ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ Semiha AKÇAÖZOĞLU ATIK PET ŞİŞE KIRIKLARININ HAFİF BETON AGREGASI OLARAK KULLANILABİLİRLİĞİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ADANA,

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ATIK PET ŞİŞE KIRIKLARININ HAFİF BETON AGREGASI OLARAK KULLANILABİLİRLİĞİ Semiha AKÇAÖZOĞLU DOKTORA TEZİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Bu tez 1 / / Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği / Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir. İmza Doç.Dr. Cengiz D. ATİŞ DANIŞMAN İmza Doç.Dr. Alaattin KILIÇ ÜYE İmza Yrd.Doç.Dr. Fatih ÖZCAN ÜYE İmza Yrd.Doç.Dr. S.Seren AKAVCI (GÜVEN) ÜYE İmza Yrd.Doç.Dr. A.Hamza TANRIKULU ÜYE Bu tez Enstitümüz İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No: Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü İmza ve Mühür Bu Çalışma Çukurova Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi Tarafından Desteklenmiştir. Proje No: MMF D3 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ DOKTORA TEZİ ATIK PET ŞİŞE KIRIKLARININ HAFİF BETON AGREGASI OLARAK KULLANILABİLİRLİĞİ Semiha AKÇAÖZOĞLU ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Danışman : Doç.Dr. Cengiz Duran ATİŞ Yıl : Sayfa: 7 Jüri : Doç.Dr. Cengiz Duran ATİŞ Doç.Dr. Alaettin KILIÇ Yrd.Doç.Dr. Fatih ÖZCAN Yrd.Doç.Dr. S. Seren AKAVCI (GÜVEN) Yrd.Doç.Dr. A. Hamza TANRIKULU Bu çalışmada, atık Polieitilen Tereftalat (PET) şişe kırıklarının hafif harç üretiminde agrega olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Deneyler, sadece PET agregaların kullanıldığı ve PET ve kum agreganının birlikte kullanıldığı iki grup harç numuneler üzerinde yürütülmüştür. Ayrıca, yüksek fırın cürufu ve uçucu kül de, çimentoyla ağırlıkça % oranında yer değiştirilerek kullanılmıştır. Karışımlarda kullanılan PET-bağlayıcı (P/B) oranları. ve.; su-bağlayıcı (S/B) oranları ise. ve. dir. Karışımların hazırlanmasında 1- mm ve karışık (- mm) olmak üzere iki farklı PET boyutu kullanılmıştır. Yürütülen deneyler sonucunda, hem kumlu hem de kumsuz karışımlarda, çimentolu ve cüruflu numunelerin taşıyıcı hafif beton sınıfına girdiği görülmüştür. P/B oranının. den. a çıkması; numunelerin basınç dayanımlarını düşürmemiş, eğilme dayanımlarını ise bir miktar düşürmüş, rötreyi azaltmıştır. Cüruflu numuneler, uçucu küllü olanlara göre daha yüksek basınç ve eğilme dayanımları göstermiştir. S/B oranının. den. e düşmesi, harçların dayanım, rötre ve karbonatlaşma gibi özelliklerini olumlu yönde etkilemiştir. Deney sonuçları, atık PET şişe kırıklarının depreme dayanıklı yapı üretimi için taşıyıcı hafif beton yapımında agrega olarak kullanılabilme potansiyelinin olduğunu göstermiştir. Ayrıca, atık PET şişe kırıkları ile yüksek fırın cürufu ve uçucu kül gibi endüstriyel atıkların beton üretiminde kullanılmasının; doğal kaynak kullanımının azaltılması, atıkların güvenli bir şekilde yok edilmesi, çevre kirliliğinin önlenmesi ve enerji tasarrufu açılarından avantaj sağlayacağı düşünülmektedir. Anahtar Kelimeler: PET, atık, hafif beton, yüksek fırın cürufu, uçucu kül. I

4 ABSTRACT Ph. D. THESIS AN INVESTIGATION USING WASTE PET BOTTLES AS AGGREGATE IN LIGHTWEIGHT MORTARS Semiha AKÇAÖZOĞLU DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF CUKUROVA Supervisor : Assoc. Prof. Dr. Cengiz Duran ATİŞ Year :, Pages: 7 Jury : Assoc. Prof. Dr. Cengiz Duran ATİŞ Assoc. Prof. Dr. Alaettin KILIÇ Assist. Prof. Dr. Fatih ÖZCAN Assist. Prof. Dr. S. Seren AKAVCI (GÜVEN) Assist. Prof. Dr. A. Hamza TANRIKULU In this work, the usability of waste Poly-ethylene Terephthalate (PET) granules as ligtweight aggregate in lightweight mortar was investigated. The tests were carried out on two mortar group samples, one made with only PET aggregates and, second made with PET and sand aggregates together. Additionly, blast-furnace slag and fly ash were also used as the replacement of cement on mass basis at the replacement ratio of % to reduce amount of cement and provide savings. The PET-binder (P/B) ratios used in the mixtures were chosen. and.; waterbinder (w/b) ratios were. and.. Two different maximum size of PET granules were used, 1-mm and - mm in the preparation of mortar mixtures. The results of laboratory study and testing carried out showed that, mortar containing only PET as aggregate, mortar containing PET and sand as aggregate, and mortars modified with slag as cement replacement can be drop into structural lightweight concrete category. Altouhg, the increase in P/B ratio from. than. did not influence the compressive strength of the samples, however, it reduced the flexural-tensile strength a bit, also it caused a reduction in the shrinkage of mortar. The samples containing slag showed higher compressive and flexural-tensile strengts than the samples made with fly ash as cement replacement. The decrease in the w/b ratio from. to. influenced and improved the properties of the mortars including strength, shrinkage, carbonation etc. The test results also showed that, the waste PET granules were suitable as aggregate in the production of structural lightweight concrete for producing the earthquake resistance building structures. Furthermore, it was thougth that, the use of industrial wastes such as PET granules, blast-furnace slag and fly ash, in producing concrete provide advantages such as reducing of using natural sources, disposing of wastes, prevention of pollution, and energy saving. Key Words: PET, waste, lightweight concrete, blast-furnace slag, fly ash. II

