ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Alper DEMİR SİLİS DUMANI İÇEREN BETONLARIN HIZLANDIRILMIŞ KÜR İLE DAYANIM TAHMİNİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ADANA, 2005

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SİLİS DUMANI İÇEREN BETONLARIN HIZLANDIRILMIŞ KÜR İLE DAYANIM TAHMİNİ Alper DEMİR YÜKSEK LİSANS TEZİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Bu tez.../.../... Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir. İmza: İmza: İmza: Doç.Dr.Cengiz Duran ATİŞ DANIŞMAN ÜYE ÜYE Doç.Dr.Alaettin KILIÇ Yrd. Doç. Dr. A. Hamza TANRIKULU 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. 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 YÜKSEK LİSANS TEZİ SİLİS DUMANI İÇEREN BETONLARIN HIZLANDIRILMIŞ KÜR İLE DAYANIM TAHMİNİ Alper DEMİR ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Danışman : Doç. Dr. Cengiz Duran ATİŞ Yıl : 2005, Sayfa: 92 Jüri : Doç. Dr. Cengiz Duran ATİŞ Doç. Dr. Alaettin KILIÇ Yrd. Doç. Dr. A. Hamza TANRIKULU Bu laboratuvar çalışmasında, Antalya Etibank Elektrometalurji İşletmesinden alınan silis dumanının beton basınç dayanımı üzerine etkisi ile, silis dumanı içeren betonların dayanım tahmini için normal kür basınç dayanımı ile ılık su kürü basınç dayanımı arasında doğrusal bir ilişki kurulmuştur. Silis dumanının beton basınç dayanımını artırdığı tespit edilmiştir. Normal kür ve ılık su kürü basınç dayanımları arasında kurulan ilişkiler yardımıyla, ılık su kürü basınç dayanımı kullanılarak silis dumanı içeren betonların 3, 7, 28 gün ve6 aylık dayanımlarının tahmin edilebileceği kanısına varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Silis Dumanı, Beton, Basınç Mukavemeti, Ilık su kürü I

4 ABSTRACT MSc. THESIS COMPRESSIVE STRENGTH PREDICTION OF SILICA FUME CONCRETE BY ACCELERATED CURING Alper DEMİR DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor : Assoc. Prof. Dr. Cengiz Duran ATİŞ Year : 2005, Pages: 92 Jury : Assoc. Prof. Dr. Cengiz Duran ATİŞ Assoc. Prof. Dr. Alaettin KILIÇ Assist. Prof. Dr. A. Hamza TANRIKULU In this laboratory research, influence of the use of Silica Fume (SF), which is provided from Antalya Etibank Elektrometalurji Plant, on compressive strength of concrete was investigated. A linear relationship was established between normal curing and warm water curing to predict compressive strength of silica fume concrete. It was observed that silica fume increased compressive strenth of concrete. It was concluded that 3, 7, 28 and 6 months compressive strength of silica fume concrete could be predicted by using the relationship established between normal curing and warm water curing compressive strength. Keywords: Silica Fume, Concrete, Compressive Strength, Warm water curing II

5 TEŞEKKÜR Yüksek lisans tez programımın yürütülmesi esnasında, çalışmalarıma yön veren, değerli bilgi ve yardımlarını esirgemeyen ve bana her türlü desteği sağlayan danışman hocam, sayın Doç. Dr. Cengiz Duran ATİŞ e en içten teşekkürlerimi sunarım. Yüksek lisans tez çalışmam esnasında deneysel çalışmaların yürütülmesinde katkılarını esirgemeyen başta Arş. Gör. Fatih ÖZCAN, Arş. Gör. Okan KARAHAN, ve Arş. Gör Cahit BİLİM olmak üzere, tüm çalışma arkadaşlarıma teşekkür ederim. Deneysel çalışmalarda kullanılan süperakışkanlaştırıcı temininde yardımcı olan Sikament firması yetkililerine, çimentonun temininde ve silis dumanının kimyasal analizlerinin yapılmasındaki katkılarından dolayı Adana Çimento Sanayine ve sayın Hakan ÖZBEBEK e teşekkür ederim. Ayrıca tüm öğrenim hayatım boyunca benden desteklerini esirgemeyen aileme teşekkürü bir borç bilirim. III

6 İÇİNDEKİLER SAYFA NO ÖZ... I ABSTRACT... II TEŞEKKÜR... III İÇİNDEKİLER... IV TABLOLAR DİZİNİ... VIII ŞEKİLLER DİZİNİ... IX 1. GİRİŞ ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Giriş Silis Dumanı İle Üretilen Taze Betonun Özellikleri Su İhtiyacı Ve İşlenebilme Hava Sürükleme Terleme Ayrışma Priz Süreleri Sıcaklık Yükselmesi Ve Hidratasyon Isısı Plastik Rötre Renk Silis Dumanı Katkısının Çimento Hamuru Üzerine Etkisi Su İhtiyacı Ve Kıvam Hamur-Agrega Arayüzeyi Puzolanik Reaksiyonlar Hidratasyon Isısı Priz Süreleri Jel Gözenek Suyu Çimento Tipi İle İlişki Diğer Mineral Katkılar İle İlişki Kimyasal Katkılar İle İlişki Silis Dumanı İle Üretilen Sertleşmiş Betonun Özellikleri IV

7 Basınç Dayanımı Elastisite Modülü Rötre Sünme Çekme Ve Eğilme Dayanımı Aşınma Gözeneklilik,Geçirgenlik Ve Su Emme Agrega Hamur Arayüzeyi Aderans Darbeye Karşı Dayanıklılık Poisson Orantısı Silis Dumanı İle Üretilen Betonun Ortam Şartlarına Dayanıklılık Özellikleri Geçirimlilik Donma-Çözünme Dayanıklılığı Alkali-Silika Reksiyonu Zararlı Kimyasallara Dayanıklılık Çelik Donatı Korozyonu Deniz Ortamına Dayanıklılık Aşınmaya Karşı Direnç Yüksek Sıcaklığa Ve Yangına Karşı Direnç Silis Dumanı İçeren Çimento Ve Betonların Birleşimleri Silis Dumanlı Çimentolar Silis Dumanlı Betonların Birleşimleri Silis Dumanı İle İlgili Standartlar Ve Uygulama Esasları Silis Dumanı Konusunda Standartlar Silis Dumanlı Betonlarla İlgili Uygulama Esasları SİLİS DUMANI Giriş Türkiye de Silis Dumanı Üretimi Ferrosilisyum Tesisi Ve Üretim Yöntemi V

8 Silikoferrokrom Tesisi Ve Üretim Yöntemi Kimyasal Birleşim Renk Özgül Ağırlık Birim Ağırlık Tane Özellikleri MALZEME, PROGRAM VE YÖNTEM Kullanılan Malzemeler Ve Özellikleri Silis Dumanı Portland Çimentosu Karma Suyu Süper Akışkanlaştırıcı Katkı Agrega Beton Karışım Oranları Beton Numuneler Üzerinde Yürütülen Çalışmalar Notasyonlar YAPILAN DENEYLER VE SONUÇLARI Kıvam Ve Birim Ağırlık Değerleri Beton Basınç Mukavemetleri Dozlu Beton Numune Basınç Mukavemetleri Dozlu Beton Numune Basınç Mukavemetleri Dozlu Beton Numune Basınç Mukavemetleri Hızlandırılmış Ilık Su Kürü Basınç Mukavemeti Sonuçları Hızlandırılmış Ilık Kür İle Normal Kür Basınç Mukavemetlerinin Karşılaştırılması Silis Dumanı İçeriğine Ve Zamana Göre Ayrılmış Olarak Hızlandırılmış Kür Ve Normal Kür Basınç Dayanımı İlişkisi Silis Dumanı İçeriği Gözetilmeden Zamana Göre Ayrılmış Olarak Hızlandırılmış Kür Ve Normal Kür Basınç Dayanımı İlişkisi VI

9 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Beton Karışımlar Üzerine Saptanan Bulgular KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ VII

10 TABLOLAR DİZİNİ SAYFA NO Tablo 2.1. Gelişmiş Bazı Ülkelerde Tutulan Silis Dumanlarının Fiziksel ve Kimyasal Özelikleri... 5 Tablo 2.2. Betonlarda klor geçirgenliği Tablo 2.3. Yüksek dayanımlı silis dumanı katkılı beton karışımlarından tipik örnekler Tablo 2.4. Projelerde kullanılmış yüksek dayanımlı, silis dumanı katkılı beton karışımlarından örnekler Tablo 2.5 Harç ve betonda kullanılacak silis dumanı konusunda bazı Standardlar Tablo 3.1. Silis dumanlarının kimyasal bileşimi Tablo 4.1. Silis Dumanı Kimyasal Kompozisyonu Tablo 4.2. Kullanılan çimentonun kimyasal bileşimi Tablo 4.3. Kullanılan çimentonun fiziksel özellikleri Tablo 4.4. Karışık agrega granülometrisi ve TS 706 standart sınırları Tablo 4.5. Bir metreküp beton karışımı için gerekli yaklaşık malzeme miktarları...57 Tablo 5.1. Taze betonların sarsma tablası yayılma değerleri (cm) ve akışkan miktarları Tablo 5.2. Taze ve sertleşmiş haldeki betonların birim ağırlıkları ve kuru yüzey doygun ağırlıkları Tablo Doz karışımlara ait basınç mukavemeti değerleri (MPa) Tablo doz karışımlara ait basınç mukavemeti değerleri (MPa) Tablo dozlu karışımlara ait basınç mukavemeti değerleri (MPa) Tablo 5.6. Hızlandırılmış ılık su kürü basınç mukavemeti sonuçları (MPa) VIII

