozları, saf feldspatla pişirildiğinde feldspatın 1280ºC olan erime sıcaklığını düşürerek camsı bir yapı oluşturur. Bu özellik mermer toz atıklarının sır, sırça endüstrisinde kullanımını sağlamaktadır. Boya Endüstrisi; Đnce boyutlu CaC0 3 'ın en çok tüketildiği alanlardan biridir. Ancak mermer toz atıklarının boya üretiminde kullanılabilmesi için, CaC0 3

24 8 oranının minimum % 97, ortalama tane boyutu 0.77 µ, maksimum tane boyutu ise 44 µ olması istenmektedir. Plastik Endüstrisi; Dünyada plastik ihtiyacının artması sonucu, üreticiler kaliteyi düşürmeden maliyeti azaltmak için 1970'li yıllardan itibaren dolgu malzemesi olarak kullanılmaya başlanan minerallerden birisi CaC0 3 'dır. Yapı Malzemesi Üretimi; Karo imalatında %10-12 oranında mermer tozu kullanılmaktadır. Mermer tozunun boyutunun 0,5 mm'nin altında olması istenir. Ayrıca Đtalyan teknolojisinde, bağlayıcı madde olarak çimento yerine polyester kullanılarak bloklar elde edilmekte ve yapı malzemesi olarak kullanılmaktadır. Cam Endüstrisi; Hammadde olarak CaO kullanılmaktadır. Mermer toz atıklarının kalsinasyonu ile CaO elde edilerek cam endüstrisinde değerlendirilmektedir. Metalurji ve Çelik Üretimi; Yüksek fırınlarda, çelikten fosfor ve silisin temizlenmesinde, silisli cevherlerin erime derecelerinin düşürülmesinde ve metalleri parlatma işlerinde CaC0 3 kullanılmaktadır. Kireç ve Dolomitik Kireç Üretimi; Mermer atık tozlarının kalsinasyonu sonucu, kireç ve dolomitik kireç elde edilebilmektedir. Mermer atık tozlarında, MgO oranı %5'den az ise kireç, %5'den fazla ise dolomitik kireç üretimi söz konusudur. Refrakter Tuğla Üretimi; Üretimde kullanılan mermer toz atıkları, tuğla prosesinde kalsinasyon sonucu karbondioksit kaybeder ve CaO oluşur. CaO silika tuğlada, silika tanelerinin ergime sıcaklığını düşürerek, bütünleşmeyi sağlar. Tarım Sektörü; Asidik özellik gösteren topraklara kalsiyumlu gübreler uygulanmaktadır. Bu gübrelerin üretiminde en çok tercih edilen ise CaC0 3 'dır. Yem Endüstrisi; Mermer toz atıkları tavuk yemi imalatında kullanılabilmektedir. Hava Kirliliğinde; Filtre malzemesi olarak kullanılabilmektedir,

25 9 Derz Dolgu Malzemesi (Fuga) Üretimi; Yer ve duvar seramiklerinin, doğal ve dökme taş malzemelerinin kaplanmasından sonra oluşan derz boşluklarının doldurulmasında kullanılabilmektedir [TÜMMER, 2013]. Mermer atıkları üç biçimde oluşmaktadır. Bunlardan ilki, ocak işletmelerinde blok ve moloz gibi ekonomik değeri olanlar dışında kalan atıklardır. Đkinci atık, fabrikalarda boyutlandırma ve kesme makinelerinin çalışması esnasında üretim dışında kalan parça yapısındaki atıklardır. Üçüncüsü ise taş kesme testerelerinin kesim yaparken kesme suyuna karışan mikron mertebelerinde küçük zerrelerin arıtma tesisi veya çamur havuzlarında çöktürülmek suretiyle elde edilen atıklardır [TÜMMER, 2013]. Konuyla ilgili olarak yapılmış olan bir çalışmada, mermer fabrikalarında işlenen mermerlerin ortalama % 30'unun üretim atığı olarak ortaya çıktığı belirtilmiştir. Ülkemizde yılda yaklaşık olarak ton mermer blok işlendiği düşünülürse, ton mermer tozunun değerlendirilmeden atıldığı söylenebilir [Sancak ve Şamandar, 2010]. Bu çalışmanın amacı farklı oranlarda mermer tozu ve silis dumanı ikame edilerek üretilmiş betonlarda karbonatlaşma sonucu meydana gelen fiziksel ve mekanik değişimleri belirlemektir.

26 10 2. KURAMSAL TEMELLER VE LĐTERATÜR TARAMASI Betonun birim alanında taşıyabileceği en büyük kuvvet olarak tanımlanan basınç dayanımı sertleşmiş betonun en önemli özelliklerinden biridir [Arslan, 2008]. Beton taşıyıcılığının en önemli göstergesi olan basınç dayanımı betonun diğer özellikleri ile ilişkilidir. Basınç dayanımı yüksek olan bir betonun doluluk oranı yüksek, su geçirimliliği düşük, dış faktörlere karşı dayanıklı ve aşınması az olmaktadır. Beton kalitesinin belirlenmesinde kullanılan basınç dayanımı test yönteminin yanı sıra tahribatsız yöntemler de uygulanmaktadır. Ülkemizde beton üzerinde en çok kullanılan tahribatsız test yöntemleri beton test çekici ve ultrasonik test cihazıdır. Bu testler kolay uygulanabilirliği ve ekonomik olması nedeniyle tercih edilmektedir. Tahribatsız yöntemlerden biri olan ultrasonik test cihazının kullanımı ile betonun içerisine gönderilen ses üstü dalgaların betonun bir yüzeyinden diğer yüzeyine geçme süresi ölçülmekte, ses hızı hesaplanmaktadır. Hesaplanan ses hızı ile betonun basınç dayanımı arasındaki ilişki Çizelge 2.1 e göre yaklaşık olarak tahmin edilebilmektedir [Erdoğan, 2003, Şimşek, 2012]. Çizelge 2.1. Ses hızı ile beton kalitesi ilişkisi Ses hızı (km/s) Beton kalitesi >4,5 Mükemmel 3,5-4,5 Đyi 3,0-3,5 Şüpheli 2,0-3,0 Zayıf <2,0 Çok zayıf Beton basınç dayanımı ve betonun diğer mekanik ve fiziksel özellikleri de birbiri ile ilişkilidir. Basınç dayanımı yüksek olan beton eğilme ve çekme dayanımı değerleri de yüksektir. Basınç dayanımı düşük olan betonların kapiler su emme miktarları daha fazla olmaktadır.