5 TEŞEKKÜR Doktora tez konumun belirlenmesinde ve çalışmalarımın yürütülmesi sırasında, beni değerli bilgi ve birikimleriyle yönlendiren ve her konuda bana destek olan sayın hocam Doç.Dr. Cengiz Duran ATİŞ e en içten teşekkürlerimi sunarım. Çalışmalarımda bana yardımcı olan ve desteklerini esirgemeyen değerli hocam Yrd.Doç.Dr. S. Seren AKAVCI (GÜVEN) e ve Yrd.Doç.Dr. Fatih ÖZCAN a teşekkür ederim. Laboratuar çalışmalarıma destekte bulunan SASA PET Şişe Tesisi ve Adana Çimento San. T.A.Ş. firmalarına ve çalışanlarına teşekkür ederim. Tez ve laboratuar çalışmalarımı maddi olarak destekleyen Çukurova Üniversitesi Rektörlük Araştırma Fonu na teşekkür ederim. Benden desteklerini esirgemeyen eşim Kubilay AKÇAÖZOĞLU na, oğlum Alparslan AKÇAÖZOĞLU na ve anneme sonsuz teşekkürlerimi sunarım. III

6 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ... I ABSTRACT... II TEŞEKKÜR... III İÇİNDEKİLER... IV TABLOLAR DİZİNİ. X ŞEKİLLER DİZİNİ XIII RESİMLER DİZİNİ... XXII SİMGELER VE KISALTMALAR... XXIII 1. GİRİŞ. 1. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR...1. Plastik Atık Çeşitleri İle İlgili Genel Bilgiler... Polietilen Tereftalat (PET).3. PET ve Diğer Atık Plastiklerin Beton Üretiminde Kullanılması Atık PET ve Diğer Plastik Kırıklarının Hafif Beton Üretiminde Agrega Olarak Kullanılması Atık PET ve Diğer Plastik Kırıklarının Asfalt Betonunda Agrega Olarak Kullanılması Atık PET lerin Lif Takviyeli Beton Üretiminde Kullanılması Atık PET ve Diğer Plastiklerin Eritilerek Betonda Sentetik Agrega veya Bağlayıcı Olarak Kullanılması Atık PET lerin Polimer Betonu Reçinesi Yapımında Kullanılması Mineral Katkı Malzemeleri...1. İnce Öğütülmüş Mineral Katkıların Sınıflandırılması..... Puzolanik Malzemeler Puzolanların Tanımı.... Puzolanik Malzemelerin Tipleri Puzolanik Reaksiyon 3... Puzolanik Aktiflik 3 IV

7 .. Yüksek Fırın Cürufu Yüksek Fırın Cürufunun Üretimi..... Yüksek Fırınının Kimyasal Özellikleri...3. Yüksek Fırın Cürufunun Hidratasyonu Yüksek Fırın Cürufunun Kullanım Alanları.... Yüksek Fırın Cürufunun Beton Özelliklerine Etkileri Taze Beton Özellikleri Üzerine Etkileri....1.(1). Su İhtiyacı ve İşlenebilirlik...1.(). Kanama (Terleme) (3). Hidratasyon Isısı (). Priz Süresi Sertleşmiş Beton Özellikleri Üzerine Etkileri 3...(1). Basınç Dayanımı 3...(). Çekme Dayanımı 3...(3). Sünme. 3...(). Rötre (). Elastisite Modülü Betonun Dayanıklılık Özelliklerine Etkileri (1). Permeabilite (). Sülfatlara Dayanıklılık (3). Donma-Çözülme Direnci (). Aşınma (). Alkali-Silika Reaksiyonu (). Klor Geçirgenliği (7). Karbonatlaşma 37.. Uçucu Kül Uçucu Külün Üretimi Uçucu Kül Sınıfları Uçucu Külün Özellikleri Uçucu Külün Fiziksel Özellikleri Uçucu Külün Kimyasal Özellikleri ve Kompozisyonu.. V

8 ... Uçucu Külün Beton Özellliklerine Etkileri Taze Beton Özellikleri Üzerine Etkileri (1). İşlenebilirlik (). Priz Süresi (3). Hidratasyon Isısı....1.(). Kanama (Terleme)..... Sertleşmiş Beton Özellikleri Üzerine Etkileri...(1). Basınç ve Çekme Dayanımı......(). Rötre (3). Elastisite Modülü Betonun Dayanıklılık Özelliklerine Etkileri (1). Su Geçirimlilik (). Sülfatlara Dayanıklılık (3). Alkali-Agrega Reaksiyonu....3.(). Karbonatlaşma.7. Literatür Değerlendirmesi MATERYAL VE METOD 3.1. Kullanılan Malzeme Özellikleri Çimento Yüksek Fırın Cürufu Uçucu Kül İnce Agrega (Kum) Atık Polietilen Tereftalat (PET) Şişe Kırıkları Karışım ve Bakım Suyu Harç Karışım Oranları Numunelerin Üretimi ve Kürü Harç Numuneler Üzerinde Yürütülen Çalışmalar Çimentonun Priz Süresinin Tayini 3... Yayılma Tablası Deneyi Birim Ağırlık Tayini Eğilmede Çekme Dayanımı Tayini... VI