11 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA NO Şekil 2.1. Silis dumanının betonda terlemeye etkisi... 7 Şekil 2.3. Silis dumanı katkısının arayüzeye etkisi Şekil 2.4. Silis dumanlı hamurlarda CH miktarı (%CaO olarak) Şekil 2.5. Silis dumanı katkılı hamurlarda hidratasyon ısısı Şekil 2.6. Silis dumanlı betonlarda kuruma rötresi Şekil 2.7. Sertleşmiş çimento hamurunda gözenek dağılımı Şekil 2.8. Gözenek çapı-civa geçişi Şekil 2.9. Betonlarda silis dumanı miktarı ile geçirgenlik arasındaki bağıntı Şekil Silis dumanı katkısının ASTM C 441 deneyine göre harç çubuklarının genleşmesine etkisi Şekil Silis dumanı ve süperakışkanlaştırıcı katkıların betonda karbonatlaşmaya etkisi...34 Şekil 3.1. Ferrosilisyum üretim şeması ve baca tozlarının toplanması Şekil 3.2. Silikoferrokrom ve ferrokrom üretim şeması...47 Şekil 3.3. Silis dumanının mineralojik yapısını gösteren X-ışını difraktogramı...49 Şekil 4.1. Beton karışımlarda kullanılan agreganın granülometri eğrisi...55 Şekil 5.1. Şahit betonda ılık kür-normal kür basınç mukavemeti ilişkisi (3 günlük)...68 Şekil 5.2. Şahit betonda ılık kür-normal kür basınç mukavemeti ilişkisi (7 günlük) Şekil 5.3. Şahit betonda ılık kür-normal kür basınç mukavemeti ilişkisi (28 günlük) Şekil 5.4. Şahit betonda ılık kür-normal kür basınç mukavemeti ilişkisi (180 günlük) Şekil 5.5. %10 Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi (3 günlük) Şekil 5.6. %10 Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür IX

12 Şekil 5.7. Şekil 5.8. Şekil 5.9. Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil basınç mukavemetleri ilişkisi (7 günlük) %10 Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi (28 günlük) %10 Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi (180 günlük) %15 Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi (3 günlük) %15 Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi (7 günlük) %15 Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi 28 günlük) %15 Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi (180 günlük) %20 Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi (3 günlük) %20 Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi (7 günlük) %20 Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi (28 günlük) %20 Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi (180 günlük) Ilık kür-normal kür ilişkisine ait denklemlerin eğim-zaman ilişkisi...77 Ilık kür-normal kür ilişkisine ait denklemlerin eğim-silis dumanı ilişkisi Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi (3 günlük) Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi (7 günlük) Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi (28 günlük) X

13 Şekil Silis dumanı içeren betonlarda ılık kür-normal kür basınç mukavemetleri ilişkisi (180 günlük) XI

14 1.GİRİŞ Alper DEMİR 1. GİRİŞ Prefabrik ya da yerinde yekpare üretilen betonarme yapı elemanlarının dizayn ve taşıma gücü hesaplarında 28 günlük basınç dayanımı anahtar parametre olarak kabul edilir ve kullanılır. Beton basınç dayanımının belirlenmesi için gereken 28 günlük süre, günümüz şartlarına uzun kalmakta, beton dökümü veya hazırlanışı sırasında meydana gelebilecek herhangi bir sebepten dolayı (çimento inceliğinin değişimi, agrega hammadde kaynağındaki bir değişim, agrega su içeriğinin düzeltilmemesi, karışım bileşenlerinin miktarlarında yapılan bir hata, üretim tesisinde fark edilmeyen bir durum, operatör değişimi v.b.) meydana gelebilecek bir olumsuzluk durumunda, gerekli önlemlerin alınabilmesi için bu süre (28 gün) çok geç kalınmasına neden olabilmektedir. Bu sebeple, üretilen betonların kalite ve dayanım karakteristiklerinin elverdiği ölçüde erken ve şantiye koşullarında pratik ve ekonomik biçimde belirlenmesine yönelik olarak ısıl [hızlandırılmış kür yöntemleri (ASTM C684)] yöntem ve Japonya da uygulama alanı bulan, taze beton karışımının çimento-boşluk oranı ve çökme - birim ağırlık ölçümlerine dayandırılan kimyasal-fiziksel yöntemler geliştirilmiştir. Örneğin, Japonya da geliştirilen yöntemde taze betondan alınan numune üzerinde kimyasal yöntem yardımıyla çimento-boşluk oranı 30 dakika gibi kısa süre içinde ölçülmekte, söz konusu değerin ve taze betonun çökme ve birim ağırlık gibi fiziksel büyüklüklerinin yer aldığı çoklu regresyon ifadelerinin de 28 günlük betonun dayanım düzeyi kabul edilebilir hata sınırı içinde kestirilebilmektedir. Ülkemiz de, 1979 da Amerikan ASTM C684 yöntemlerini benimseyerek Beton Basınç Deney Numunelerinin Hazırlanması, Hızlandırılmış Kürü ve Basınç Dayanım Deneyi başlığı altında standartlaştırılmıştır (Bilim,2001). Buna ilave olarak, çeşitli sektörlerin üretim artığı bazı maddeleri atık durumundadır. Endüstriyel atıklardan uçucu kül, yüksek fırın cürufu, silis dumanı ve diğer doğal puzalonlar, mineral katkı olarak bilinmektedirler. Bu maddeler harç ve beton üretiminde ikincil bağlayıcı madde olarak portland çimentosunun ağırlık yüzdesi oranında, çimentonun bir kısmı yerine bağlayıcı olarak kullanılmışlardır. 1

15 1.GİRİŞ Alper DEMİR Bu tür mineral katkı maddelerinin taze betonun işlenebilme ve su ihtiyacı ile; terleme, ayrışma, hava sürükleme, hidratasyon ısısı ve plastik rötre gibi özelliklerine etki ettiği bilinmektedir. Sertleşmiş betonda bu maddeler mekanik özelliklere ve durabiliteye oldukça önemli etkiler yaparlar (Ekinci,1995). Silis dumanın beton katkısı olarak kullanıldığı alanlar; - yerinde dökme betonlar; - prefabrike yüksek dayanımlı betonlar; - erken dayanımı yüksek beton elamanlar; - ağır aşınmaya maruz yol ve döşemeler; - erozyon ve oyulmaya maruz hidrolik yapılar; - zararlı kimyasallara karşı dayanımlılık isteyen beton elemanlar; - deniz yapıları; - yüksek dayanımlı hafif beton elemanlar; - beton elemanların onarımı ve güçlendirilmesi; - yüksek performanslı çimento şerbet ve sıvalarının yapılması sayılabilir. Ülkemizde endüstriyel bir atık olan ferrosilisyum (FeSi) ve slikoferrokrom (SiFeCr) baca tozları Antalya da Etibank Elektrometalurji işletmesi tarafından gerek çevre kirlenmesine engel olmak amacıyla gerekse değişik kullanım amaçlarına yönelik olarak bir yan ürün olarak tutulmaktadır. Buradan elde edilen silis dumanı 1980 li yılların sonlarından itibaren üniversitelerde çimento ve beton katkı maddesi olarak çeşitli araştırmalarda kullanılmıştır. Silis dumanı silisyum metali veya ferrosilisyum (FeSi) alaşımlarının üretimi sırasında kullanılan elektrik ark fırınlarında yüksek saflıktaki kuvarsitin kömür ve odun parçacıkları ile indirgenmesi sonucu elde edilen çok ince tazeli tozdur. Fırınları yüksek sıcaklıktaki üst bölümlerinde SiO gazı hava ile temas ederek hızla okside olur ve amorf SiO 2 olarak yoğunlaşarak silis dumanı bileşiminin hemen tamamını oluşturmaktadır (Yeğinobalı,2002). Süper akışkanlaştırıcı kimyasal katkılardaki gelişmeler sonucu yüksek dayanımlı ve yüksek performanslı betonların vazgeçilmez bir bileşeni haline gelen silis dumanı, günümüz endüstrisinde problem yaratan bir artık olarak değil ekonomik değeri olan bir madde haline gelmiştir (Yeğinobalı,2002). 2

16 1.GİRİŞ Alper DEMİR Prefabrik ya da yerinde yekpare üretilen betonarme yapı elemanlarının dizayn ve taşıma gücü hesaplarında 28 günlük basınç dayanımı anahtar parametre olarak kabul edilir ve kullanılır (Bilim,2001). Bu yüksek lisans tez çalışmasında, ülkemizde elde edilen silis dumanının beton basınç dayanımı üzerindeki etkisi incelenmektedir. Buna ilave olarak, silis dumanı içeren betonların 28 günlük basınç dayanımlarının ılık kür sonucu ile elde edilen basınç dayanımları vasıtasıyla tahmini için ilişki kurulmaya çalışılmıştır. 3

17 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 2.1. Giriş Beton teknolojisinde yaşanan gelişmeler doğrultusunda yüksek dayanımlı ve yüksek performanslı betonlar üretilebilmektedir. Birçok bilimsel çalışmada,çimentonun hidratasyonuna katılmayan, fakat taze betonun reolojisi açısından gerekli olan suyun, mukavemet ve durabilite üzerindeki olumsuz etkilerini ortadan kaldırmak için, beton karışımındaki su miktarının azaltılmasının yolları araştırılmıştır. Yüksek mukavemetli beton elde edilebilmesi, süperakışkanlaştırıcılar ve mineral katkıların beton üretiminde kullanılmaya başlanılmasıyla oldukça kolaylaşmıştır. Süperakışkanlaştırıcılar karışımdaki çimento taneciklerinin topaklanmasını önleyerek, topaklanan bu çimento tanecikleri arasındaki suyun serbest kalmasını sağlamaktadırlar. Bu sayede aynı işlenebilirlik için gerekli olan su miktarı azalmaktadır. Karışıma giren su miktarının azalmasıda basınç mukavemetinin artmasında etkili olmaktadır. Silis dumanının değerlendirilmesi konusundaki ilk çalışmalar 1950 li yıllarda Norveç te başlamıştır. Çok ince taneli ve puzolanik değeri yüksek olan bu maddelerin çimento katkısı olarak denenmesi ilk defa 1969 yılında NORCEM firması tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu konudaki uygulamalar ve silis dumanının beton içindeki davranışı ile ilgili araştırmalar çoğunlukla İskandinav ülkelerinde olmak üzere, 1980 li yılların başına kadar oldukça yavaş gelişti (Yeğinobalı,2002). Silis dumanının beton katkı maddesi olarak kullanılması süperakışkanlaştırıcı katkıların geliştirilmesi sonucu giderek artmıştır. Diğer puzolanlara benzer olarak silis dumanının çimento hidratasyonu sırasında en önemli rolü, C 2 S ve C 3 S hidratasyonları sonucu oluşan kalsiyum hidroksiti bağlamak (Ca(OH) 2 ) ve yeni bir kalsiyum silikat hidrat (C-S-H) jeli meydana getirmektedir. Bu jel çimentoda normal olarak oluşan (C-S-H) jelinden biraz farklı olup, yoğunluğu daha az ancak, geçirimsizliği daha fazladır. 4