27 11 Basınç dayanımı yüksek olan betonlar aşınmaya karşı da dayanıklıdırlar. Yapılan deneyler sonunda aşınma miktarı 1,2 mm den küçük olan betonlar aşınma mukavemeti yüksek, 3 mm den fazla aşınan betonlar aşınmaya karşı mukavemeti zayıf olan beton olarak nitelendirilmektedir [Şimşek, 2012]. Betonun özellikleri, öncelikle betonu oluşturan malzemelerin özelliklerine ve beton karışımında kullanıldıkları miktarlara bağlıdır. Ayrıca uygulanan karıştırma, taşıma, yerleştirme, sıkıştırma perdahlama, kür yöntemi ve süresi, betonun özelliklerini etkileyen önemli faktörlerdir [Yazıcıoğlu ve ark, 2005]. Özellikle beton yerleştirilip döküldükten sonra dış etkilere maruz kalması sonucunda ortam şartlarına göre kendi içyapısında önemli değişimler meydana gelmektedir. Bu değişimlerden biri karbonatlaşmadır. Karbonatlaşma, havadaki serbest durumda bulunan karbondioksitin nemli ortamlarda, hidrate olmuş çimento ile reaksiyona girmesidir [Gönen ve Yazıcıoglu, 2003] Beton Üretiminde Mineral Katkı Kullanımı Betonun bazı özelliklerini iyileştirmek veya betona özel nitelikler kazandırmak amacıyla kullanılan ince öğütülmüş malzemeler mineral katkı olarak tanımlanmaktadır. TS EN standardında inorganik iki tip mineral katkı tarif edilmiştir, bunlar; Đnert kabul edilebilir mineral katkılar (Tip I) ve Puzolanik veya gizli hidrolik (çimento benzeri etki gösteren) mineral katkılar (Tip II) dır. Tip I mineral katkılara örnek olarak ince haldeki veya öğütülmüş kalker filleri ve kalsit filleri gösterilebilir. Bu tip katkıların bağlayıcılık özellikleri (puzolanik aktivite) yoktur ve betonda sadece boşluk doldurma etkisi gösterirler. Tip II mineral katkılara örnek olarak doğal puzolan, uçucu kül, silis dumanı (silikafüme, mikrosilika, mikrosilis), öğütülmüş yüksek fırın cürufu sayılabilir. Bu tip mineral katkıların boşluk doldurma etkisinin yanı sıra, bağlayıcılık özellikleri de bulunmaktadır [Uluöz ve ark, 2011].

28 12 Mineral katkıların beton dayanımı ve dayanıklılığına etkileri üzerine bugüne kadar pek çok çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, çimento ya da agrega ikamesi yapılarak farklı oranlarda MT ve SD kullanılmış betonların özellikleri incelenmiştir Mermer tozunun betonda kullanımı Mermer fabrikalarından üretim atığı olarak çıkan toz atıklar genellikle değerlendirilememekte, üstelik çevre kirliliği açısından da sorunlar yaratmaktadır. Mermer toz atıklarının değerlendirilmesine yönelik olarak uygulamaya sokulabilecek alternatifler, mermer fabrika işletmecilerine ve ülke ekonomisine kazançlar sağlayabileceği gibi, bu fabrikaların çevre kirletici özelliğini de önemli ölçüde azaltacaktır. Geçmişten günümüze mermer ocaklarında ve mermer işleme tesislerinde ortaya çıkan tozların değerlendirilmesi ile ilgili yapılan çalışmalar devam etmektedir. % 0, % 5, % 50 ve % 100 MT oranlarında 0,25 mm.lik elekten geçen ince malzeme ile ağırlıkça yer değiştirilerek farklı beton serileri oluşturulan bir çalışmada, kür yaşına bağlı olarak numunelerin basınç dayanımlarında meydana gelen değişimi gözleyebilmek için tüm serilerin 3, 7 ve 28 günlük basınç dayanımı değerleri de belirlenmiştir. Serilerin ultrases geçiș hızları, poroziteleri, birim ağırlıkları ve dinamik elastisite modülleri tespit edilerek, sonuçlar birbirleriyle ve basınç dayanımı değerleri ile kıyaslanmıştır. Yapılan çalışmanın sonucunda, betona 0,25 mm lik elekten geçen ince malzeme ile ikame olacak şekilde belirli oranlarda atık MT ilavesinin tüm kür yaşlarında basınç dayanımını arttırıcı etkisi olduğu gözlenmiştir [Demirel ve Yazıcıoğlu, 2010]. Karışımdaki ince malzeme ile hacimce yer değiştirmek suretiyle % 5, % 10, % 15 ve % 20 oranlarında MT ilave edilen betonların donma çözünme dayanıklılığının araştırıldığı bir çalışmada su/çimento oranlan 0,65, çimento dozajı 300 ve 350 olan örnekler üretilmiştir. Her iki çimento dozajında kontrol betonu da (MT % 0) üretilerek, tüm numuneler kalıp alındıktan 28. gün sonunda 1 hafta süre ile donmaçözülme deneyine tabi tutulmuştur. Numuneler Üzerinde su emme, ultrases hızı ve

29 13 basınç dayanımı deneyleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, MT nin betona % 5-15 oranında ince malzeme olarak ilave edilmesiyle ve çimento dozajının 350 seçilmesiyle betonun dayanımını olumlu bir şekilde arttırdığı görülmüştür [Ünal ve Uygunoğlu, 2003]. Vişne çürüğü MT nin betona, % 0, % 5, % 10, % 15, % 20, % 40 ve % 80 oranlarında, çimento ile yer değiştirilerek ilave edildiği bir araştırmada, numunelerin hazırlanmasında maksimum tane çapı 8 mm olan agrega kullanılmıştır. Basınç dayanımı ve ultrasonik ses geçirgenliği deneyleri için 100x100x100 mm ölçülerinde küp numuneler hazırlanmış, numuneler 20+2 C de 7, 28, 90 gün standart su küründe bekletilmişlerdir. ASTM C 666 ya göre donma çözülmeye maruz bırakılan numunelere, ultrasonik ses geçirgenliği hızı ve basınç dayanım deneyleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlardan bazıları, % 5 MT katkılı beton numunesinin 28. günden sonra kontrol betonuna göre dayanımı arttırdığı ve % 80 MT ilave edilen katkılı betonun donma çözülme deneyi esnasında 15. çevrim sonucunda tamamen dağıldığıdır [Şahin ve Tanyıldızı, 2011]. MT ile özel betonlarda da çeşitli araştırmalar yapıldığı görülmüştür. Kendiliğinden yerleşen betonun özellikleri üzerine MT nin etkisinin araştırıldığı bir çalışmada, MT çimento ile ağırlıkça % 5, 10, 15, 20 ve 25 oranlarında ikame edilerek kendiliğinden yerleşen beton içinde kullanılmıştır. Üretilen küp numuneler üzerinde 3, 7 ve 28 gün yaşlarında basınç dayanımı deneyi yapılmıştır. MT katkılı kendiliğinden yerleşen betonlar fiziksel ve mekanik özellikleri bakımından hem birbirleriyle hem de kontrol betonu ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, kendiliğinden yerleşen betonlar arasında en yüksek basınç dayanımı % 20 MT katkılı betonda elde edildiği, MT nin kendiliğinden yerleşen beton içinde kullanılabileceği elde edilen bulgular arasındadır [Aruntaş ve ark., 2007] Silis dumanının betonda kullanımı Silis dumanı (SD), silikon veya demirli silisyum imalatı sırasında atık olarak ortaya çıkan şekilsiz şeffaf silisyumdioksit (SiO 2 ) kürelerinden oluşan bir mineraldir. Bu