9 3... Basınç Dayanımı Tayini Karbonatlaşma Derinliğinin Tayini Boşluk Oranı ve Su Emme Miktarının Tayini Rötre Tayini Notasyonlar.. DENEY SONUÇLARI BULGULAR VE TARTIŞMA 7.1. PET Agregalı Harç Numunelerin Deney Sonuçları Yayılma Tablası (Kıvam) Yaş Halde Birim Ağırlık Kuru Birim Ağırlık Basınç Dayanımı P/B Oranının Basınç Dayanımı Üzerindeki Etkisi PET Boyutunun Basınç Dayanımı Üzerindeki Etkisi Puzolan İkamesinin Basınç Dayanımı Üzerindeki Etkisi S/B Oranının Basınç Dayanımı Üzerindeki Etkisi Kür Şartlarının Basınç Dayanımı Üzerindeki Etkisi Eğilme Dayanımı P/B Oranının Eğilme Dayanımı Üzerindeki Etkisi PET Boyutunun Eğilme Dayanımı Üzerindeki Etkisi Puzolan İkamesinin Eğilme Dayanımı Üzerindeki Etkisi S/B Oranının Eğilme Dayanımı Üzerindeki Etkisi Kür Şartlarının Eğilme Dayanımı Üzerindeki Etkisi PET Agregalı Harçların Basınç ve Eğilme Dayanımları Arasındaki İlişki Karbonatlaşma Değerleri P/B Oranının Karbonatlaşma Üzerindeki Etkisi PET Boyutunun Karbonatlaşma Üzerindeki Etkisi Puzolan İkamesinin Karbonatlaşma Üzerindeki Etkisi S/B Oranının Karbonatlaşma Üzerindeki Etkisi Su Emme ve Boşluk Oranı Rötre Değerleri. 1 VII

10 P/B Oranının Rötre Üzerindeki Etkisi PET Boyutunun Rötre Üzerindeki Etkisi Puzolan İkamesinin Rötre Üzerindeki Etkisi S/B Oranının Rötre Üzerindeki Etkisi PET ve Kum Agregalı Hafif Harç Numunelerin Deney Sonuçları PET ve Kum Agregalı Harçların Yayılma Tablası (Kıvam) Değerleri 1... PET ve Kum Agregalı Harçların Yaş Halde Birim Ağırlıkları PET ve Kum Agregalı Harçların Kuru Birim Ağırlıkları PET ve Kum Agregalı Harçların Basınç Dayanımları P/B Oranının Basınç Dayanımı Üzerindeki Etkisi PET Boyutunun Basınç Dayanımı Üzerindeki Etkisi Puzolan İkamesinin Basınç Dayanımı Üzerindeki Etkisi S/B Oranının Basınç Dayanımları Üzerindeki Etkisi Kür Şartlarının Basınç Dayanımları Üzerindeki Etkisi PET ve Kum Agregalı Harçların Eğilme Dayanımları P/B Oranının Eğilme Dayanımı Üzerindeki Etkisi PET Boyutunun Eğilme Dayanımı Üzerindeki Etkisi Puzolan İkamesinin Eğilme Dayanımı Üzerindeki Etkisi S/B Oranının Eğilme Dayanımı Üzerindeki Etkisi Kür Şartlarının Eğilme Dayanımı Üzerindeki Etkisi PET ve Kum Agregalı Harçların Basınç ve Eğilme Dayanımları Arasındaki İlişki PET ve Kum Agregalı Harçların Karbonatlaşma Değerleri P/B Oranının Karbonatlaşma Üzerindeki Etkisi PET Boyutunun Karbonatlaşma Üzerindeki Etkisi Puzolan İkamesinin Karbonatlaşma Üzerindeki Etkisi 1... S/B Oranının Karbonatlaşma Üzerindeki Etkisi PET ve Kum Agregalı Harçların Su Emme ve Boşluk Oranları PET ve Kum Agregalı Harçların Rötre Değerleri P/B Oranının Rötre Üzerindeki Etkisi.. 3 VIII

11 ... PET Boyutunun Rötre Üzerindeki Etkisi Puzolan İkamesinin Rötre Üzerindeki Etkisi S/B Oranının Rötre Üzerindeki Etkisi SONUÇLAR VE ÖNERİLER Ana Sonuçlar PET Agregalı Harç Numuneler Üzerinde Saptanan Genel Sonuçlar Yayilma Tablası Deney Sonuçları Birim Ağırlık ile İlgili Sonuçlar Basınç Dayanımı ile İlgili Sonuçlar Eğilme Dayanımı ile İlgili Sonuçlar Karbonatlaşma ile İlgili Sonuçlar Su Emme ile İlgili Sonuçlar Rötre ile İlgili Sonuçlar PET ve Kum Agregalı Harç Numuneler Üzerinde Saptanan Genel Sonuçlar Yayilma Tablası Deney Sonuçları Birim Ağırlık ile İlgili Sonuçlar Basınç Dayanımı ile İlgili Sonuçlar Eğilme Dayanımı ile İlgili Sonuçlar Karbonatlaşma ile İlgili Sonuçlar Su Emme ile İlgili Sonuçlar Rötre ile İlgili Sonuçlar Öneriler... KAYNAKLAR... ÖZGEÇMİŞ... 7 IX

12 TABLOLAR DİZİNİ SAYFA Tablo.1. Tablo.. Tablo.3. Tablo 3.1. Tablo 3.. Tablo 3.3. Tablo 3.. Tablo 3.. Tablo 3.. Tablo 3.7. Tablo 3.. Tablo 3.9. Tablo.1. Tablo.. Tablo.3. Tablo.. Tablo.. Tablo.. Tablo.7. Tablo.. Çeşitli cürufların kompozisyonları, % (Erdoğan, 3)... ASTM C 1 e göre uçucu kül sınıfları (Erdoğan, 3)... Çeşitli uçucu küllerin kimyasal kompozisyonları (Erdoğan, 3)... Kullanılan çimentonun kimyasal bileşimi... Kullanılan çimentonun fiziksel özellikleri... Yüksek fırın cürufunun kimyasal kompozisyonu (%)... Uçucu külün kimyasal kompozisyonu (%) (Özdemir, )... İnce agrega özgül ağırlık ve su emme kapasitesi değerleri... İnce agreganın elek analiz değerleri... PET agreganın elek analiz değerleri... PET agregalı harç karışımların içeriği... PET ve kum agregalı harç karışımların içeriği... PET agregalı harç numunelerin yayılma değerleri (cm)... PET agregalı harç numunelerin yaş birim ağırlıkları (gr/cm 3 )... PET agregalı harç numunelerin hava kurusu birim ağırlıkları (gr/cm 3 )... Islak kür edilen PET agregalı harçların basınç dayanımları (MPa) Kuru kür edilen PET agregalı harçların basınç dayanımları (MPa)... Islak kür edilen cüruflu ve uçucu küllü harçların basınç dayanımlarının çimentolu harçların basınç dayanımları ile karşılaştırılması (%)... Kuru kür edilen cüruflu ve uçucu küllü harçların basınç dayanımlarının çimentolu harçların basınç dayanımları ile karşılaştırılması (%)... Kuru kür edilen harç numunelerin basınç dayanımlarının, ıslak kür edilen harç numunelerin basınç dayanımlarına oranı (%) X