18 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Gelişmiş bazı ülkelerde tutulan bazı silis dumanlarının kimyasal birleşimleri Tablo 2.1 de verilen kimyasal birleşimlerle benzerlik göstermektedir. Tablo 2.1. Gelişmiş Bazı Ülkelerde Tutulan Silis Dumanlarının Fiziksel ve Kimyasal Özelikleri (Sugita, 1992; Berebe, 1992; Mangat, 1992; Tazava, 1992). NORVEÇ (%) JAPONYA (%) KANADA (%) A.B.D. SİO (%) İNGİLTERE Al 2 O Fe 2 O CaO MgO S K 2 O Na 2 O TİO MnO Kızd. Kaybı Özgül Ağır (%) Özgül Yüzey Silis Dumanı İle Üretilen Taze Betonun Özellikleri Su İhtiyacı Ve İşlenebilme Küçük boyutlu silis dumanı tanecikleri, daha büyük boyutlu çimento tanelerinin arasındaki suyun yerini alarak granülometriyi iyileştirir ve karışımdaki serbest su miktarını artırır. Fakat silis dumanı taneciklerinin yüksek yüzey alanı nedeniyle su ihtiyacı karışımdaki silis dumanı miktarıyla orantılı olarak artar. 5

19 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Öngörülen bu artış miktarı ise yaklaşık olarak her 1 m 3 betona 1kg silis dumanı karıştırılması için 1 litre su ilavesi olarak belirtilmiştir. Dozajı düşük olan betonlarda ve silis dumanının çimento ile ikame oranı %5 civarında olması durumlarında, karışıma ilave su katılmasına gerek kalmayabilir. Karışımdaki silis dumanı oranını artırırken, ilave su katmadan, hatta azaltarak aynı işlenebilirliği sağlamak mümkündür (Khayat ve Aitcin,1992; Sellevold ve Rodjy,1983; Yeğinobalı,1993). Ekinci nin (1995) bildirdiğine göre, Khayat ve Aitcin (1992); silis dumanı çimento tanecikleri arasındaki küçük boşlukları doldurarak hapsolmuş suyun serbest kalmasını sağlamaktadır. Bu arada yüksek yüzey alanı nedeni ile hapsolan su miktarıda artmaktadır. Silis dumanının betonun su ihtiyacına net etkisi, su/bağlayıcı oranı ve süperakışkanlaştırıcı kullanılması gibi etkenlere bağlıdır. Yogendran vd e (1987) göre; çimentoya ilave edilen silis dumanı miktarı %5 oranında ise karışımın ilave suya ihtiyaç duymadığını öne sürmüştür (Ekinci,1995). Jahren e (1983) göre; silis dumanı ilave edilmiş betonlar normal betonlara oranla daha yapışkan olurlar. İşlenebilirliklerini belli bir süre koruyabilmeleri için ilk çökme değerinde 50 mm civarında bir artış sağlanması gerekmektedir (Ekinci,1995). Goncalvez e (1992) göre; bağlayıcı miktarı 200,300 ve 400 kg/m3 olan betonlarda %50 ye kadar çimentonun silis dumanı ile yer değiştirmesi durumunda sabit işlenebilirlik için gerekli su miktarı artmaktadır (Ekinci, 1995: Özturan,1993). Kakizaki vd (1992) yüksek dayanımlı betonlarda bileşenlerin değişik karıştırma yöntemlerine göre etkilerini araştırmıştır. Çimento ve suyun önceden karıştırılması ile çökme değerinin arttığını gözlemlemiştir (Ekinci, 1995: Özturan,1993). Colin ve Menashi (1992) ise çimentoya silis dumanı katıldığı zaman çimento hamurunun yayılmasında düşmelerin olduğunu belirtmiştir. Öztok ve Yeğinobalı (1997); silis dumanının genel olarak betonun su ihtiyacını artrdığını, yüksek dayanımlı betonlarda işlenebilirliği artırmak için curuf ve uçucu kül gibi bağlayıcıların ve süperakışkanlaştırıcının kullanılmasının uygun olacağını belirtmiştir. 6

20 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Hava Sürükleme Khayat ve Aitcin e (1992) göre, silis dumanı kullanımı betonda sürüklenen hava miktarını azaltıp kohezyonu artırması nedeniyle sürüklenmiş hava stabilitesini arttığını ileri sürmüşlerdir (Ekinci,1995). Ekinci (1995) bildirdiğine göre, Marchand vd (1992), Silis dumanı ile üretilen silindirlenmiş betonda hava sürüklemenin son derece zor olduğunu ancak iyi bir kür ile donmaya karşı iyi dayanım elde edildiğini ileri sürmektedir Terleme Silis dumanı tanelerinin büyük yüzey alanı taze-beton içindeki serbest suyun önemli bölümünü bağlar. Ayrıca bu taneler boşluk ve gözenekleri doldurarak suyun beton yüzeyine çıkışını yavaşlatırlar. Sonuç olarak silis dumanı katkılı betonlarda terleme katkı miktarı ile orantılı olarak önemli miktarda azalır (Şekil 2.1.) (Yeğinobalı,2002: ACI Committee,2000; Khayat ve Aitcin,1992; Bürge, 1983). Şekil 2.1. Silis dumanının betonda terlemeye etkisi (Yeğinobalı, 2002: Mindess, 1988). 7

21 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Burge e (1983) göre, silis dumanı tanelerinin büyük yüzey alanının taze beton içindeki serbest suyun bir kısmını bağladığını ve silis dumanı katkı miktarı ile orantılı olarak betonda meydana gelen terlemenin önemli miktarda azaldığını belirtmiştir. Jahren e (1993) göre, silis dumanı katılmış taze betonlar, hamur vizkozitesi ve yoğunluklarının artması nedeniyle yapışkanlıkları artmaktadır, bu nedenle silis dumanı katılmış betonlarda daha az ayrışma görülür ve oturma çatlaklarında da azalma görülür. İnceliği yüksek olan mineral katkılar taze betonda meydna gelen terlemeyi tamamen önlemekte yada oldukça azaltmaktadırlar. Silis dumanı çok yüksek özgül yüzeyi sayesinde serbest suyun bir kısmını absorbe ettiği için terleme azalmaktadır (Ekinci,1995) Ayrışma Silis dumanı taze betonda vizkosite ve kohezyonun artmasına neden olur, dolayısı ile ayrışmayı azaltır. Bu etki süperakışkanlaştırıcı kullanıldığında daha belirgin olarak görülmektedir. Ancak beton uzun süreli vibrasyona tabi tutulduğunda, özelliklede yüksek işlenebilme özelliğine sahip betonlarda bu iyileştirici etkinin kaybolduğu görülmektedir (Ekinci,1995) Priz Süreleri Ekinci (1995) bildirdiğine göre, Khayat ve Aitcin (1992), silis dumanı kullanımı betonun priz süresini artırmaktadır. Katkı miktarı çimento ağırlığının %10 unu geçmedikçe bu etki önemsenmeyebilir. Kullanılan süperakışkanlaştırıcılarında priz geciktirici etkileri olabilmektedir. Örneğin: %15 silis dumanı ile süperakışkanlaştırıcı içeren betonlarda priz başlangıç ve bitiş sürelerinde sırası ile 1 ve 2 saatlik gecikmeler gözlenmiştir. 8

22 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Sıcaklık Yükselmesi Ve Hidratasyon Isısı Sıcaklık yükselmesi ve hidratasyon ısısı konusunda araştırmacıların farklı yaklaşımları bulunmaktadır. Meland (1983), yaptığı araştırmalar sonucunda çimento yerine %10 ve %20 oranlarında katılan silis dumanının ilk iki günde toplam hidratasyon ısısını azalttığını gözlemiştir. Ancak, %10 oranındaki silis dumanı ilavesi ile ilk saatlerdeki ısı oluşma hızı artmaktadır. Linyosülfonat katkısının başlangıçtaki yavaşlatıcı etkisi de bu şekilde dengelenebilmektedir (Ekinci,1995). Silis dumanı katkısının hidratasyon ısısı üzerindeki etkisi çimentonun ne kadarı yerine katıldığına ve akışkanlaştırıcı kullanma durumlarına bağlı olarak da değişebilmektedir. Silis dumanı katkısının betonda sadece hidratasyon ısısını azaltmak amacı ile kullanılması tavsiye edilmemektedir (Özcan, 2005: Malhotra, 1993). Khayat ve Aitcin e (1992) göre, silis dumanı nin çimento yerine katılması, betonun hidratasyon ısısını azaltmaktadır. Goncalvez (1992), silis dumanının çimentoya ikame oranının %10 civarında tutulması durumunda hidratasyon ısısının arttığını,daha yüksek oranlarda silis dumanı katıldığında ise hidratasyon ısısında azalma oluştuğunu belirtmiştir (Özturan, 1993). Yogendran vd (1991), karışımdaki silis dumanı ikame oranı arttıkça hidratsayon ısısının düştüğünü bildirmektedir Plastik Rötre Khayat ve Aitcin'e (1992) göre, silis dumanı kullanımıyla birlikte terlemenin azalmasından dolayı plastik rötre riskinin arttığını belirtmektedir (Ekinci,1995). Silis dumanı katılmış betonlarda, terlemenin çok azalması veya hiç meydana gelmemesi, özellikle beton yüzeyinden buharlaşmanın fazla olduğu ortamlarda, plastik büzülmeden dolayı çatlama riskini artırmaktadır. Çatlakların oluşumu priz başlangıcına kadar sürebilir. Bu süre içinde beton yüzeyinin örtülerek 9