30 14 kürelerin ortalama büyüklüğü 0,5 µm altındadır [Đpek ve Yılmaz, 2009]. SD nin elektron mikroskopla analizi sonucunda, hemen hemen tamamının 0,01-0,3 µm boyutunda küresel taneciklerden oluştuğu görülür. Ortalama tane boyutu 0,1-0,2 µm arasındadır. Elek analizi ve Blaine yöntemi bu malzemelerin inceliğinin saptanmasında uygun değildir. Azot absorpsiyonu yöntemiyle (BET) saptanan özgül yüzey değerleri m 2 /kg arasındadır [Tokyay, 2013]. Çok yüksek bir özgül yüzeye sahip olup yapısındaki amorf silis oranının % 85 in üzerinde olması gibi nedenlerle puzolanik aktivitesi çok yüksek bir malzemedir [Topçu ve Uğurlu, 2006]. SD nin yoğunluğu amorf silika yoğunluğuyla (2,2 g/cm 3 ) hemen hemen aynıdır ancak, değişik alaşım üretimlerinden kaynaklanan SD lerin yoğunluklarının 3,1 g/cm3 gibi nispeten yüksek değerlere vardığı da görülmüştür [Tokyay, 2013]. SD nin hidratasyona olan etkileri fiziksel ve puzolanik etki olarak ikiye ayrılabilir. Reaktif olsun veya olmasın, bütün diğer ince mineral maddeler gibi SD de çimentonun hidratasyonunu hızlandırır. Bu durum çok ince taneciklerin çimento hidratasyonu için birer çekirdek görevi yapmalarından kaynaklanır. Öte yandan, SD nin çimentolu sitemlerdeki asıl etkileri onun puzolanik karakteriyle ilişkilidir. SD diğer puzolanik malzemelerden ayıran temel husus puzolanik tepkimelerin daha erken yaşlarda başlaması ve daha hızlı olmasıdır [Tokyay, 2013]. Değişik ölçülerde betona atılan SD fiziksel ve kimyasal yapısı sonucu taze ve sertleşmiş beton özellikleri üzerinde etkili olmakta ve bazı beton özelliklerini iyileştirmektedir. Yapılan araştırmalarda, SD nin betonda yüksek basınç dayanımı sağladığı, taze betonda terlemeyi ve ayrışmayı azalttığı, betonun hidratasyon ısısını etkilediği, priz süresini geciktirdiği, sertleşmiş betonun su geçirimliliğini, alkali silika reaksiyonunu azalttığı ve sülfatlara arşı dayanıklılık sağladığı bilinmektedir [Erdoğan, 2003; Şimşek, 2009a]. Ayrıca, SD nispeten daha koyu renkli beton elde edilmesine neden olmaktadır.

31 15 Olumlu özelliklerinin yanı sıra SD kullanımının beton üzerinde olumsuz durumlar da ortaya çıkarması mümkündür. SD kullanılarak üretilen betonların yüksek miktarda karışım suyu ihtiyacı vardır. Bunu telafi edebilmek için su azaltıcı katkılarla birlikte kullanılmaları gerekmektedir. SD çok ince taneli olduğundan ve terlemeyi azalttığından, betonun yüzeyinin düzeltilmesi işlemi daha zor olabilmektedir. SD kullanılması durumunda, daha çok miktarda plastik büzülme çatlağına yol açabilmektedir [Erdoğan, 2003]. Topçu ve Kaval a göre (2001), uygun oranda SD katılması ve süper akışkanlaştırıcı (SA) ile birlikte kullanılması sonucu yüksek kaliteli ve ekonomik beton elde edilebilmektedir. Yapılan çalışmada farklı dozajlı SD ilavesiz kontrol betonları farklı dozajlı % 5, 10 ve 15 oranında çimento yerine SD ilave edilmiş betonlar üretilmiştir. Üretilen betonların 28 günlük basınç dayanımları esas alınarak maliyet analizleri yapılmıştır. Yapılan deneylerle % 10 oranında SD, 350 ve 400 dozajlı betonlar için en uygun sonucu verdiği, 300 dozajlı betonlar için % 15 oranında SD ilavesi daha uygun olduğu elde edilen sonuçlar arasındadır [Topçu ve Kaval, 2001]. Özcan (2005), SD nin harç ve beton özelliklerine olan etkilerini belirlemek amacıyla farklı su-bağlayıcı ve SD oranları ile örnek üretimi yapmıştır. % 10, 15 ve 20 SD ilaveli harç numunelerinin basınç, eğilme ve aşınma dayanımlarının arttığı, boşluk oranı ve kapiler su emme katsayılarında şahit numuneye göre önemli oranlarda düşüş olduğu belirlenmiştir. Beton karışımlarda ise kullanılan SD, kontrol betonlarına göre basınç mukavemetinde % 50 ye varan artış gerçekleştirmiştir. SD ile üretilen harç ve betonların basınç mukavemetlerinin, kuru kür şartlarından kontrol betonlarına göre daha fazla etkilendiği görülmüştür [Özcan, 2005]. SD taze halde betonun işlenebilirliğini azaltmakta ise de, katılaşmış betonun birçok özelliğini iyileştirmektedir. Đlk üç günde SD nin basınç dayanımını arttırmada fazla etkili olmadığı anlaşılmış olup, 28. günde ise SD nin dayanımda % 50 mertebelerine varan artışlar sağladığı görülmüştür [Atiş ve ark., 2003].

32 16 Demir (2010) tarafından yapılan çalışmada, çimento yerine aynı oranlarda SD ve Uçucu kül (UK) içeren karışımların alkali silika reaksiyonu (ASR) etkisi araştırılmıştır. ASR nedeniyle oluşan genleşmenin kontrol altına alınması için kullanılan SD ve UK nın genleşme ve mekanik özellikleri üzerine etkisi belirlenmiştir. Araştırmada, SD ve UK % 0, 5, 10, 15 ve 20 oranlarında çimento yerine ikame edilmiştir. ASR etkisinde bırakılan % 0-20 ikameli SD li harçların UK lı harçlara göre % 18 daha iyi eğilme dayanımına ve basınç dayanımına sahip olduğu belirlenmiştir [Demir, 2010]. Demir (2009), çimento yerine aynı oranlarda SD ve UK ikameli betonun basınç ve yarmada - çekme dayanımlarına etkisini araştırmıştır. Puzolonik katkı olarak % 5, 10, 15, 20 ve 25 oranlarında SD ve UK çimento ile ağırlıkça yer değiştirilmiştir. Hazırlanan 7, 28 ve 90 günlük beton örneklerine basınç ve yarmada çekme deneyleri uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre SD katkılı betonların her yasta referans ve UK ikameli betonlara göre daha iyi basınç ve yarmada çekme dayanıma sahip oldukları görülmüştür. En iyi basınç ve yarmada çekme dayanımının ise her yaşta % 20 SD ikameli betonlardan elde edildiği belirlenmiştir [Demir, 2009]. Türk ve ark. (2008), dört farklı oranda (% 5, 10, 15 ve 20) SD ikameli 4 tip kendiliğinden yerleşen beton karışımı hazırlayarak, SD çimento yerine mineral katkı olarak kullanmışlardır. Sonuç olarak, bütün SD ikameli kendiliğinden yerleşen beton karışım numunelerine ait erken yaş basınç ve çekme dayanımı değerlerinin yüksek olduğu görülmüştür. Ayrıca, 28 ve 130 günlük kür süreleri için % 15 SD ikameli kendiliğinden yerleşen beton karışım numunelerine ait basınç ve çekme dayanımları en yüksek iken, % 10 SD ikameli kendiliğinden yerleşen beton karışımına ait numunelerin ise ultrases hızı değerleri en yüksek çıkmıştır. Diğer taraftan, 28. günden sonra özellikle % 20 SD ikameli kendiliğinden yerleşen beton karışım numunelerine ait basınç ve çekme dayanımı ve rölatif ultrases hızı değerlerindeki artış oldukça azalmıştır. Böylece, bu çalışmada kendiliğinden yerleşen beton karışımlarında çimento yerine fazla miktarda SD (> % 15) kullanılmasının, silis dumanlı betonlarda da sıklıkla karşılaşılan otojen rötreden dolayı beton özelliklerini genelde olumsuz etkilediği sonucuna varılmıştır [Türk ve ark., 2008].