13 Tablo.9. Tablo.1. Tablo.11. Tablo.1. Tablo.13. Tablo.1. Tablo.1. Tablo.1. Tablo.17. Tablo.1. Tablo.19. Tablo.. Tablo.1. Tablo.. Tablo.3. Islak kür edilen PET agregalı harçların eğilme dayanımları (MPa)... Kuru kür edilen PET agregalı harçların eğilme dayanımları (MPa)... Islak kür edilen cüruflu ve uçucu küllü harçların eğilme dayanımlarının çimentolu harçların eğilme dayanımları ile karşılaştırılması (%)... Kuru kür edilen cüruflu ve uçucu küllü harçların eğilme dayanımlarının çimentolu harçların eğilme dayanımları ile karşılaştırılması (%)... Kuru kür edilen PET agregalı harç numunelerin eğilme dayanımlarının, ıslak kür edilen harç numunelerin eğilme dayanımlarına oranı (%)... PET agregalı harç numunelerin karbonatlaşma değerleri (mm).. PET agregalı harç numunelerin günlük su emme ve boşluk oranları ile kuru özgül ağırlıkları... P/B oranı. olan harç numunelerin rötre değerleri (%)... P/B oranı. olan harç numunelerin rötre değerleri (%)... PET ve kum agregalı harç numunelerin yayılma değerleri (cm)... PET ve kum agregalı harç numunelerin yaş birim ağırlıkları (gr/cm 3 )... PET ve kum agregalı numunelerin hava kurusu birim ağırlıkları (gr/cm 3 )... Islak kür edilen PET ve kum agregalı harç numunelerin basınç dayanımları (MPa) Kuru kür edilen PET ve kum agregalı harç numunelerin basınç dayanımları (MPa) Islak kür edilen cüruflu ve uçucu küllü harçların basınç dayanımlarının çimentolu harçların basınç dayanımları ile karşılaştırılması (%) XI

14 Tablo.. Tablo.. Tablo.. Tablo.7. Tablo.. Tablo.9. Tablo.3. Tablo.31. Tablo.3. Tablo.33. Tablo.3. Kuru kür edilen cüruflu ve uçucu küllü harçların basınç dayanımlarının çimentolu harçların basınç dayanımları ile karşılaştırılması (%)... Kuru kür edilen harç numunelerin basınç dayanımlarının, ıslak kür edilen harç numunelerin basınç dayanımlarına oranı (%)... Islak kür edilen PET ve kum agregalı harç numunelerin eğilme dayanımları (MPa)... Kuru kür edilen PET ve kum agregalı harç numunelerin eğilme dayanımları (MPa)... Islak kür edilen cüruflu ve uçucu küllü PET ve kum agregalı harçların eğilme dayanımlarının çimentolu harçlarla karşılaştırılması (%)... Kuru kür edilen cüruflu ve uçucu küllü PET ve kum agregalı harçların eğilme dayanımlarının çimentolu harçlarla karşılaştırılması (%)... Kuru kür edilen PET ve kum agregalı numunelerin eğilme dayanımlarının, ıslak kür edilen numunelerin dayanımlarına oranı (%)... PET ve kum agregalı harç numunelerin karbonatlaşma değerleri (mm). PET ve kum agregalı harç numunelerin günlük su emme ve boşluk oranları ile kuru özgül ağırlıkları... P/B oranı. olan PET ve kum agregalı harçların rötre değerleri (%)... P/B oranı. olan PET ve kum agregalı harçların rötre değerleri (%) XII

15 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 3.1. Şekil 3.. Şekil 3.3. Şekil 3.. Şekil.1. Şekil.. Şekil.3. Şekil.. Şekil.. Şekil.. Şekil.7. Şekil.. Şekil.9. Şekil.1. Şekil.11. Şekil.1. İnce agreganın elek analizlerinin grafiksel gösterimi... PET agreganın elek analizlerinin grafiksel gösterimi... Eğilme deneyi... Basınç deneyi... S/B. ve PET boyutu 1- mm olan harçlarda P/B oranının basınç dayanımına etkisi... S/B. ve PET boyutu 1- mm olan harçlarda P/B oranının basınç dayanımına etkisi... S/B. ve PET boyutu karışık olan harçlarda P/B oranının basınç dayanımına etkisi... S/B. ve PET boyutu karışık olan harçlarda P/B oranının basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B. olan harçlarda PET agrega boyutunun basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B. olan harçlarda PET agrega boyutunun basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B. olan harçlarda PET agrega boyutunun basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B. olan harçlarda PET agrega boyutunun basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi XIII

16 Şekil.13. Şekil.1. Şekil.1. Şekil.1. Şekil.17. Şekil.1. Şekil.19. Şekil.. Şekil.1. Şekil.. Şekil.3. Şekil.. Şekil.. Şekil.. Şekil.7. P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi... P/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda S/B oranının basınç dayanımına etkisi... P/B., PET boyutu karışık olan harçlarda S/B oranının basınç dayanımına etkisi... P/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda S/B oranının basınç dayanımına etkisi... P/B., PET boyutu karışık olan harçlarda S/B oranının basınç dayanımına etkisi... S/B. ve PET boyutu 1- mm olan harçlarda P/B oranının eğilme dayanımına etkisi... S/B. ve PET boyutu 1- mm olan harçlarda P/B oranının eğilme dayanımına etkisi... S/B. ve PET boyutu karışık olan harçlarda P/B oranının eğilme dayanımına etkisi... S/B. ve PET boyutu karışık olan harçlarda P/B oranının eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B. olan harçlarda PET agrega boyutunun eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B. olan harçlarda PET agrega boyutunun eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B. olan harçlarda PET agrega boyutunun eğilme dayanımına etkisi XIV