23 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR buharlaşmasının önlenmesi faydalı olur (Ekinci,1995 : Jahren, 1993; ACI, 1987; Khayat ve Aitcin, 1992: Yeğinobalı, 1993) Renk Silis dumanı katkılı betonların renkleri genellikle koyudur. SiO 2 renksiz olduğundan dolayı rengin koyuluğu silis dumanı bileşimindeki karbon miktarına bağlı olarak artar. Demir oksit fazlalığı ise renge hafif kahverengi bir ton verir. Beton yaşlandıkça bu renk farkının ortadan kalkabileceği belirtilmektedir (Yeğinobalı, 2002: Gjorv, 1983) Silis Dumanı Katkısının Çimento Hamuru Üzerine Etkisi Su İhtiyacı ve Kıvam Çok ince ve yuvarlak silis dumanı taneleri daha iri çimento tanelerinin arasına girerek burada sıkışan suyu dışarı iterler ve taze hamurun kıvamı üzerinde etkili hale getirirler. Bu olumlu etkiye karşın silis dumanı tanelerinin oluşturduğu büyük yüzey alanı su ihtiyacını artırmaktadır ve kıvamı olumsuz yönde etkilemektedir. Çimento hamurunun su ihtiyacı, çimento ve silis dumanı miktarları ile su/bağlayıcı malzeme (s/b) orantısı gibi faktörlere bağlı olarak değişebilmektedir. Araştırmalara göre çimentonun %5'i kadar katılan silis dumanı su ihtiyacını fazla değiştirmemekte, daha büyük miktarlarda ise su ihtiyacı artmaktadır (Yeğinobalı, 2002: Khayat ve Aitcin'e 1992). Benzer şekilde, çimentonun %7.5'dan fazlası yerine silis dumanı katıldığında hamurun akma sınırı ve viskositesinin arttığı, daha az miktarlarda ise azaldığı bulunmuştur (Yeğinobalı, 2002 : İvanov,1990). Yeğinobalı ya (2002) göre, yüksek dozajlı veya düşük s/ç orantılı hamurlara katılan silis dumanı yapışkanlığı artırmaktadır. Buna neden olarak bağlayıcı malzeme taneleri arasında temasın artması ve iç terlemenin azalması gösterilmektedir. 10

24 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Hamur-Agrega Arayüzeyi Taze betonlarda iri agrega taneleri ile çimento hamuru arasındaki arayüzey bölgesi hamurun diğer bölgelerinden daha zayıftır. Bunun nedenleri şöyle sıralanabilir (Yeğinobalı, 2002) : Taze betonun terlemesi sırasında iri agrega taneleri altında toplanan su arayüzey bölgesinde s/ç orantısını yükseltir ve boşluk yüzdesi artar, Gene aynı nedenle çimento ana bileşenlerinden kalsiyum silikatların (C 2 S, C 3 S) hidratasyonu sonucunda ortaya çıkan kalsiyum hidroksit (CH) kristalleri bu bölgede daha büyüktür ve miktarca daha fazladır. Hidratasyonun başlıca ürünü ve hamurdaki esas bağlayıcı madde olan kalsiyum silikat hidrat (C-S-H) jellerine oranla CH'nin bağlayıcılık değeri çok daha azdır. Ayrıca kristallerin boyu büyüdükçe toplam yüzey alanı küçülür ve dolayısı ile van der Waal kuvvetleri daha da zayıflar. İri agrega yüzeyi boyunca katı taneler çeper etkisi nedeni ile daha gevşek bir düzen içinde yer alırlar. Burada hamur boşluk oranı daha da artar. Araştırmacılar silis dumanı katkısının beton dayanımı üzerindeki olumlu etkisini daha ziyade agrega-hamur arayüzeyini kuvvetlendirmesine bağlamaktadırlar. Bazılarına göre çimentonun %15'i yerine katıldığında ortama her çimento tanesine karşın iki milyon silis dumanı tanesi girmektedir (Yeğinobalı, 2002: Mindess,1988; Detvviler,1990; Cohen ve Dolch,1990). İnce silis dumanı taneleri arayüzeyde bulunan boşlukları doldurmaktadır. Buda terlemenin azalmasını sağlar, bu sayede agrega taneleri altında daha az su toplanır ve daha yapışkan hale gelen hamur ile agrega taneleri arasındaki fiziksel aderans artar. Sellovold'a (1987) göre çok ince taneli mineral katkılar (kalker tozu dahil) çimentonun ilk yaşlardaki hidratasyonunu hızlandırmaktadır. Ayrıca bu tür ince taneler CH kristalleri için de daha fazla sayıda çekirdeklenme noktası sağladıklarından arayüzeydeki iri CH kristalleri yerine daha küçükleri oluşmaktadır. Şekil 2.3.'te katkısız ve silis dumanı katkılı hamurların agrega ile olan arayüzeyleri gösterilmiştir (Khayat ve Aitcin,1992). a) katkısız taze hamurdaki arayüzeyi belirtmektedir. Çimento taneleri (ç) arasında su ile dolu boşluklar 11

25 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR görülmektedir, b) de aynı arayüzey sertleştikten sonra resmedilmiştir. C-S-H ve CH kristalleri, kısmen etrenjit (etr.) içeren boşluklar görülmektedir. Şeklin c) ve d) bölümlerinde ise silis dumanı katkılı taze ve sertleşmiş hamurlardaki durum gösterilmiştir. Silis dumanı (SD) taneleri boşlukları doldurmakta, CH kristallerini küçültmektedir. Ayrıca ilâve puzolanik C-S-H jeli de meydana gelerek boşlukları azaltmakta, dayanımı artırmaktadır (Yeğinobalı, 2002). Şekil 2.3. Silis dumanı katkısının arayüzeye etkisi (Yeğinobalı, 2002) Puzolanik Reaksiyonlar Çok ince taneleri ve yüksek amorf silis içeriği nedeni ile silis dumanı çimento hamurundaki CH ile reaksiyona girerek puzolanik C-S-H jelini oluşturur. Bu konuda yapılan basitleştirilmiş bir çalışmada SD/CH orantısı 2 olan bir çözeltide silis dumanı bütün kalsiyum hidroksiti 7 günde bağlayarak C-S-H jeli oluşturmuş, SD/CH orantısı 1 olan çözeltide ise bu reaksiyon 28 günde tamamlanmıştır.(yeğinobalı, 2002). Araştırmacılara göre silis dumanı katkılı hamurdaki puzolanik jel normal olarak oluşmakta olan C-S-H jelinin boşlukları içinde yer almakta ve sonuç olarak çok yoğun bir jel yapısı meydana gelmektedir.(yeğinobalı, 2002: Grutzeck,Roy ve Wolfe-Confer,1982) 12

26 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Diğer bir çalışmadan elde edilen sonuçlar Şekil 2.4.'te gösterilmiştir, s/ç orantısı 0.23 olan bir hamurda CH tüketimi silis dumanı miktarına bağlı olarak artmakta, %40 katkı oranı ile 28 günde tüm CH tüketilmiş olmaktadır (Yeğinobalı, 2002). Huang ve Feldman'a (1985) göre de silis dumanı ilk 8 saat içerisinde hidratasyonu hızlandırıp daha fazla CH açığa çıkarmasına rağmen sonraları CH'nin etkin bir şekilde bağlanmasını sağlamaktadır. Silis dumanlarında düşük alkali ve yüksek silika miktarları puzolanik aktiviteyi artırmaktadır (Yeğinobalı, 2002). Şekil 2.4. Silis dumanlı hamurlarda CH miktarı (%CaO olarak) (ACI Committee, 2000) Hidratasyon ısısı Çimentonun belirli bir miktarı yerine katılan puzolanlar hamurda açığa çıkan hidratasyon ısısını azaltırlar. Silis dumanı katıldığında ise durum başlangıçta farklı olmaktadır. Şekil 2.5.'deki ısı yayınma eğrilerindeki pikler 5. saat civarında C 3 S hidratasyonu, 6-10 saatleri arasında da aluminatların hidratasyonu veya puzolanik reaksiyonlarla ilişkilidir. Katkı miktarı arttıkça birinci pik daha erken oluşmaya 13

27 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR başlarken şiddeti de artmaktadır. Silis dumanı yüzdesi arttıkça ikinci pikin de şiddeti, dolayısı ile çimento bazında ısı yayınma hızında artışlar görünmektedir. Süre ilerledikçe katkılı hamurlar katkısızla aynı veya daha az ısı yaymaktadırlar (Huang, C. ve Feldman, R.F,1985). Diğer araştırmacılar da silis dumanı katkısının ilk 2-3 saat içinde hidratasyon ısısını artırdığını, ancak ileri yaşlarda eşit çimento dozajı bazında açığa çıkan ısıyı azalttığını belirtmektedirler. Başlangıçtaki ısı artışı silis dumanının çimento hidratasyonunu hızlandırması ile açıklanmaktadır (Yeğinobalı,2002). Şekil 2.5. Silis dumanı katkılı hamurlarda hidratasyon ısısı Priz Süreleri Silis dumanı katkılı çimento hamurları genellikle daha geç priz alırlar. Katkı miktarı çimento ağırlığının %10'unu geçmedikçe bu etki önemsenmeyebilir. Kullanılan akışkanlaştırıcı katkıların da priz geciktirici etkileri olabilmektedir (Yeğinobalı, 2002) Jel Gözenek Suyu 14