33 17 SD ve zeolitin beraber kullanıldığı bir çalışmada, doğal zeolit çimentonun yerine ağırlıkça % 0, % 10, % 20 ve % 30 oranlarında, SD ise ağırlıkça % 8 sabit ikame oranında kullanılmış ve 7 karışım hazırlanmıştır. Üretilen 7 farklı karışımın basınç dayanımı, yarmada çekme dayanımı, basınçlı su geçirgenlikleri, kapilarite katsayıları ve su emmeleri 28. günde test edilmiştir. Deney sonuçlarına bakıldığında % 10 zeolit ve % 8 SD içeren numunelerin 28. günde en yüksek basınç dayanımı değerine ulaştığı görülmüştür [Sevim ve ark., 2011]. SD kullanımı mikro yapı fotoğrafları ile ve kimyasal analizlerle incelendiği kadarıyla, betonun içyapısında mikro düzeyde doluluğa, bağlayıcılığı artırarak düzenli bir harç yapısının oluşmasına yardımcı olduğu, ara yüzeylerde aderansın sağlanması ile mikro yapıda olumlu etkiler sağladığı bilinmektedir [Topçu ve Canbaz, 2008]. Hafif agrega ile üretilen % 10 SD katkılı ve % 30 UK katkılı betonlar kontrol betonu ile karşılaştırıldığı bir başka çalışmada, basınç dayanımı ve yarmada çekme dayanımının tüm yaşlarda en yüksek değerinin % 10 SD katkılı betonlarda olduğu görülmüştür [Yazıcıoğlu ve Bozkurt, 2006a]. Ayrıca, SD nin taşıyıcı hafif beton üretiminde de kullanılabilir olduğu yapılan çalışmalar ile desteklenmektedir. Pomza taşı ve SD katkısı ile LC25/28 sınıfında beton dayanımları elde edilmiştir [Yazıcıoğlu ve Bozkurt, 2006b]. Yüksek performanslı beton üretiminde puzolanik özelikleri nedeniyle mikron boyutunda taneciklere sahip olan UK ve SD kullanılmaktadır. Yapılan bir çalışmada, endüstriyel bir ürün olan mikrokalsit ile UK ve SD katkılı beton karışımlarında taze beton deneyleri, priz süresi, sıcaklık gelişimi, dayanım gelişimi, kırılma enerjisi, geçirimlilik ve sülfat dayanıklılığı deneyleri yapılmıştır. Mikrokalsitli betonlarda işlenebilirlik kaybı ve prizin hızlandığı görülmüştür. Erken yaş dayanım gelişimi uçucu kül ve silis dumanı katkılı betonlardan daha hızlı olmakla beraber ileri yaş dayanım değerindeki artış ve sülfat hasarına direnci düşüktür [Akkaya ve Kesler, 2012].

34 18 Başka bir çalışmada, mineral katkı maddesi olarak çimento yerine ağırlıkça % 5, % 10 ve % 15 oranlarında SD ve % 25, % 40 ve % 55 oranlarında UK kullanılarak kendiliğinden yerleşen beton üretilmiş ve taze beton özellikleri ile sertleşmiş betonların 3, 7 ve 28 günlük basınç dayanımları belirlenmiştir. SD ilavesi basınç dayanımlarında artışa yol açarken UK katkılı betonlarda dayanım azalmaları tespit edilmiştir. En yüksek basınç dayanımı değeri 88 Mpa değeri ile % 15 SD kullanılarak üretilen betonlardan elde edilmiştir [Tohumcu ve Bingöl, 2013] Betonda Karbonatlaşma Atmosferde serbest durumda bulunan CO 2, beton içerisinde fazla miktarda bulunan ve betona alkalin özellik veren Ca(OH) 2 ile reaksiyona girer. Beton yüzeyine nüfuz eden karbondioksit Şekil 2.1 de aşama aşama gösterilmektedir. Karbondioksit betonun yüzeyine temas etmekte (1), çözünme oluşmakta (2) ve karbondioksit sonra beton içine nüfuz etmektedir (3, 4) [Park, 2008].. Şekil 2.1. Beton yüzeyine nüfuz eden karbondioksitin şematik gösterimi Karbondioksit yüzeyi aşarak, beton içine erişmektedir. Karbondioksit betonun içine eriştiğinde, bir çimento hidrasyon ürünü olan kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girmektedir (Şekil 2.2) [Park, 2008].

35 19 Şekil 2.2. Karbonatlaşma oluşumu Karbondioksit ve karbon hidroksit arasındaki reaksiyon kimyasal olarak; CO2 + Ca (OH)2 CaCO3 + H2O (2.1) formülü ile ifade edilmektedir. Đlgili reaksiyon sonucu ortaya kalsiyum karbonat (CaCO3) çıkmaktadır. Karbonatlaşma sürecinin şematik gösterimi Şekil 2.3 de görülmektedir [Carboncure, 2013]. Şekil 2.3. Karbonatlaşmanın şematik gösterimi

36 20 Karbonatlaşma ile beton gözeneklerinde bulunan suyun ph ı bir miktar düşer [Kroop ve Hilsdof, 1995]. Başlangıçta betonun ph seviyesi civarında iken reaksiyon neticesinde 9 mertebesine kadar geriler (Şekil 2.4) [Massazza,2005; Gönen ve Yazıcıoğlu, 2004]. Şekil 2.4. Karbonatlaşmış ve karbonatlaşmamış betonlarda ph değişimi Karbonatlaşmanın beton üzerine en önemli zararlı etkisi, ph derecesinin azalmasıdır. Bu durum betonarme demirlerinin pasif halini bozarak korozyon hızının artmasına neden olur [Yalçın ve Gürü, 2006]. Beton karbonatlaşması, betonun geçirgenliği ve ortamdaki nem durumuna bağlıdır. Yapılan araştırmalarla karbonatlaşma oluşumuna etki eden faktörler; Boşluk suyu Bağıl nem Beton sınıfı Beton geçirgenliği Betonun korumalı olup olmadığı Paspayı kalınlığı Zaman olarak belirlenmiştir [Newman ve Choo, 2003; theconstructioncivil, 2013].