17 Şekil.. Şekil.9. Şekil.3. Şekil.31. Şekil.3. Şekil.33. Şekil.3. Şekil.3. Şekil.3. Şekil.37. Şekil.3. Şekil.39. Şekil.. Şekil.1. Şekil.. P/B., S/B. olan harçlarda PET agrega boyutunun eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda puzolan ikamesinin eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda puzolan ikamesinin eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan harçlarda puzolan ikamesinin eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan harçlarda puzolan ikamesinin eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda puzolan ikamesinin eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda puzolan ikamesinin eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan harçlarda puzolan ikamesinin eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan harçlarda puzolan ikamesinin eğilme dayanımına etkisi... P/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda S/B oranının eğilme dayanımına etkisi... P/B., PET boyutu karışık olan harçlarda S/B oranının eğilme dayanımına etkisi... P/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda S/B oranının eğilme dayanımına etkisi... P/B., PET boyutu karışık olan harçlarda S/B oranının eğilme dayanımına etkisi... PET agregalı harçların basınç ve eğilme dayanımları arasındaki ilişki PET agrega boyutu 1- mm olan harçlarda P/B oranının karbonatlaşmaya etkisi XV

18 Şekil.3. Şekil.. Şekil.. Şekil.. Şekil.7. Şekil.. Şekil.9. Şekil.. Şekil.1. Şekil.. Şekil.3. Şekil.. Şekil.. Şekil.. Şekil.7. Şekil.. PET agrega boyutu karışık olan harçlarda P/B oranının karbonatlaşmaya etkisi... P/B oranı. olan harçlarda PET boyutunun karbonatlaşmaya etkisi... P/B oranı. olan harçlarda PET boyutunun karbonatlaşmaya etkisi... PET agregalı harçlarda puzolan ikamesinin karbonatlaşmaya etkisi... P/B oranı. olan harçlarda S/B oranının karbonatlaşmaya etkisi... P/B oranı. olan harçlarda S/B oranının karbonatlaşmaya etkisi... PET agregalı harçların su emme-boşluk oranı ilişkisi. PET boyutu 1- mm olan harçlarda P/B oranının rötreye etkisi... PET boyutu karışık olan harçlarda P/B oranının rötreye etkisi... P/B oranı. olan harçlarda PET boyutunun rötreye etkisi... P/B oranı. olan harçlarda PET boyutunun rötreye etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi XVI

19 Şekil.9. Şekil.. Şekil.1. Şekil.. Şekil.3. Şekil.. Şekil.. Şekil.. Şekil.7. Şekil.. Şekil.9. Şekil.7. Şekil.71. Şekil.7. Şekil.73. Şekil.7. P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi... P/B oranı. olan harçlarda S/B oranının rötreye etkisi... P/B oranı. olan harçlarda S/B oranının rötreye etkisi... S/B. ve PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda P/B oranının basınç dayanımına etkisi... S/B. ve PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda P/B oranının basınç dayanımına etkisi... S/B. ve PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda P/B oranının basınç dayanımına etkisi... S/B. ve PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda P/B oranının basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B. olan PET ve kum agregalı harçlarda PET agrega boyutunun basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B. olan PET ve kum agregalı harçlarda PET agrega boyutunun basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B. olan PET ve kum agregalı harçlarda PET agrega boyutunun basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B. olan PET ve kum agregalı harçlarda PET agrega boyutunun basınç dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi P/B., S/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi XVII

20 Şekil.7. Şekil.7. Şekil.77. Şekil.7. Şekil.79. Şekil.. Şekil.1. Şekil.. Şekil.3. Şekil.. Şekil.. Şekil.. Şekil.7. Şekil.. Şekil.9. P/B., S/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi P/B., S/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi P/B., S/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin basınç dayanımına etkisi P/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda S/B oranının basınç dayanımına etkisi... P/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda S/B oranının basınç dayanımına etkisi... P/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda S/B oranının basınç dayanımına etkisi... P/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda S/B oranının basınç dayanımına etkisi... S/B. ve PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda P/B oranının eğilme dayanımına etkisi... S/B. ve PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda P/B oranının eğilme dayanımına etkisi... S/B. ve PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda P/B oranının eğilme dayanımına etkisi... S/B. ve PET boyutu karışık olan PETve kum agregalı harçlarda P/B oranının eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B. olan PET ve kum agregalı harçlarda PET agrega boyutunun eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B. olan PET ve kum agregalı harçlarda PET agrega boyutunun eğilme dayanımına etkisi XVIII

21 Şekil.9. Şekil.91. Şekil.9. Şekil.93. Şekil.9. Şekil.9. Şekil.9. Şekil.97. Şekil.9. Şekil.99. Şekil.1. Şekil.11. Şekil.1. Şekil.13. Şekil.1. P/B., S/B. olan PET ve kum agregalı harçlarda PET agrega boyutunun eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B. olan PET ve kum agregalı harçlarda PET agrega boyutunun eğilme dayanımına etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin eğilme day. etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin eğilme day. etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin eğilme day. etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin eğilme day. etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin eğilme day. etkisi... P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin eğilme day. etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin eğilme day. etkisi... P/B., S/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin eğilme day. etkisi... P/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda S/B oranının eğilme dayanımına etkisi... P/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda S/B oranının eğilme dayanımına etkisi... P/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda S/B oranının eğilme dayanımına etkisi... P/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda S/B oranının eğilme dayanımına etkisi... PET ve kum agregalı harçların basınç ve eğilme dayanımları arasındaki ilişki XIX