28 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Silis dumanı katkısı arttıkça hidratasyon ürünlerindeki Ca/Si orantısı azalır ve C-S-H jeli daha fazla alkali ve aluminat bağlayarak jel gözenek suyundaki alkalilerin azalmasına neden olur. Ayrıca CH'nin de silis dumanı tarafından bağlanması sonucu ortamın ph değerinde düşüş görülür (Yeğinobalı, 2002: Diamond,1983). Pratikte kullanılan silis dumanı miktarında bu düşüş çelik donatı çubuklarında korozyon riskini artıracak kadar olmaz. Ayrıca silis dumanı katkılı çimento hamurlarında geçirgenliğin azalması da olası bir riski fazlası ile dengeleyecek niteliktedir ( Yeğinobalı,2002: ACI Committee,2000) Çimento Tipi ile İlişki Yeğinobalı nın (2002) bildirdiğine göre silis dumanı katkısı özellikle C 3 S hidratasyonunu hızlandırmaktadır (Malhotra,1987). Bu reaksiyondan meydana gelen CH'yi de bağlayarak C-H-S jeline dönüştüreceğinden silis dumanının C 3 S miktarı yüksek çimentolarda daha etkili olacağı söylenebilir Diğer Mineral Katkılar ile İlişki Yeğinobalı ya göre, silis dumanının uçucu kül ve yüksek fırın cürufu gibi diğer mineral katkılarla ilişkisi araştırılmıştır. Silis dumanı diğer puzolanların neden olduğu düşük ilk dayanımları yükseltmekte yararlı olabilmektedir. Çimento hidratasyonu sırasında başlangıçta oluşan CH silis dumanı tarafından bağlanmakta, diğer puzolan(lar) da geriye kalan CH ile reaksiyona girmektedir. Bu şekilde uygun oranlar kullanıldığında silis dumanı ve mineral katkılar ile hem erken hem de ileri yaşlardaki dayanımlar olumlu etkilenebilmektedir (Yeğinobalı, 2002: Malhotra,1983; Brickely,1991). Uçucu kül katkılı hamurlarda uzayan priz süreleri %8 oranında katılan silis dumanı ile bir miktar kısaltılabilmektedir ( Temiz ve Yeğinobalı,1995) Kimyasal Katkılar ile İlişki 15

29 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Yeğinobalı ya (2002) göre, klor içermeyen priz hızlandırıcı katkılar ile kalsiyum nitrat gibi korozyon önleyiciler silis dumanı içeren hamur ve betonlarda normal şekilde kullanılabilmekte, etkilerinde farklılık görülmemektedir. Hava sürükleyici katkıların ise dozajını bir miktar artırmak gerekmektedir. Silis dumanı genellikle süper akışkanlaştırıcı katkılarla birlikte kullanılmaktadır. Bu katkı maddelerinin içerdiği polimer molekül zincirleri çimento tanelerinin yüzeyinde absorbe olurlar. Çimento tanelerinin birbirlerini iterek hamur içinde kolayca dağılmalarını sağlarlar ve aynı kıvam için gerekli karışım suyunu azaltırlar. Ortamda silis dumanı taneleri bulunması halinde de bu etkinin başlıca nitelikleri değişmemektedir ( ACI Committee,2000) Silis Dumanı İle Üretilen Sertleşmiş Betonun Özellikleri Basınç Dayanımı Silis dumanı katkısının beton basınç dayanımına olan etkisi agrega-hamur geçiş bölgelerinin silis tanecikleriyle kuvvetlendirilmesinden dolayıdır. Bu sayede daha sıkı ve kaliteli bir çimento hamuru oluşturulabilmektedir. Aitcin ve Neville'e (1993) göre, silis dumanı kullanmadan 60~80 MPa dayanıma sahip betonlar üretebilmek mümkündür (Ekinci,1995). Neville e (1997) göre betonun basınç mukavemetini etkileyen iki ana etken vardır. Bunlar S/B oranı ve yoğunluk derecesidir (Ekinci,1995). Cordon a (1979) göre beton üç temel özelliğe sahip olmalıdır; bunlar betonun niteliği,işlenebilirliği ve ekonomikliğidir. Malhotra (1993) ve Jahren e (1983) göre silis dumanının beton dayanımı üzerine olumlu etkisi uçucu kül ve curuf gibi diğer puzolanik katkılara göre daha fazladır. Örneğin eşdeğerlik faktörü (k), uçucu küllerde genel olarak 1 değerini ancak 90 günlük dayanım sonuçlarında yakalayabilirken silis dumanı ile 7 ile 28 günlük dayanımlar bazında 2~5 arası olabilmektedir. Yani 1 kg silis dumanı 2~5 kg arası çimentoya eşdeğer sayılmaktadır (Ekinci,1995). 16

30 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Kakizaki vd'nin (1992) yaptıkları araştırmada, %12 silis dumanı içeren 0.25 su/bağlayıcı oranındaki betonlarda 7. günde 98 MPa, 28. günde MPa ve 91. günde MPa, basınç dayanımı elde edilmiştir (Ekinci, 1995). Holland vd'nin (1986) yaptıkları bir araştırmada, kontrol betonu 28. gün sonunda 39.4 MPa olurken, çimentonun yerine ve çimentonun %17.6 hacmi oranında silis dumanının katılmasıyla 28. gün sonunda 49.5 MPa'lık basınç dayanımı elde edilmiştir (Ekinci,1995). Carette ve Malhotra (1992), silis dumanının betonun uzun süreli dayanım kazanımı konusunda yaptıkları araştırmada, %10 silis dumanı içeren 0.25 S/B oranındaki beton 3.5 yıl sonunda, 100 MPa civarında dayanıma eriştiğini gözlemişlerdir (Ekinci,1995). Khayat ve Aitcin'e (1992) göre, normal bakım koşullarında silis dumanının beton-dayanımına olumlu etkisi gün arasında görülmektedir. Ancak su/bağlayıcı oranını 0.40 seviyelerine çekerek dayanımları yükseltmek mümkündür. Cong vd'ne (1992) göre, silis dumanı hamur-agrega ara geçiş bölgelerindeki boşlukları doldurarak betonun daha yüksek dayanımlı olmasına neden olmaktadır. Laamanen vd e (1992) göre,silis dumanının çimento ile ikame oranı %8 oranında tutulduğunda erken yüksek sıcaklığa maruz kalan betonların dayanımında düşüş gözlenmiştir. Kondo vd ne (1974) göre, yüksek sıcaklıklarda kür edilen silis dumanlı betonların 7 günlük dayanımlarının daha yüksek olduğunu, ancak 4. hafta sonunda en yüksek dayanımların 20 C sıcaklıkta kür edilen betonlarda elde edildiğini gözlemişlerdir (Ekinci,1995). Johnston (1992), %10 silis dumanı içeren betonlarda 65 C'de hızlandırılmış kür uygulamasıyla, 16. saatte 28 MPa ve 28. günde MPa basınç dayanımın sağlandığını gözlemiştir (Ekinci,1995). Skjeggerud vd (1992) göre, hava sürüklenmiş silis dumanı betonunda her %1 hava için basınç dayanımı %5 azalmaktadır (Ekinci,1995) Sandvik ve Gjorv (1992) ise, dozajın 185 ile 482 kg/m 3, S/B oranının 0.45 ile 1.00, silis dumanının %0 ile %20 arasında değiştiği betonlarda silis dumanı ikame oranının artmasıyla dayanım gelişiminin farklılık gösterdiğini bu nedenle de halen 17

31 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR kullanılan dayanım tahmin denklemlerinin silis dumanı içeren betonlar için baştan düzenlenmesi gerektiğini ileri sürmektedirler (Ekinci,1995). Baalbaki vd (1992), silis dumanı, yüksek fırın cürufu, uçucu kül ve portland çimentosunun değişik karışım oranlarının denendiği düşük S/B oranlı betonlarda, bir günde sadece silis dumanı betonlarının kontrol betonu dayanımını yakalarken bir yıl sonunda tüm mineral katkılı betonların kontrol betonuna oranla daha yüksek dayanımlar ( MPa) verdiğini gözlemlemişlerdir (Ekinci,1995). Shizava vd (1992), çok ince öğütülmüş portland çimentosu ve ince öğütülmüş yüksek fırın cürufu ile silis dumanı kullanılarak çok yüksek dayanımlı betonlar üretmişlerdir. Bu vesile ile, silis dumanının dayanım üzerinde cüruftan daha etkili olduğunu gözlemişlerdir. Silis dumanı ve süper akışkanlaştırıcının birlikte kullanılması ile elde edilen yüksek dayanımlı betonlarda silis dumanı katkısı çimentonun ağırlıkça %15 i civarındadır. Bu betonlarda çimento dozajını kg/m 3 sınırının üstüne çıkarmak veya S/B oranını 0.30 un altına indirmek gibi zorlamalar fazla yarar sağlamamaktadır (Goldman ve Bentur, 1989; Yogendran vd, 1987: Yeğinobalı, 1993). Kazuyuki ve Kawamura (1994) harçlar üzerinde yapmış oldukları araştırmada, silis dumanını Ca(OH) 2 miktarını önemli ölçüde düşürerek ilave dayanım kazandığını gözlemlemişler. Bu araştırmaya göre, kontrol karışımı 28. gün sonunda Ca(OH) 2 miktarı %4.1 iken, %5 silis dumanı kullanılması durumunda Ca(OH) 2 miktarının %3.1'e, %10 silis dumanı kullanımında %2.3'e, %20 silis dumanı kullanımında %1.3'e ve %30 silis dumanı kullanımında %0.8'e düşmüştür (Ekinci,1995). Kawamura vd' ne (1987) göre, SD/Ç oranı %5 olan harç karışımında 3 ay sonunda Ca(OH) 2 miktarı %7-10 arasında olurken, %10'da tutulması durumunda bu oran %4-9 ve %15 düzeyinde tutulması durumunda ise %2-5 arasında kalmaktadır (Ekinci,1995). 18

32 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Elastisite modülü Betonda elastisite modülü dayanımla birlikte artar, ancak artış katkısız betonlara göre daha yavaş olur. Bazı araştırmacılara göre normal ve silis dumanlı betonlarda gerilme-birim deformasyon ilişkisi veya aynı dayanımdaki elastisite modülü fazla farklılık göstermez (Yeğinobalı, 2002: Helland, Hoff, Einstabland, 1983;Loland, 1983; Luther ve Hansen, 1989). Diğer bir grup araştırmacı silis dumanı katkısının elastisite modülünü artıracağını, ancak bu artışın dayanımdaki artış kadar fazla olmayacağını öne sürmüştür (Yeğinobalı,2002: Bürge,1983). Berke vd'ne (1992) göre, silis dumanı kullanımı betonlarda elastisite modülünü önemli oranlarda artırmaktadır (Ekinci,1995). Alfes (1992), %20 silis dumanı içeren yüksek dayanımlı betonların statik elastisite modülünün yaklaşık 85 MPa değerine ulaştığını gözlemiştir (Ekinci,1995). Khayat, Aitcin (1992) ve Burge'nin (1983) yaptıkları araştırmalarda, agregaçimento hamurunun arayüzey bölgesindeki olumlu etkisi nedeniyle SD katkısının betonda elastisite modülünün, basınç dayanımı kadar olmamakla beraber biraz arttığı gözlenmiştir (Ekinci,1995) Rötre Silis dumanlı betonlarda rötre, katkı miktarı, s/b orantısı ve ilk günlerdeki bakım koşullarına bağlı olarak farklılıklar gösterebilmektedir. Bu faktörlere bağlı olarak elde edilen sonuçlar normal betonla elde edilenlerden farklı olabilmektedir. Katkı miktarı %10'dan az tutulduğunda normal betonlara yakın değerler elde edilmektedir. Daha yüksek silis dumanı miktarları, s/b orantısının 0.60'dan büyük olması, yetersiz ıslak bakım ve ileri yaşlar kuruma rötresini göreceli olarak artırmaktadır (Yeğinobalı, 2002: ACI Committee, 2000; Khayat ve Aitcin, 1992; Sellevold ve Nilsen, 1987). Başlangıçta 28 gün süre ile bakım yapılmış betonlarda silis dumanı katkısının etkisi çok belirgin olmamaktadır (Şekil 2.6.) (Yeğinobalı, 2002: Malhotra, 1987; Carette ve Malhotra, 1992). 19