37 21 Karbonatlaşma hızı beton içine karbondioksitin difüzlenme hızına bağlıdır. Bundan dolayı olayın gelişmesi zamanla değişir. Karbonatlaşma hızı zamanla azalır fakat değişim lineer değildir. Çimento dozajı 350 kg ve su/çimento= 0,55 olan bir beton üzerinde yapılan deneylerde karbonatlaşma kalınlığının zamanla değişimi aşağıdaki gibi bulunmuştur (Çizelge 2.1) [Yalçın ve Gürü, 2006]. Çizelge 2.1. Zamana bağlı karbonatlaşma derinlikleri Zaman Karbonatlaşma derinliği 1 yıl 6 mm 5 yıl 13 mm 10 yıl 20 mm 25 yıl 30 mm Karbonatlaşma olayının meydana gelmesi için ortamda bulunan bağıl nem miktarı önemlidir. Beton gözeneklerinde karbonatlaşma % 40 - % 90 arası bağıl nemde meydana gelmektedir. Bağıl nem % 90 un üzerinde olduğunda, gözeneklere karbondioksit girmesi mümkün değildir. Bağıl nem % 40 ın altında olduğunda ise karbondioksit su içinde çözülmez. Bunun nedeni gaz halindeki karbondioksitin doğrudan karbonatlaşma reaksiyonuna girememesidir. Bazı kaynaklarda ise bağıl nem oranı % 25 ten küçük ise karbondioksitin karbonik asit haline geçmesi için beton içindeki su yeterli olmaz şeklinde ifadelere yer verildiği görülmüştür [Fibertex, 2013; Yalçın ve Gürü, 2006]. Geçmişten günümüze karbonatlaşma derinliğinin belirlenmesi için araştırmacılar tarafından karbonatlaşma katsayılarına ilişkin formüller geliştirilmiştir. Örnek olarak, dış ortamda betonarme elemanın üst yüzeyden ölçülen karbonatlaşma derinliği aşağıdaki Eş. 2.2 ile hesaplanabilmektedir [Arıoğlu ve Arıoğlu, 2005]. (2.2) d = mm olarak üst yüzeyden ölçülen karbonatlaşma derinliği,

38 22 K = Karbonatlaşma katsayısı, büyük ölçüde kullanılan betonun 28 günlük dayanımına, dış atmosfer koşuluna bağlıdır, mm/ t= Elemanın veya yapının yaşı, yıl Çeşitli iklim koşulları için farklı ülkelerde saptanmış karbonatlaşma katsayıları (Çizelge 2.2) bulunmaktadır [Arıoğlu ve Arıoğlu, 2005]. Çizelge 2.2. Farklı ülkelerde yıllara göre karbonatlaşma katsayıları Ülke Yaş-Yıl Karbonatlaşma katsayısı (mm/ ) Büyük Britanya > 25 < 25 1,0-1,6 2,2-3,6 Singapur ,5-8,6 Almanya 9 0,33-5,0 Karbonatlaşma sonucunda; Sertleşmiş çimento hamuru büzülme göstermekte, dolayısı ile betonda çatlaklar oluşmaktadır. Kalsiyum hidroksitin çözünmesi nedeniyle, betonun içerisindeki mevcut olan alkalin ortam daha düşük düzeye inmektedir. Alkalinitenin azalması ile betonda karbonatlaşmanın yer aldığı bölgelerdeki betonarme demirlerinin korozyonu daha hızlı olabilmektedir. Karbonatlaşmanın betona olumlu etkileri de bulunmaktadır. Beton dayanımında çok az bir artış meydana gelebilmektedir. Bunun nedeni, karbonatlaşma olayı sonucunda bir miktar suyun serbest kalmasıdır. Serbest kalan su, çimentoda yer alan hidratasyona yardımcı olmaktadır. Ayrıca, karbonatlaşma nedeniyle Karbonatlaşma nedeniyle oluşan CaCO3 kristalleri, çimento hamurundaki kapiler boşlukların içerisine yerleştikleri için, beton nispeten daha geçirimsiz olabilmektedir [Erdoğan, 2003].

39 23 Karbonatlaşma deneyi normal ortamda ve laboratuarlarda hızlandırılmak suretiyle iki şekilde yapılmaktadır. Genel olarak herhangi bir katkının veya beton içeriğindeki bir değişikliğin karbonatlaşma hızına veya derinliğine ne şekil etki yaptığı yönündeki araştırmalar hızlandırılmış karbonatlaşma test tekniği kullanılarak yapılmaktadır. Normal ortamdaki karbonatlaşma ise genelde o bölgenin çevre koşullarının yıllara bağlı olarak karbonatlaşmaya etkisinin incelenmesinde kullanılmaktadır [Gönen ve Yazıcıoğlu, 2004]. Yüksek miktarda çimento içeren betonların, düşük çimento içeren betonlara göre daha az karbonatlaşma meydana geldiği bilinmektedir. Karbonatlaşma olayı ile betonun boşluk miktarı birbiriyle ilişkilidir. Su/çimento oranı arttıkça boşluk artmakta ve geçirimlilik miktarı yükselmektedir. Bu durum karbonatlaşma miktarının artmasına yol açar. Beton kür edilmesi de boşluk miktarını dolayısıyla karbonatlaşma miktarını etkilemektedir. Uzun süre su kürü yapılmış betonlarda hidratasyon ürünleri boşlukları tıkar böylelikle daha az karbonatlaşma oluşur [Baradan, 2002; Özgen, 2006]. Farklı nem ortamlarındaki beton numunelerde karbonatlaşma gelişimi araştırıldığı çalışmada, numuneler özel olarak tasarlanmış hızlandırılmış karbonatlaşma deney düzeneğinde % 35, 55 ve 80 bağıl nemde ve % 40 karbondioksitli ortamda bekletilmiştir. En fazla karbonatlaşma % 55 nem ortamında, en az karbonatlaşma ise kuru bir ortam sayılabilecek olan % 35 nem ortamında gerçekleştiği görülmüştür [Gönen ve Yazıcıoğlu, 2004]. Betonun karbonatlaşma derinliğine kür etkisinin incelendiği bir çalışmada, betonun yaşı ve su/çimento oranı arttıkça karbonatlaşma derinliğinin arttığı, su içindeki ilk kür süresinin karbonatlaşma için kritik olduğu belirlenmiştir. Su kürü yapılmış ve havada kür edilmiş örnekler arasında karbonatlaşma derinliği açısından büyük fark olduğu, ama bu farkın zamanla azaldığı elde edilen bulgular arasındadır. Havada kür edilmiş örneklerin karbonatlaşma derinliğinin daha fazla olduğu görülmüştür [Lo ve Lee, 2002].