22 Şekil.1. Şekil.1. Şekil.17. Şekil.1. Şekil.19. Şekil.11. Şekil.111. Şekil.11. Şekil.113. Şekil.11. Şekil.11. Şekil.11. Şekil.117. Şekil.11. Şekil.119. Şekil.1. PET agrega boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda P/B oranının karbonatlaşmaya etkisi... PET agrega boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda P/B oranının karbonatlaşmaya etkisi... P/B oranı. olan PET ve kum agregalı harçlarda PET boyutunun karbonatlaşmaya etkisi... P/B oranı. olan PET ve kum agregalı harçlarda PET boyutunun karbonatlaşmaya etkisi... PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin karbonatlaşmaya etkisi... P/B oranı. olan PET ve kum agregalı harçlarda S/B oranının karbonatlaşmaya etkisi... P/B oranı. olan PET ve kum agregalı harçlarda S/B oranının karbonatlaşmaya etkisi... PET ve kum agregalı harçların su emme-boşluk oranı ilişkisi PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda P/B oranının rötreye etkisi... PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda P/B oranının rötreye etkisi... P/B oranı. olan PET ve kum agregalı harçlarda PET boyutunun rötreye etkisi.. P/B oranı. olan PET ve kum agregalı harçlarda PET boyutunun rötreye etkisi.. P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi.. P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi.. P/B., S/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi.. P/B., S/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi XX

23 Şekil.11. Şekil.1. Şekil.13. Şekil.1. Şekil.1. Şekil.1. P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi.. P/B., S/B., PET boyutu 1- mm olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi.. P/B., S/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi.. P/B., S/B., PET boyutu karışık olan PET ve kum agregalı harçlarda puzolan ikamesinin rötreye etkisi.. P/B oranı. olan PET ve kum agregalı harçlarda S/B oranının rötreye etkisi... P/B oranı. olan PET ve kum agregalı harçlarda S/B oranının rötreye etkisi XXI

24 RESİMLER DİZİNİ SAYFA Resim.1. Resim.. Resim 3.1. Resim 3.. Resim 3.3. Resim 3.. Resim 3.. Hafif agreganın şekli (Choi ve ark., )... Hafif agreganın kesiti (Choi ve ark., )... Çalışmada kullanılan PET kırıkları... Eğilmede çekme deney düzeneği... Basınç dayanımı tayininde kullanılan deney düzeneği... Karbonatlaşma yapmış numuneler... Rötre ölçümü deney düzeneği XXII

25 SİMGELER VE KISALTMALAR P/B S/B PÇ YFC UK P A : : : : : : : PET-Bağlayıcı oranı Su-Bağlayıcı Oranı Portland Çimentosu Yüksek Fırın Cürufu Uçucu Kül Preste Kırılma Anında Okunan En Büyük Yük Numunenin Basınç Yükü Uygulanan Kesit Alanı XXIII

26 1. GİRİŞ Semiha AKÇAÖZOĞLU 1. GİRİŞ Deprem dayanımı malzeme açısından ele alındığında; taşıyıcı yapı elemanlarının yüksek dayanımlı olmaları, taşıyıcı olmayan elemanların ise yapının toplam ağırlığını azaltması açısından hafif olmaları amaçlanmaktadır. Depremlerde yapıya gelen yükler yapının ağırlığı ile doğru orantılıdır. Yapı ne kadar hafif olursa, depremde daha az bir yükle zorlanacaktır. Betonarme bir yapının hafif olabilmesi için, dolgu ve bölme duvarlarının ve döşemelerin olabildiğince hafif malzemelerden yapılması gerekir (Bayülke, 199). Yapı üretiminde etkili olan yatay kuvvetlerin yapı döşemelerinden kaynaklanan toplanmış kütle ile doğru orantılı olmasından dolayı, döşemelerdeki ağırlığın azaltılmasının ne kadar önemli olduğu ortadadır. Döşeme ağırlığını azaltabilmek için, bu döşemelerde kullanılan betonun birim ağırlığını azaltmak gerekmektedir. Bu ise hafif betonun kullanılmasıyla sağlanabilmektedir. Dünyada hafif beton üretimi, içinde bulunduğumuz yüzyılın ilk yıllarında başlamıştır. Önceleri genellikle duvar elemanlarında kullanılan bu üretim, İkinci Dünya Savaşı ndan sonra taşıyıcı hafif beton üretimini de kapsamıştır. Özellikle temel problemlerinin yaşandığı yerlerde taşıyıcı hafif betonların ekonomik çözümler getirdiği saptandıktan sonra, başta ABD olmak üzere birçok ülkedeki yapılarda hafif beton kullanılmaya başlanmıştır. ümüz inşaat sektöründe, hafif beton kullanımında giderek bir artış görülmektedir (Tokyay ve Şatana, 199). Hafif betonlar üretim tekniklerine göre, hafif agregalı beton, gazbeton ve ince agregasız beton olmak üzere üç grupta toplanmaktadır. Kullanım amaçlarına göre de yalıtım betonları ve taşıyıcı betonlar olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Taşıyıcı hafif beton günlük basınç dayanımı 1-17 MPa dan yüksek ve hava kurusu birim ağırlığı 1 kg/m 3 ten az olan betondur. Yalıtım betonları ise yoğunluğu kg/m 3 veya daha düşük olan betonlardır (ACI 13R, 197). Taşıyıcı hafif betonların yalıtım betonlarına göre birim ağırlıkları daha yüksek, ısı yalıtım özellikleri ise daha düşüktür (Tokyay ve Şatana, 199). Taşıyıcı hafif betonların çimento miktarını artırarak veya bir miktar ince agrega kullanarak dayanımlarını artırmak mümkündür. Hafif beton üretimi için 1