33 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Yüksek dayanımlı silis dumanı katkılı betonlarda rötrenin aynı dayanımdaki normal betonlara göre daha az olduğu bulunmuştur (Luther ve Hansen,1989; VVolsiefer, 1984;Hansen, 1987). Yeğinobalı nın (2002) bildirdiğine göre, Bentur ve Goldman (1989) s/b orantısı 0.33 olan, çimentonun %13'ü yerine silis dumanı katılmış ve 28 gün suda kür edilmiş betonlarda rötrenin katkısız betona göre büyük ölçüde azaldığını bildirmişlerdir. Ancak araştırmacılara göre eşit buharlaşan su miktarı bazında kıyaslandığında daha küçük gözeneklerden su kaybının silis dumanlı betonlarda daha büyük rötre gerilme ve deformasyonlarına yol açması beklenebilir. Şekil 2.6. Silis dumanlı betonlarda kuruma rötresi (Malhotra ve diğerleri,1987). Alfes'e (1992) göre, agrega tipi ve miktarı kuruma rötresini etkilemekte ve silis dumanı kuruma rötresini önemli oranda azaltmaktadır. Alou ve Houst'a (1992) göre, Tip I çimentosu, silis dumanı ve kum kullanılarak yapılan tamir harçlarında, kuruma rötresi daha düşük olmaktadır (Ekinci, 1995). 20

34 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Sünme Smadi vd'ne (1987) göre, betonun basınç dayanımının artmasıyla sünmede azalma görülür. Silis dumanı katkısı içeren yüksek dayanımlı betonlarda sünme katsayısı küçülmektedir (Ekinci, 1995). Khayat ve Aitcin (1992), silis dumanı içeren betonların kontrol betonuna oranla daha az sünme yaptığını ileri sürmüşlerdir ve sünmenin dayanım artışı ile azaldığını belirtmişlerdir (Ekinci, 1995). Alou ve Houst'a (1992) göre, Tip I çimentosu, silis dumanı ve kum kullanılarak yapılan tamir harçlarında sünme daha yüksek olmaktadır (Ekinci, 1995). Çimento yerine ağırlıkça %15-25 miktarlarında katıldığında, silis dumanı MPa dayanım sınıflarındaki betonların sünmesini fazla etkilememektedir (Yeğinobalı, 2002: Luther ve Hansen,1989; Saucier,1984; Buil ve Acker 1985). Silis dumanı ile elde edilen yüksek dayanımlı, düşük çimento/bağlayıcı orantılı betonların sünmesi normal dayanımlı katkısız betonlarınkinden daha düşüktür (Yeğinobalı, 2002: Tomaszevvicz, 1985; Smadi, 1987) Çekme ve eğilme dayanımı Khayat ve Aitcin'e (1992) göre, silis dumanı katkılı betonlarda çekme eğilme dayanımları basınç dayanımına oranları katkısız betonlarınkine benzemektedir. Silis dumanı katkı miktarının artması veya süper akışkanlaştırıcı kullanılmaması eğilmebasınç dayanım oranının katkısız betonlarınkinden daha küçük olmasına yol açacaktır (Yeğinobalı, 1993) Aşınma Beton yüzeylerin servis koşulları altında bozulup çatlayarak parçalanması trafik yükleri altında veya akarsuların etkisi ile erozyon ve oyulma şeklinde meydana 21

35 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR gelir. Silis dumanı katkısı gerek hamur gerekse hamur-agrega arayüzey dayanımlarını artırması nedeni ile betonun bu gibi yıpratıcı etkilere karşı direncini artırmaktadır (McDonald, 1991). Böhme cihazı ile yapılan deneylerde çimentonun %10'u kadar katılan silis dumanı ile aşınma kaybının %40 mertebesinde azaltılabileceği bulunmuştur (Ekinci ve Yeğinobalı, 1995). Holland vd'nin (1986) aynı cins agrega üzerinde yaptığı aşınma kaybı araştırmasında, S/B oranı 0.45 olan kontrol betonu 72 saatlik aşınma uygulaması sonunda %6.9 oranında aşınma kaybı göstermiştir. Aynı şartlar altında, çimentonun %17.6 hacmi oranında silis dumanı ve S/B oranı 0.53 olan betonlarda %5 ve çimentonun %42.9 oranında SD ve S/B oranı 0.21 olan betonlarda da %2.2'lik. aşınma kaybı saptanmıştır (Ekinci, 1995) Gözeneklilik, Geçirgenlik ve Su Emme Cıvalı porozimetre ile yapılan deneyler sonucunda silis dumanı katkısının sertleşmiş çimento hamuru ve harçlarında iri gözenekleri azaltarak daha fazla sayıda küçük gözenek oluşturduğunu ve gözeneklerin daha homojen olarak dağıldığı gözlenmiştir (Şekil 2.7.). Ancak iç yapıdaki toplam gözeneklilik değişmemektedir. Homojen yapı küçük gözeneklerdeki suyun daha yavaş ve kontrollü olarak buharlaşması ile ilişkilendirilmektedir. (Yeğinobalı, 2002: Mehta ve Gjorv, 1982; Bentur, Goldman ve Chen, 1988) 22

36 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Şekil 2.7. Sertleşmiş çimento hamurunda gözenek dağılımı (Yeğinobalı, 2002 :Mehta ve Gjorv, 1982). Silis dumanı katkısı kılcal boşlukları küçülterek süreksiz hale getirdiği için betonda geçirgenliği azaltır. Örneğin, çimento hamurunda 3.8x10-13 m/s olarak ölçülen su geçirgenliği %10 ve %20 miktarlarında silis dumanı katıldığında sırası ile 0.9x10-13 m/s ve 0.1x10-13 m/s gibi değerlere düşmektedir (Yeğinobalı,2002). Katkısız betonlara oranla silis dumanı katkılı betonların daha yavaş su emdiği gözlemlenmiştir (Yeğinobalı, 2002: Sellevold ve Nilsen, 1987) Agrega-Hamur Arayüzeyi Sertleşmiş çimento hamuru ile agrega arasında yaklaşık 50 µm kalınlığındaki arayüzey bölgesinin hidratasyon başlangıcından itibaren hamurun diğer bölgelerinden daha farklı bir yapı ile oluştuğu belirtilmişti. Uçucu kül, yüksek fırın cürufu ve özellikle silis dumanı katkıları bu bölgenin morfolojisini olumlu yönde değiştirerek beton dayanımının artmasına katkıda bulunurlar. Silis dumanı katkısı ile bölgenin kalınlığı azalır. Bölgedeki CH kristalleri küçülür, eğimleri değişir, gözeneklilik azalır ve buradaki hamurun iç yapısı zamanla diğer bölgelerinkine benzemeye başlar (Yeğinobalı, 2002). 23

37 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Aderans Silis dumanlı betonlarda iç terleme azaldığı için agrega alt yüzeylerinde olduğu gibi çelik donatı çubuklarının altında da su birikimi ve boşluk oluşumu azalır. İlâveten, daha sıkı ve yapışkan olan taze beton, agregayı, donatı çubuklarını ve betonun temasta bulunduğu diğer malzemeyi daha etkin olarak sarar, aradaki aderans kuvvetlenir (Yeğinobalı, 2002). Birçok araştırmacı tarafından değişken tip agregalar ve %5'den %30'a kadar silis dumanı katkısı içeren betonlarda hamur-agrega arasındaki aderansın kuvvetlendiği bildirilmektedir. En az %5 silis dumanı katkısı arayüzeyindeki kırılma enerjisini önemli ölçüde artırmaktadır (Yeğinobalı, 2002: Chen ve Zhang, 1986; Wang, Liu, Xie ve Wu, 1986). Silis dumanlı betonlarda çelik donatıya olan aderans artmaktadır. Ezeldin ve Balaguru'ya (1989) göre %20 oranına kadar katılan silisin dumanı ile donatı aderansı beton basınç dayanımının kare kökü ile orantılı olarak artmaktadır (Yağinobalı, 2002). Gjorv ve arkadaşları (1990) da %16'ya kadar silis dumanı katkılı betonlarda nervürlü çubuklara olan aderansın katkı miktarı ve basınç dayanımı ile birlikte arttığını bildirmişlerdir. Aderans artışı %20'nin üzerindeki katkı miktarları ile daha belirgin olmaktadır (Yeğinobalı, 2002: Khayat ve Aitcin,1992;Bürge 1983). Hafif agregalı betonlarda da silis dumanı katkı miktarına bağlı olarak donatı aderansını 3-5 kat artırabilmektedir (Yeğinobalı, 2002: Robins ve Austin, 1986). Arayüzey bölgelerindeki iyileşme silis dumanlı betonların diğer betonlara ve metal levha gibi diğer malzemeye daha kuvvetli yapışması yolu ile de kendini göstermektedir (Yeğinobalı, 2002: Sellevold ve Nilsen, 1987; Johansen ve Dahi, 1983; Chen ve Zhang, 1986). Silis dumanlı hamurlarda karbon veya çelik liflere olan aderans da kuvvetlenmektedir. Ancak, artan gevreklik nedeni ile lif tamamen sıyrılmadan önce hamurun çatlaması olasılığı vardır (Yeğinobalı, 2002: Khayat ve Aitcin, 1992). 24