40 24 Elazığ ferrokrom cürufunun katkı maddesi olara kullanımının betondaki karbonatlaşmaya etkisinin incelendiği bir çalışmada ferrokrom cürufu öğütülüp, beton karışımı içerisine % 3, 5, 7 ve 15 oranlarında çimento ile ikame edilmiştir. Deney numuneleri % 55 bağıl nemde karbonatlaşmaya maruz bırakılmıştır. Sonuç olarak, çimento içerisinde cüruf miktarının artması ile karbonatlaşma derinliğinin arttığı saptanmıştır. Referans numune ile cüruf katkılı numuneler kıyaslandığı karbonatlaşma derinliği % 3 de % 6, % 13 de % 7 ve % 15 de % 30 daha fazladır. Ayrıca karbonatlaşma hızının tüm numunelerde deney düzeneğine göre 1 günden sonra azaldığı belirlenmiştir. Ayrıca numunelerde reaksiyona giren karbondioksit ağırlığı ile cüruf miktarı ters orantılıdır. Karbondioksit ağırlığı ile karbonatlaşma derinliği kıyaslandığında, en fazla karbondioksit miktarı referans numunede olmasına rağmen en az karbonatlaşma derinliğinin de referans numune de olduğu görülmüştür [Yazıcıoğlu ve ark., 2003]. Karbonatlaşma süreci ve betonun karbonatlaşma derinliğine etki eden faktörlerin araştırıldığı bir çalışmada, Yüksek hacimde uçucu kül içeren betonun karbonatlaşma derinliğini tahmin etmek için karbonasyon sürecine dayalı matematiksel bir model geliştirilmiştir. Normal portland çimentolu beton ve yüksek hacimde uçucu kül içeren betonlar üzerinde hızlandırılmış karbonatlaşma deneyi yapılmıştır. Karbonatlaşma derinliği test sonuçları ile kıyaslanan modelden tahmin edilmiştir. Su/çimento oranı ve çimento içeriği yüksek hacimde uçucu kül içeren betonun karbonatlaşma derinliğine en çok etki eden faktörler olarak belirlenmiştir. Geliştirilen model karbonatlaşma derinliğini tahmin etmek için kullanılabilmektedir [Jiang ve ark., 2000]. Uçucu kul (UK) ikamesinin beton karbonatlaşma derinliğine olan etkisinin belirlemek amacıyla % 0, % 5, % 10, % 20 ve % 30 oranlarında UK ikameli beton numuneleri hazırlanan bir çalışmada, karot numuneler üzerinde hızlandırılmış karbonatlaşma, boşluk oranı ve basınç dayanımı deneyleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan değerlendirmeler sonucunda; UK ikame oranına ve zamana bağlı olarak karbonatlaşma derinliği değerlerinin değiştiği, en fazla karbonatlaşmanın % 30 UK ikameli betonlarda, en az karbonatlaşmanın ise referans betonlarda meydana geldiği,

41 25 referans betonda % 30 UK ikameli betonlara göre % 31 oranında daha az karbonatlaşmanın oluştuğu görülmüştür [Subaşı ve ark., 2011]. Subaşı ve Arslan (2008), kalıp yüzey özelliklerinin betonun karbonatlaşması üzerine etkilerinin araştırıldığı çalışmada; sarıçam, karakavak, çelik sac ve kontrplak kullanarak perde duvar kalıbı hazırlanmıştır. Kontrplak yüzeyli olarak hazırlanan 4 adet kalıptan 3 tanesinin yüzeyine drenaj kanal ve delikleri açılarak kalıp yüzeyleri farklı geotekstil astarlarla kaplanmıştır. Beton dökümü gerçekleştirildikten 28 gün sonra kalıplar sökülerek beton bloklar 6 yıl boyunca atmosfer şartlarına maruz bırakılmıştır. Daha sonra beton bloklardan alınan karot örnekler üzerinde karbonatlaşma derinliği ve farklı derinliklerden alınan toz örnekler üzerinde ise ph değerleri ölçülmüştür. Sonuç olarak; Drenajlı-astarlı kalıplara dökülmüş betonların, sarıçam, karakavak, çelik sac ve kontrplak kalıba dökülen betonlara göre daha az karbonatlaşma miktarına sahip olduğu. SB-20 geotekstil astarla kaplı olan drenajlı kalıba dökülen betonun en az karbonatlaşma derinliğine sahip olduğu, en fazla karbonatlaşma miktarının çelik sac yüzeyli kalıba dökülen betonda oluştuğu görülmüştür [Subaşı ve Arslan, 2008]. Küresel iklim değişikliği karbonatlaşmadan kaynaklanan beton korozyonunu ve uzun vadede karbonatlaşma derinliğinin daha fazla artacağı düşünülmektedir. Talukdar ve ark. a göre, iklim değişikliği 2000 li yıllarda inşa edilen beton yapıların dayanıklılığını çok etkilemese de, yaklaşık 30 yıl sonra gerçek etkileri ortaya çıkacaktır açıklamasını yapmışlardır [Talukdar ve Banthia, 2013].

42 26 3. MALZEME VE YÖNTEM 3.1. Malzeme Bu çalışmada, CEM I 42,5 R çimentosu, Kırşehir yöresi kırmataş agrega, süper akışkanlaştırıcı (SA), atık mermer tozu (MT), silis dumanı (SD) ve şehir şebeke suyu kullanılmıştır Çimento Çalışma sürecinde Limak Ankara çimento fabrikası ürünü olan CEM I 42,5 R çimentosu kullanılmıştır. Çimentoya ait özellikler Çizelge 3.1 de görülmektedir [Limak, 2012]. Çizelge 3.1. CEM I 42,5 R kimyasal, fiziksel ve mekanik özellikleri Analiz Oksit Değer Analiz Deneyler Değer Kimyasal (%) CaO 63,50 Özgül yüzey, cm 2 /g 3320 Al 2 O 3 5,35 Hacim Genleşme, mm 1,2 Fe 2 O 3 3,30 Su ihtiyacı, gr 28,5 Fiziksel SiO 2 20,41 Yoğunluk, g/cm 3 3,12 SO 3 2,93 Priz baş. sür., dak 163 MgO 1,65 Priz bit. sür., dak. 240 Na 2 O 0,15 Gün MPa Cl 0, gün 28,2 Mekanik K 2 0,71 7. gün 42,7 HCl 0, gün 51, Agrega Beton karışımında kullanılan agrega kırmataş olup, Kırşehir Kaman da bulunan taş ocağından temin edilmiştir.