27 1. GİRİŞ Semiha AKÇAÖZOĞLU karışımlarda en az 3 kg/m 3 çimento kullanılmalıdır. Ortalama olarak çimento dozajının % artması, dayanımda %1 luk artış sağlar. Genelde dozajın kg/m 3 ün üzerine çıkarılması gereksizdir (Topçu, ). Taşıyıcı hafif beton üretiminde en yaygın yöntem, hafif agrega kullanmaktır. Hafif agrega, hem taşıyıcı hem de taşıyıcı olmayan betonun birim ağırlığını azaltmak amacıyla kullanılan önemli bir malzemedir. Betonun birim ağırlığını azaltmak için, normal ağırlıktaki agreganın bir kısmı veya tamamı, daha düşük birim ağırlıklı hafif agregalarla yer değiştirilerek kullanılmaktadır. Hafif agregalar, doğal hafif agregalar ve yapay hafif agregalar olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Hafif beton agregası olarak kullanılan pomza taşı, genleştirilmiş perlit gibi malzemeler doğal malzemelerdir. Doğal yolla oluşan mineraller ısıl işleme tabi tutularak, hücresel veya köpüklü yapıda yapay agregalar üretilmektedir. Böylece büyük hacimsel ağırlık da azaltılmış olmaktadır. Ancak agreganın yüksek sıcaklıkta yakılarak elde edilmesi sebebiyle, üretim maliyeti oldukça yüksektir. Bu nedenle, endüstriyel yan ürünlerin ve/veya plastik atıkların betonda hafif agrega olarak kullanılması, özellikle ekonomik açıdan avantajlı olmaları sebebiyle, günümüzde araştırmacıların üzerinde durduğu konulardan birisi haline gelmiştir. Endüstriyel yan ürün olarak elde edilen yapay malzemeler, doğal olanlara göre daha ekonomiktirler ve daha yüksek dayanımlıdırlar. Hafif betonda agrega olarak kullanılan endüstriyel yan ürünlerin başında yüksek fırın cürufu ve uçucu kül gelmektedir. Hafif beton üretiminde, bilinen malzemelerden farklı olarak, atık plastik kırıklarının da hafif agrega olarak kullanılmasının mümkün olduğu düşünülmektedir. Böylece hafif betonu daha ekonomik yoldan elde etme olanağı sağlanmış olacaktır. Son yıllarda, plastik atıkların kırılarak hafif beton agregası olarak kullanıldığı bazı araştırmalara rastlanmaktadır. Hafif beton agregası olarak kullanılan plastik atıklar, Polipropilen (PP), Polietilen (PE), Polietilen tereftalat (PET) ve Polistren (PS) dir. Bu plastik atık kompozisyonu içinde, tüketim artış hızı en yüksek olanların başında Polietilen Tereftalat (PET) şişeler gelmektedir (Pagev, ). 19'li yılların başında ülkemizde ilk kez Polietilen tereftalat (PET) şişeler üretilmeye başlanmıştır. Su ambalajlarında kullanılmaya başlanan PET şişeler çok kısa süre içinde sıvı gıda maddelerinin ambalajlanmasında yaygın olarak kullanılır

28 1. GİRİŞ Semiha AKÇAÖZOĞLU hale gelmiştir. ümüzde PET şişeler çoğunlukla su, meşrubat ve yağ şişelerinin ambalajlanmasında kullanılmaktadır. Üretiminin ucuz olması, istenen şekilde üretilebilmesi, hafif ve dayanıklı olmaları nedeniyle kullanım alanı giderek genişleyen PET şişeler Avrupa ve ABD de soda ve bira ambalajı olarak da kullanılmaktadır (Pagev, ). Suyu şişelemekte kullanılan ve ham petrolden üretilen Polietilen tereftalat (PET) malzemesi için, sadece ABD de yılda 1, milyon varil ham petrol harcanmaktadır ve bu miktar yüz bin otomobilin bir yıllık yakıt harcamasına eşittir. Tüm dünyada PET şişe üretimi için kullanılan plastik,7 milyon ton civarındadır (Gavela ve ark., ). Bununla birlikte ortaya katı atık sorunu da çıkmaktadır. PET şişelerin doğada tamamen yok olması için yüz yıldan fazla bir süre gerekmektedir. Bu sebeple, çöp alanlarında toplanan plastik atıkları ve buna bağlı olan çevresel kirliliği azaltabilmek için uygulanabilecek akılcı yöntemlerden biri, bu malzemeleri diğer endüstrilerde kullanmaktır. Genel olarak atık malzemelerin yeniden kullanımındaki en önemli alan, malzemelerin büyük çoğunluğunun geri dönüşümde değerlendirilebildiği inşaat uygulamalarıdır. Atık PET lerin eritilip tekrar işlenerek, yeniden kullanımının maliyeti oldukça yüksektir. Ancak, atık PET şişelerin parçalanıp hafif agrega olarak kullanılması; diğer geri dönüşüm yöntemlerinde kullanılan temizleme ve renk içeriğinin değiştirilmesi gibi uygulamalara gerek olmadığından dolayı, yeniden işleme maliyetini düşürmek açısından oldukça avantajlıdır. Beton üretimi için çok miktarda doğal agregaya ihtiyaç vardır. Bu yüzden, PET atıkların beton üretiminde agrega olarak kullanılması, atıkların güvenli bir şekilde yok edilmesinin yanında doğal agrega elde etmek için çevreye verilen zararların azaltılmasını da sağlayacaktır. Bu çalışmada, atık PET şişe kırıklarının hafif beton üretiminde agrega olarak kullanılması amaçlanmıştır. Atık PET şişelerin hafif beton agregası olarak değerlendirilmesinin; yapının deprem yükünün azaltılması, yenilenmeyen doğal kaynakların korunması, atık kaynakların yeniden kazanımı, çevre kirliliğinin önlenmesi, enerji korunması ve enerjinin üretimde yeniden kullanılması gibi açılardan oldukça avantajlı olacağı düşünülmektedir. 3