38 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Darbeye Karşı Dayanıklılık Silis dumanı katkılı betonların dinamik yüklere karşı direncini belirlemek için yapılan bir çalışmada %25'e kadar silis dumanı katkısı içeren beton numuneler belirli yükseklikten düşen bir kütlenin ardışık darbelerine maruz bırakılmışlar, ağırlık kayıpları ve ultrasonik puls geçiş hızları ölçülerek katkısız beton değerleri ile karşılaştırılmışlardır. Sonuçlara göre özellikle %10~15 arasındaki katkı oranları betonun darbeye karşı direncini artırmaktadır (Ekinci ve Yeğinobalı, 1996) Poisson Orantısı Yeğinobalı nın (2002) bildirdiğine göre silis dumanı içeren yüksek dayanımlı betonlarda dayanım MPa arasında değişirken Poisson Orantısı da arasında değişir (VVolsiefer, 1984; Saucier, 1984). Normal betonlarla arada belirgin bir davranış farkı bulunmadığı anlaşılmaktadır Silis Dumanı İle Üretilen Betonun Ortam Şartlarına Dayanıklılık Özellikleri Geçirimlilik Su geçirimsizliği,betonun zararlı çevre etkilerine karşı dayanıklılığı üzerinde önemli bir rol oynar. Normal betonlarda olduğu gibi silis dumanlı betonlarda da geçirgenlik bileşim, bileşenlerin özellikleri, yerleştirme koşulları ve bakım gibi faktörlere bağlıdır. Silis dumanı katkısı çimento hamurundaki toplam gözenek hacmini fazla değiştirmemekle beraber küçük gözenek sayısını artırırken, büyük gözenekleri azaltmakta, hamuru daha homojen ve geçirimsiz yapmaktadır. Cıvalı porozimetre ile yapılan deneyler silis dumanı katkısının sertleşmiş çimento hamuru ve harçlarında iri gözenekleri azaltarak daha fazla sayıda küçük gözenek oluşturduğunu ve gözeneklerin daha homojen olarak dağıldığını göstermiştir (Şekil 2.8.). 25

39 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Şekil 2.8. Gözenek çapı-civa geçişi (Yeğinobalı, 2002). Silis dumanı katkısı kılcal boşlukları küçülterek süreksiz hale getirdiği için betonda geçirgenliği azaltır. Örneğin, çimento hamurunda 3.8x10-13 m/s olarak ölçülen su geçirgenliği %10 ve %20 miktarlarında silis dumanı katıldığında sırası ile 0.9x10-13 m/s ve 0.1x10-13 m/s gibi değerlere düşmektedir (Yeğinobalı, 2002: Hooton, 1986). Yeğinobalı ya (2002) göre, düşük dozlu betonlarda bu etki daha belirgin şekilde gözlemlenir. Genelde silis dumanının geçirimsizliği artırma yönünde K faktörü basınç dayanımı için bulunan değerden daha fazladır (Gjorv,1983; ACI Committee,1987; Khayat ve Aitcin, 1992; Yeğinobalı, 1993). Özturan'a (1992) göre, mineral katkı maddelerinin, dayanıklılığı artırıcı fonksiyonlarının başında beton boşluk yapısını iyileştirmeleri ve dolayısıyla geçirimliliği azaltmaları gelmektedir. Khayat ve Aitcin'e (1992) göre silis dumanı, çimento hamurunun geçirimsizliğini azaltmaktadır. Özellikle düşük dayanımlı betonlarda bu etki daha net görülmektedir. Ayrıca, silis dumanı betonun kuruma hızını ve difüzyon katsayısını azaltmaktadır (Ekinci, 1995). 26

40 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Atlassi (1992), S/B oranını 0.30 ile 0.60 arasında değişen ve %0 ile %25 arasında silis dumanı içeren betonlarda ortam rutubetinin %80'in altına düşmesi durumunda, silis dumanının betonun içinde rutubet hareketlerini çok azalttığını ileri sürmektedir (Ekinci, 1995). Morgan ve Wosiefer (1992), silis dumanı içeren ve içermeyen püskürtme betonlarının klor geçirgenliğini incelemişler ve silis dumanı içeren tüm karışımlarda çok düşük geçirgenlik elde iletmişlerdir (Ekinci, 1995). Betonda ASTM C 1202 metoduna göre klor iyonu geçirgenliğinin elektrik akımı ile hızlı bir şekilde tayini sık kullanılan ve diğer geçirgenlik ölçen metodlarla uyum içinde olan bir yöntemdir. (ASTM C1 202,1998) Tablo 2.2.'de bu metodla çeşitli betonlarda -silis dumanlılar dahil- ölçülen tipik klor geçirgenlik değerleri verilmektedir. Şekil 2.9. da betonda klor geçirgenliğinin silis dumanı miktarına bağlı olarak azalışı gösterilmiştir (Yeğinobalı, 2002: ACI committee, 2000). Tablo 2.2. Betonlarda klor geçirgenliği Beton türü Klor geçirgenliği Geçen elektrik yükü (kulomb) Normal beton Fazla 4000 den fazla (s/ç>0.6) Normal beton Orta (s/ç= ) Normal beton Az (s/ç<0.4) %5-15 silis dumanlı, düşük s/b orantılı Çok az beton, lateksli beton % silis dumanlı, düşük s/b ihmal edilebilir orantılı beton, 100 den az polimerli betonlar 27

41 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Şekil 2.9. Betonlarda silis dumanı miktarı ile geçirgenlik arasındaki bağıntı (ACI Committee, 2000) Long vd (1992), betonun geçirimliliğini yerinde test etmek için bir cihaz geliştirmişler. Elde ettikleri verilere göre % 5 silis dumanı kullanımının geçirimliliği azalttığını ve yüksek S/B oranlarında iyileştirmenin daha fazla olduğunu gözlemişlerdir (Ekinci, 2002). Seki vd (1992), silis dumanı, yüksek fırın cürufu ve kolloid çimento kullanarak üretilen betonlarda su ve klor geçirimliliklerinin kontrol betonuna oranla azaldığını gözlemlemişlerdir (Ekinci, 2002) Donma-çözülme dayanıklılığı Khayat ve Aitcin'e (1992) göre, silis dumanı, çimento hamurunun boşluk yapısını iyileştirmekte ve böylece daha küçük boyutlu boşluklarda suyun donma derecesi düşmekte olup, betonun donma-çözülme tekrarlarına dayanıklılığı artmaktadır (Ekinci, 1995). Batrakov vd (1992), üç değişik tipte silis dumanı ile ürettikleri betonlarda, silis dumanı miktarı %10 olduğunda donmaya dayanıklılığın kontrol betonu ile aynı 28

42 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR olduğunu, ancak silis dumanının artmasıyla dayanıklılığın azaldığını ileri sürmektedir (Ekinci, 1995). Alou ve Houst (1992), %10 oranında silis dumanı kullanarak ürettikleri tamir harçlarında donma dayanıklığın yeterli düzeyde olduğunu gözlemişlerdir (Ekinci, 1995). Hooton'a (1993) göre, silis dumanı ilave edilen karışımlar kontrol karışımına oranla donma-çözülme tekrarlarına karşı daha dayanıklıdır (Ekinci, 1995). Long vd'ne (1992) göre, 0.70 S/B oranında normal beton daha çabuk kritik doygunluk derecesine ulaşmakta ve donmadan zarar görmektedir. Silis dumanının yararlı etkisi, yüksek S/B oranlarında daha çok hisedilirken, Silis dumanı miktarının artışıyla dayanıklılık artmaktadır (Ekinci, 1995). Jacobsen ve Sellevold (1992), hava sürüklenmemiş silis dumanı betonlarında buz çözücü tuzların etkisinde donma-çözülme deneyleri yapmışlar ve silis dumanı kullanımı ile dayanıklığın arttığını gözlemişlerdir (Ekinci, 1995) Alkali-agrega reaksiyonu Betonda zamanla genleşme ve çatlamalara yol açan alkali-agrega reaksiyonları genellikle alkali-karbonat ve alkali-silika reaksiyonları olarak iki ana grupta ele alınmaktadır. Silis dumanı katkısının alkali karbonat reaksiyonunun kontrol altına alınmasında fazla etkili olmadığı bildirilmektedir ( Perry ve Gillot, 1985). Betona silis dumanı gibi bazı puzolanların yeterli miktarda katılması halinde alkali-silika reaksiyonu geciktirilebilmekte veya önlenebilmektedir. Puzolanların ince taneleri çimento hamuru gözenek sıvısındaki alkalileri hızla bağlayarak yoğunlukları ve sıvının ph değerini azaltır. Bu durumda gözenek sıvısında azalan alkalilerin agregadaki reaktif silis ile reaksiyona girmeleri zorlaşır. İlâveten, katkılı hamurda geçirgenliğin azalmış olması da olumlu etki yapmaktadır (Yeğinobalı, 2002). Perry ve Gillott'a (1985) göre opal türü bir agrega ile kullanıldığında silis dumanı çimentonun %20'si gibi yüksek bir oranda katılması halinde genleşmeyi 29

43 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR kontrol altına almakta, %5 gibi az miktarda katıldığında ise genleşmeyi artırarak daha zararlı olmaktadır. Silis dumanının yeterli miktarda katılması kadar uygun bileşimde olması da önemlidir. Puzolanik aktivitesi ile bu reaksiyonu önlemedeki etkinliği arasında güvenilir bir korelasyon bulunmamaktadır (Yeğinobalı, 2002: Kawamura, Takemoto ve Hasaba, 1987). Farklı mineral katkılar ve deney yöntemleri ile yapılan çalışmalarda çimentonun en az %10'u yerine katılan silis dumanı alkali-silika reaksiyonunu kontrolünde en etkili olmuştur (Yeğinobalı, 2002: Davies ve Oberholster, 1987). Hooton'a göre de ASTM C 441 deneyi uygulanan yüksek alkalili bir çimentonun en az %10'u yerine silis dumanı katıldığında genleşme 14 günde %0.02'nin altına çekilebilmiştir (Şekil 2.10.) (Yeğinobalı, 2002: Hooton, 1993). Şekil Silis dumanı katkısının ASTM C 441 deneyine göre harç çubuklarının genleşmesine etkisi (Yeğinobalı, 2002: Hooton, 1993) Özet olarak, silis dumanı çimentonun yeterli bir bölümü yerine katılması halinde alkali-silika reaksiyonunun kontrolünde genellikle diğer puzolanlardan daha 30