43 Mermer tozu Karışımda kullanılan atık MT Kırşehir Kaman da bulunan ARP granit ve mermer işletmesine ait çökelti havuzundan alınmıştır. Mermerin kesimi esnasında su kullanıldığı için MT, çamur halinde temin edilmiştir. Toplama havuzundan çıkarılan çamur halindeki MT etüvde ºC de kurutulmuştur. Tane yoğunluğu 2,73 g/cm 3 olan MT 0,125 mm lik elekten elenmiş ve elekten geçen malzeme kullanılmıştır Silis dumanı Karışımda kullanılan silis dumanı Antalya Etibank Elektrometalürji Đşletmesi nden temin edilmiştir. SD ye ait tane yoğunluğu 2,32 g/cm 3 tür. MT ve SD kimyasal özellikleri Çizelge 3.2 de verilmiştir. Çizelge 3.2. MT ve SD ye ait kimyasal özellikler Oksit SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO SO 3 MT 39,40 15,20 7,65 34,20 0,65 - SD 81,40 4,47 1,40 0,82 1,48 1, Süper akışkanlaştırıcı Katkı maddesi olarak kullanılan Polikarboksilik Eter Esaslı süper akışkanlaştırıcı (SA) dır. Katkı maddesinin bazı özellikleri Çizelge 3.3 de verilmiştir [Bassf, 2009]. Çizelge 3.3. SA katkı maddesinin bazı özellikleri Malzeme yapısı Analiz değerleri Renk Kahverengi Yoğunluk 1,082-1,142 kg/litre Klor içeriği % TS EN < 0,1 Alkali içeriği % TS EN < 3

44 Yöntem Çalışmanın gerçekleştirilmesi amacıyla agregalara ait fiziksel özellikler belirlenerek, beton karışımı hazırlanmıştır. Beton üretimi sırasında slamp deneyi yapılmıştır. Beton dökümü için prizmatik ve küp kalıplar kullanılmıştır. Kür ve karbonatlaşma uygulaması sonrasında, sertleşmiş beton deneyleri gerçekleştirilmiştir. Kullanılan yöntemler agrega deneyleri, beton karışımının hazırlanması ve beton üretimi, beton dökülmesi ve kürü, karbonatlaşma uygulaması, sertleşmiş beton deneyleri olmak üzere beş aşamadan oluşmaktadır. Numunelerin hazırlanması, karbonatlaşma uygulaması ve beton deneyleri için Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü beton laboratuarları kullanılmıştır Agrega deneyleri Kırmataş agregalara ait tane dağılımı TS 706 EN A1 Beton agregaları ve TS 3530 EN Agregaların Geometrik Özellikleri Đçin Deneyler Bölüm 1: Tane Büyüklüğü Dağılımı Tayini - Eleme Metodu standardında belirtilen esaslara uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Agrega tane dağılımı eğrisi Şekil 3.1 de görülmektedir. Şekil 3.1. Deneysel Granülometri eğrisi

45 29 Đri ve ince agreganın birim hacim ağırlıkları TS EN Agregaların Mekanik ve Fiziksel Özellikleri Đçin Deneyler Bölüm 6: Tane Yoğunluğu ve Su Emme Oranının Tayini standardında belirtilen esaslara uygun olarak gerçekleştirilmiştir (Çizelge 3.4). Çizelge 3.4. Agrega örneklerine ait fiziksel özellikler Fiziksel özellik Tane Yoğunluğu (g/cm³) Su Emme Oranı (%) Agrega gurubu Deney sonucu 0-4 2, , , , , , Beton karışımının hazırlanması ve beton üretimi Betonların karışım hesabı TS 802 Beton Karışımı Hesap Esasları ve TS EN Beton- Bölüm 1: Özellik, Performans, Đmalat ve Uygunluk standartlarına uygun olarak belirlenmiştir. Karışımların beton sınıfı C30 olup, SA bağlayıcı miktarının % 1 i kadar kullanılmıştır. Farklı oranlarda MT, SD ve MT+SD çimento ile ikame edilmiştir. Referans, % 5 MT, % 10 SD, % 5 MT + % 10 SD, % 10 MT, % 10 MT + % 10 SD, % 15 MT, % 15 MT + % 10 SD olmak üzere toplam 8 farklı beton karışımı hazırlanmıştır. Silis dumanı ve silis alaşımlı katkılarının birlikte kullanılması ile edilen yüksek dayanımlı betonlarda silis dumanı katkısı çimentonun ağırlıkça % 10 u civarındadır [Şimşek, 2009a]. Bu nedenle silis dumanı ikame oranı % 10 tercih edilmiştir. Karışımlar hazırlanırken çökme değerleri S2 kıvam sınıfı olacak şekilde sabit tutulmuştur. Her bir tür için beton karışımına giren 1 m 3 lük malzeme miktarları Çizelge 3.5 de verilmiştir.

46 30 Çizelge m 3 beton karışımına giren malzeme miktarları Malzemeler Referans % 10 SD % 5 MT % 5 MT + % 10 SD Çimento (kg) MT (kg) SD (kg) Su (lt) SA (kg) 3,4 3,4 3,4 3,4 Agrega (kg) SLAMP 8 8,5 8,5 8 Malzemeler % 10 MT % 15 MT % 10 MT + % 10 SD % 15 MT + % 10 SD Çimento (kg) MT (kg) SD (kg) Su (lt) ,5 212,5 225 SA (kg) 3,4 3,4 3,4 3,4 Agrega (kg) SLAMP 8,3 8,5 8 8,5 Karışım için gerekli malzemelerin hepsi laboratuar tipi beton mikserinde TS 1247 Beton Yapım, Döküm Ve Bakım Kuralları (Normal Hava Şartlarında) standardında belirtilen şekilde sabit hızla karıştırılmıştır. TS EN Beton- Taze Beton Deneyleri- Bölüm 2: Çökme (Slamp) Deneyi standardına göre Taze betonun çökme miktarı belirlenmiştir. Tüm beton gruplarında beton çökme değerinin 8-8,5 cm olması su miktarı değiştirilerek sağlanmıştır.

47 31 Küçük kürecikler halindeki silis dumanı taneleri daha büyü çimento tanelerinin arasındaki su ile yer değiştirerek granülometriyi iyileştirirler ve tanelerin ıslanması gereken çok büyük toplam yüzey alanı nedeniyle su gereksinimi artmıştır. Sabit çökmeyi sağlamak için su ilavesi gereklidir veya akışkanlık kazandırıcı kimyasal katkı maddesi kullanılmalıdır [Şimşek, 2009a]. TS EN Beton- Bölüm 1: Özellik, Performans, Đmalat ve Uygunluk standardına göre taze betonun çökme sınıfı mm aralığında olduğu için S2 sınıfındadır (Çizelge 3.6). Çizelge 3.6. Beton kıvam sınıfları ve özellikleri Sınıf Slamp değeri (mm) Özelliği S Su miktarı çok az, vibrasyonla özenli ve kuvvetli bir şekilde yerleştirilmediği taktirde betonda boşluklar kalır. S Vibrasyonla sıkıştırmaya elverişli, betonarme yapılar için uygun. S Donatının fazla sık olması halinde seçilir. Su miktarı fazla, vibrasyonla S sıkıştırmaya elverişli değil, çok sık donatı bulunması halinde kullanılmasına izin verilir Betonun dökülmesi ve kürü TS 1247 Beton Yapım, Döküm ve Bakım Kuralları (Normal Hava Koşullarında) standardında belirtilen esaslara uygun olarak betonun kalıplara dökümü, yerleştirilmesi ve sıkıştırılması gerçekleştirilmiştir. Taze beton karışımı 100x100x400 mm boyutlarında prizmatik ve 100x100x100 mm boyutlarındaki küp kalıplara dökülmüştür. Kalıp yüzeyleri yağlandıktan sonra, taze beton yerleştirme işlemi üç aşamada şişleme çubuğu ile 25 vuruş olacak şekilde

48 32 gerçekleştirilmiş ve yüzeyi düzeltilmiştir. Ertesi gün kalıptan çıkarılan beton örnekleri TS 1247 Beton Yapım, Döküm ve Bakım Kuralları (Normal Hava Koşullarında) standardında belirtilen esaslara uygun olacak şekilde 28. güne kadar kür havuzunda bekletilmişlerdir Karbonatlaşma deneyi Kür havuzunda 28 gün bekleyen prizmatik beton örnekleri 14 gün süre ile laboratuar ortamında bekletilmiştir. Bekleme sonrası, beton örnekleri karbonatlaşma uygulamasının yapılması içine tank içine yerleştirilmiştir. Belirli aralıklarla yerleştirilen beton örneklerinin hiçbir yüzeyi birbirine değmemektedir (Şekil 3.2). Şekil 3.2. Karbonatlaşma tankı içinde beton örnekleri görünümü Karbonatlaşma tankı düzeneği Şekil 3.3 de görülmektedir [Baharavar, 2012].