44 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR etkili olmaktadır. Ancak, kullanılacak silis dumanı ile agreganın önceden birlikte denenmesi önerilmektedir. Özturan'a (1992) göre, bazı reaktif agregalar çimentodaki alkali ve hidroksil iyonları ile reaksiyona girerek, genleşen jel oluştururarak, çimento hamurunun çatlamasına neden olmaktadır. Mineral katkı maddeleri genelde betonda alkaliagrega reaksiyonunu önleyici etkiye sahiptirler (Ekinci, 1995). Khayat ve Aitcin'e (1992) göre, silis dumanının çimento hamurunda geçirimsizliği artırarak rutubetin agrega-harç ara yüzeyine ulaşmasını engellediğini, aynı zamanda boşluk suyundaki alkali ve hidroksil iyon konsantrasyonunu azalttığını ileri sürmektedirler (Ekinci, 1995). Geiker ve Thaulov (1992), doymuş kalsiyum hidroksit ile sodyum klorür solüsyonları etkisine maruz harç çubuklarında, 20 hafta boyunca uzamaları ölçmüşler ve uçucu kül ile silis dumanının alkali-agrega reaksiyonunu önlemede oldukça etkili olduğunu gözlemişlerdir (Ekinci, 1995). Larbi ve Bijen (1992), yüksek fırın cürufu, uçucu kül, silis dumanı, sentetik kolloidai silica ve metakaolin gibi çeşitli mineral katkıların kullanımı ile alkaliagrega reaksiyonu zararlı etkilerinin azaltılabileceği sonucuna varmışlardır (Ekinci, 1995) Zararlı kimyasallara dayanıklılık Kimyasal maddelerin betonu yıpratıcı etkileri çeşitli yollardan olabilir. Asitler kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girerek suda çözünen tuzların betondan ayrılmasına neden olurlar. Artan geçirimlilik betonu zararlı etkilere karşı daha zayıflatır. Sülfatlar kalsiyum hidroksit ve trikalsiyum alüminat jeli bulanan ortamlarda etrenjit jelini oluşturabilirler. Bu jel betonda şişme ve çatlamalara neden olur. Magnezyum ve amonyum sülfatlar ise C-S-H jelini ayrıştırabilirler. Yapılan araştırmalarda, silis dumanı katkısının asitlerin betona olan zararlı etkisini geciktirdiği ve genellikle betonun sodyum sülfata karşı direncini artırdığı görülmüştür(yeğinobalı, 2002). Çimentonun %15'i yerine katılan silis dumanı ile sülfatlara dayanıklı çimento elde edilebilmektedir. Bu olumlu etkiler silis dumanı katkısı ile betonda 31

45 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR geçirimsizliğin artması ve kalsiyum hidroksit'in C-S-H jeline çevrilmesi ile açıklanabilir. Diğer taraftan silis dumanı katkısı magnezyum sülfatlara karşı etkili olmamakta, hatta direnci azaltmaktadır. Bu durum silis dumanı katkısı ile oluşan C- S-H jelinin bağlayıcı olmayan jellere dönüşmesi ve ayrışması ile açıklanabilir (Yeğinobalı, 2002: Gjorv, 1983; ACI, 1987; Cohen ve Bentur, 1988; Khayat ve Aitcin, 1992; Madej, 1992; Hooton,1993; Yeğinobalı, 1993). Khayat ve Aitcin'e (1992) göre, asitler gibi zararlı kalsiyumlar, Ca(OH) 2 ile reaksiyona girip suda çözünen tuzlar oluştururlar. Bu tuzların betondan yıkanması ile geçirimlilik artmakta ve böylece zararlı kimyasalların beton içine girişi hızlanmaktadır. Sülfatlar da aynı tip reaksiyon sonucu genleşen ve betonda çatlaklar oluşturan etrenjit üretirler (Ekinci, 1995). Al-Amouhi vd (1992), mineral katkılı betonların yüksek konsantrasyonlu sülfat ve klor içeren ortamlardaki davranışlarını incelemişler ve Tip I çimentosu ile kül karışımlarının en iyi sonuçları verdiğini, silis dumanı ve cüruf içeren yüzeylerinde ise daha çok hasar oluştuğunu gözlemişlerdir (Ekinci, 1995). Hooton (1993), %5 Na 2 S0 4 çözeltisindeki harç çubuklarından kontrol çubukları 90 gün sonunda önemli ölçüde boy değişimine maruz kalırken, değişik oranlarda silis dumanı içerikli çubukların çok az boy değişimine maruz kaldıklarını gözlemiştir (Ekinci, 1995). Johnston (1992), 65 C hızlandırılmış kür uygulanmış ve %3 NaCl içinde donma deneylerine tabi tutulmuş, %10 silis dumanı içeren betonların kontrol betonlarına oranla buz çözücü tuzlara karşı daha dirençli olduklarını gözlemiştir (Ekinci, 1995). Morgan ve Wolsiefer (1992), silis dumanı içeren püskürtme betonların buz çözücü tuzlara karşı iyi dayanım gösterdiğini ileri sürmektedir (Ekinci, 1995). Skjeggerud vd'ne (1992) göre, silis dumanlı betonlar kontrol betonlarına oranla daha düşük hava içermektedir (Ekinci, 1995: Özturan, 1993). Kazuyuki ve Kavamura'nın (1994) yaptıkları bir araştırmada, %10 Na 2 So 4 çözeltisinde kontrol harç çubukları 6 ay sonunda %0.5 oranında boy değişimine maruz kalırken, silis dumanı ile değişik oranlarda üretilmiş harçlarda 36 ay sonunda çok az (%0.1 oranında) boy değişimine maruz kalmıştır. Aynı araştırmada, %10 32

46 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR MgSO 4 çözeltisine konulan karışımlardan kontrol numunesi bir yıl sonunda en çok boy değişimine maruz kalırken, %30 ve %20 silis dumanı katkılı numunelerin kontrol numunesine göre daha az boy değişimine maruz kaldığı. %5 ve %10 silis dumanı katkılı numunelerin ise 3. yıl sonunda dahi çok az boy değişimine uğradıkları ileri sürülmektedir (Ekinci, 1995) Çelik donatı korozyonu Beton içine gömülü çelik donatı çubuklarının çevresindeki ph değeri yüksek (13 civarında) olan ortam çeliğin yüzeyindeki demir oksit tabakasının pasif halde kalmasını ve korozyonun ilerlemesini önleyici bir rol oynamasını sağlar. Bu tabaka klor iyonlarının ortama girmesi veya havadaki CO 2 gazının içeri sızması (karbonatlaşma) gibi etkilerle ph değerinin yaklaşık 11.5 un altına düşmesi sonucu koruyuculuk işlevini kaybeder ve çelikte korozyon başlar. Çelik çubuklarının etrafında paspayı bırakmak,bu bölgede betonun geçirimsizliğini sağlamak ve klor iyonlarından korumak başlıca alınabilecek önlemlerdir. Puzolanik katkılar çimento hamurundaki CH ile reaksiyona girerek ilave C-S-H jeli oluştururlar, betonda dayanımın artmasını ve geçirgenliğin azalmasını sağlarlar. Ortamdaki kalsiyum hidroksitin C-S-H jeli olarak puzolanlar tarafından bağlanması veya beton yüzeyinden sızan hava içindeki CO 2 ile karbonatlaşması ph değerinin düşmesine yol açacaktır. Araştırma sonuçlarına göre, silis dumanı katkısı ile artan geçirimsizlik donatı çevresindeki betonda oksijen yayılmasını azaltmakta, elektrik direncini yükseltmektedir. Betonda %30 oranında katılan silis dumanı ile ph değerinin 12'nin altına düşmediği belirtilmektedir. Silis dumanı katkısı, iyi beton yapma kurallarına uyulduğu taktirde karbonatlaşmanın ilerleme hızı da fazla etkilenmemekte hatta süper akışkanlaştırıcı ile birlikte kullanıldığında azalmaktadır (Şekil 2.11.). 33

47 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Alper DEMİR Şekil Silis dumanı ve süperakışkanlaştırıcı katkıların betonda karbonatlaşmaya etkisi (Yeğinobalı, 2002: Vennesland ve Gjorv, 1983). Hızlandırılmış deneylerde %10 ve %20 olarak katılan silis dumanı ile korozyon başlangıcının önemli ölçüde geciktirdiği gözlenmiştir, (Vennesland, 1983; Gjorv, 1983; Khayat ve Aitcin,1992; Rasheeduzzafar, vd, 1992; Yeğinobalı, 1993). Khayat ve Aitcin'e (1992) göre, silis dumanı, ph değerini biraz düşürse de karbonatlaşmayla betonun çok daha geçirimsiz olması nedeniyle, donatı korozyon riski artmamaktadır (Ekinci, 1995). Carette ve Malhotra (1992), S/B oranı 0.25 ile 0.40 arası değişen ve %10 silis dumanı içeren betonların 3.5 yıl boyunca havada kür edilmesi durumunda düşük S/B oranlarında karbonatlaşmanın çok önemsiz olduğunu ancak S/B oranının artması ile karbonatlaşmanın arttığını gözlemişlerdir (Ekinci, 1995). Berke vd (1992), silis dumanının klor geçirgenliğinin hızlandırılmış korozyon testinde oldukça azaldığını gözlemlemiştir (Ekinci, 1995). Yamato vd (1992), %10, %20 ve %30 oranlarında silis dumanı içeren 0.27 ve 0.55 S/B oranlarındaki betonlarda yaptıkları hızlandırılmış karbonatlaşma ile klor penetrasyonu deneylerinde silis dumanı ilavesi ile betonda ph değerinin ve klor penetrasyon derinliğinin düştüğünü, silis dumanının %20 ve %30 değerlerinde donatı 34