49 33 Şekil 3.3. Karbonatlaşma tankı düzeneği Nem ortamı oluşturmak amacıyla farklı sıcaklıklarda kullanılabilecek tuzlara ilişkin sayısal değerler Şekil 3.4 de görülmektedir [Baharavar, 2012]. Şekil 3.4. Değişik tuzların nem sağlama miktarları

50 34 Çalışmada karbonatlaşmanın gerçekleşebilmesi için 20 ºC sıcaklıkta % 55 nem için sodyum dikromat seçilmiştir (Şekil 3.4). Sodyum dikromatın doymuş çözeltisi tank içerisindeki kaba bırakılmış ve deney süresince suyun sıcaklığı 20 C de tutulmuştur. Kullanılan sodyum dikromata ait fiziksel ve kimyasal özellikleri Çizelge 3.7 de görülmektedir [Tekkim, 2013]. Çizelge 3.7. Sodyum dikromata ait fiziksel ve kimyasal özellikler Fiziksel Görünüş Katı Koku Hemen hemen kokusuz. Yoğunluk 2,35 gr/cm 3 (20 ºC) Çözünürlük 731,8 g/lt (20 ºC,H 2 O) Parlama Noktası Uygulanamaz. Erime Noktası 356,7 C ph 3,5 (100 g/lt, H 2 O, 25 ºC) Tankın içindeki CO 2 miktarını % 1 olarak ayarlanmıştır. Đç basınç göstergesinden okuma yapılarak CO 2 gazi tank içine kontrollü bir şekilde verilmiştir. Kullanılan CO 2 tüpü Şekil 3.5 de görülmektedir. Şekil 3.5. CO 2 tüpü

51 35 Betonlar 56 gün kadar karbonatlaşmaya maruz bırakılmıştır. Tanktan çıkarılan betonlar eğilme dayanımı testine tabi tutulmuştur. Bölünen parçalara baz indikatörü olan fenolftalein çözeltisi püskürtülmüş ve numunedeki renk farklılığı gözlenmiştir. Fenolftalein hidratasyon ürünü olan Ca(OH)2 ile tepkimeye girerek ortamın pembe bir renk almasına neden olur. Numunelerin karbonatlaşma meydana gelen kısımlarında renk değişimi gözlenmez. Çünkü Ca(OH)2, CO2 ile tepkimeye girmiş olduğundan ortamın ph değeri 11-12,5 değerinden 8-9 gibi değerlere düşmüştür. Böylece ortamda fenolftalein in tepkimeye girerek pembe renge dönüştüreceği Ca(OH)2 bulunmaz [Yazıcıoğlu ve ark, 2012] Sertleşmiş beton deneyleri Karbonatlaşma uygulanmış ve uygulanmamış örnekler üzerinde eğilme dayanımı, ultrases geçiş hızı, kapiler su emme, basınç dayanımı ve aşınma dayanımı deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sertleşmiş beton deneylerine ilişkin izlenen yol Çizelge 3.8 de görülmektedir.

52 36 Çizelge 3.8. Deney planı Karışım türü Referans 6 adet küp 3 adet prizma % 10 SD 6 adet küp 3 adet prizma % 5 MT 6 adet küp 3 adet prizma % 5 MT + % 10 SD 6 adet küp 3 adet prizma % 10 MT 6 adet küp 3 adet prizma % 10 MT + % 10 SD 6 adet küp 3 adet prizma % 1 5 MT 6 adet küp 3 adet prizma % 15 MT + % 10 SD 6 adet küp 3 adet prizma Örnek sayısı Karbonatlaşma uygulanmayan Karbonatlaşma uygulanan Karbonatlaşma uygulanmayan Karbonatlaşma uygulanan Karbonatlaşma uygulanmayan Karbonatlaşma uygulanan Karbonatlaşma uygulanmayan Karbonatlaşma uygulanan Karbonatlaşma uygulanmayan Karbonatlaşma uygulanan Karbonatlaşma uygulanmayan Karbonatlaşma uygulanan Karbonatlaşma uygulanmayan Karbonatlaşma uygulanan Karbonatlaşma uygulanmayan Karbonatlaşma uygulanan Eğilme dayanımı Karbonatlaşma derinliği Ultrases geçiş hızı Kapiler su emme Aşınma dayanımı Basınç dayanımı

53 37 Eğilme dayanımı ve Karbonatlaşma derinliğinin belirlenmesi Her bir karışım türüne ait 3 adet karbonatlaşmaya maruz bırakılmış prizmatik örnekler (100x100x400 mm) üzerinde TS EN Beton-Sertleşmiş Beton Deneyleri Bölüm 5: Deney numunelerinin eğilme dayanımının tayini standardı esas alınarak eğilme dayanımı testi ortadan yükleme şeklinde gerçekleştirilmiştir (Şekil 3.6). Şekil 3.6. Eğilme dayanımı test düzeneği Eğilme dayanımı testi sonucunda 100x100x400 mm boyutlarındaki üç adet prizmatik beton örnekleri iki parçaya ayrılmıştır. Her bir prizmatik örnekte fenolftalein püskürtülecek iki yüzey oluşmuştur. Böylelikle her bir beton karışım türü için 3 adet prizmatik örneğin kırılmasıyla oluşan toplam altı yüzeye fenolftalein çözeltisi sıkılarak, karbonatlaşma derinliği ölçülmüştür. Beton numuneleri üzerinde renk değiştirmeyen kısımların derinlikleri ölçülerek ortalama karbonatlaşma derinliği (KD) hesaplanmıştır (Şekil 3.7) [Yazıcıoğlu ve ark., 2012].

54 38 Şekil 3.7. Karbonatlaşma derinliğinin belirlenmesi Karbonatlaşma derinliğinin hesaplanmasında Eş. 3.1 kullanılmıştır. (3.1) Karbonatlaşma derinliği BS EN Products and systems for the protectgion and repair of concrete structures-test methods-determination of resistance to carbonation standardına uygun olarak ölçülmüştür (Şekil 3.8). Şekil 3.8. Fenolftalein çözeltisi sıkılmış beton numunesi