29 1. GİRİŞ Semiha AKÇAÖZOĞLU Deneysel çalışmalarda kullanılan atık PET şişe kırıkları SASA tesislerinden kırılmış şekilde temin edilerek, üzerinde hiçbir işlem yapılmadan doğrudan agrega olarak kullanılmaktadır. Böylece hafif beton üretim maliyeti, diğer geri dönüşümlü agregaların kullanıldığı uygulamalara oranla düşmektedir. Çalışma kapsamında; beton üretiminde kullanımı giderek yaygınlaşan yüksek fırın cürufu ve uçucu kül, çimentoyla ağırlıkça % oranında yer değiştirilerek kullanılmıştır. Böylece endüstriyel atıkların beton yapımında değerlendirilmesi, çimentodan tasarruf edilmesi ve betonun bazı özelliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bir endüstriyel atık olan granüle yüksek fırın cürufu, çeşitli metalurji tesislerinden elde edilen atık madde gruplarından birisidir. Amorf yapıya sahip olan ve büyük miktarda SiO ve Al O 3 içeren yüksek fırın cürufu, öğütülerek çok ince taneli duruma getirildiği takdirde, doğal puzolanların özelliklerine benzer özellikler göstermektedir. Yüksek fırın cüruflu betonlarda, agrega ve çimento arasındaki aderans, yüksek fırın cürufu kalsiyum hidroksiti tükettiği için daha da güçlenmektedir. Yüksek fırın cürufu kimyasal ataklara karşı dayanıklı olduğu gibi, işlenebilirliği de artırmaktadır. Ayrıca puzolanik reaksiyonu oldukça yavaş gerçekleştiğinden dolayı betonun hidratasyon ısısını da azaltmaktadır. Ülkemizde elektrik enerjisi üretiminin yarısından fazlası termik santrallerden elde edilmektedir. Bu santrallerin en önemli yan ürünlerinden birisi uçucu küllerdir. Uçucu küllerin santralden dışarı atılmasının ciddi ekonomik ve ekolojik sorunlar yarattığı bilinen bir gerçektir. Dolayısıyla, uçucu küllerin beton üretiminde kullanılması; kül atım masraflarının azaltılması, depolama sorununun çözülmesi ve beton üretim maliyetinin düşürülmesi açılarından avantaj sağlayacaktır. (Tokyay, 199). Atık PET agregalı hafif beton üretiminde yüksek fırın cürufu ve uçucu külün çimentoyla yer değiştirilerek kullanılmasının; çimento miktarından tasarruf etmenin yanı sıra, betonun işlenebilirlik, dayanım, rötre ve hidratasyon ısısı gibi birçok özelliğini iyileştireceği düşünülmektedir.

30 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Literatür araştırması iki bölümde ele alınmıştır. Birinci bölümde Polietilen Tereftalat (PET) ve diğer plastik atık çeşitleri hakkında tanıtıcı bilgiler ve atık PET şişe kırıklarının beton üretiminde kullanımına ilişkin çalışmalar ele alınmıştır. İkinci bölümde ise, beton üretiminde kullanılan mineral katkılardan başlıcaları olan yüksek fırın cürufu ve uçucu külle ilgili araştırmalardan elde edilen bilgilere yer verilmiştir..1. Plastik Atık Çeşitleri İle İlgili Genel Bilgiler Plastik, petrokimya sanayinde, petrol esaslı ürün veya ürünler ile doğalgazı hammadde olarak kullanıp, bunların kimyasal dönüşümleri ile elde edilen önemli madde gruplarından birisidir. Hafif olmalarının yanında; paslanmaz ve korozyona uğramaz olmaları, yüksek ısı ve elektrik izolasyonu sağlamaları, kolay hasara uğramamaları, esnek ve yumuşak olmaları ve kolay şekil verilebilme gibi özellikler, plastikleri vazgeçilmez paketleme malzemesi yapmıştır. Dünyada üretilen petrolün % ü plastik üretiminde kullanılmaktadır. Bu petrolden elde edilen plastiğin %- i ambalaj sektöründe kullanılmaktadır (Pehlivan ve ark., ). Sosyoekonomik özellikler, tüketim çeşitlilikleri ve atık yönetim programlarındaki farklılıklardan dolayı; her ülkenin atık kompozisyonu farklıdır. Ancak, genel olarak atıklar içinde en fazla yeri plastikler tutmaktadır. Plastikler en çok paketleme ve inşaat endüstrilerinde kullanılmaktadır. Plastik atıklar içinde en çok yer tutanlar Polietilen (PE), Polipropilen (PP), Polietilen Tereftalat (PET), Polivinil Klorür (PVC) ve Polistrendir (PS) (Gavela ve ark., ). Bu malzemelerin kullanıldığı alanlar aşağıda belirtilmiştir: Polietilen (PE), çamaşır suyu, deterjan ve şampuan şişeleri, motor yağı şişeleri, varil ve bidon üretiminde kullanılmaktadır. Polipropilen (PP), çuval, sentetik elyaf, margarin kabı ve deterjan kutularının kapaklarını üretmede kullanılır. Polietilen Tereftalat (PET), genellikle su, meşrubat ve yağ şişelerinin ambalajlanmasında kullanılmaktadır.

31 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU Polivinil Klorür (PVC), profil, lambri ve borularda, sıvı deterjan ve kozmetik ürünlerinin ambalajlarında kullanılır. Polistren (PS), yoğurt ve margarin kaplarında kullanılmaktadır. Ülkemizde, 1991 yılında yürürlüğe giren Katı Atıkların Kontrolü Yönetmeliği (KAKY) nin 1. maddesine göre, yönetmeliğin yürürlüğe girdiği tarihten itibaren 1 yıl içinde, sorumlu ekonomik işletmeler ambalaj atıklarının ağırlık itibari ile en az % ını geri kazanmakla yükümlüdürler. Örneğin ülkemizde, atık PET şişeler SASA tesisinde tekrar elyaf olarak değerlendirilmektedir. Her yıl 1 bin ton atık PET şişe geri kazanılmaktadır (Pehlivan ve ark., )... Polietilen Tereftalat (PET) PET, termoplastik polyester reçinesi özellikteki bir ambalaj malzemesidir. Polyester kelimesi Yunanca pek çok anlamına gelen Poly ve asitlerin alkollere etkisiyle elde edilen bir bileşik olan ester kelimelerinden türemiştir. PET Polyester; alkol, etilen glikol (EG), asit ve teraftalik asit (TPA) ten oluşmuştur ve kimyasal ismi Polietilen Tereftalat (PET) tır (Plastics Europe, ). PET i oluşturan hammaddeler ham petrolden elde edilir. Rafine işlemlerinden sonra, ham petrol çeşitli petrol ürünlerine dönüştürülür ve sonuçta iki tane PET hammaddesi elde edilir. Bu hammaddeler arıtıldıktan sonra, bir katalizör yardımıyla kanal şeklindeki bir fırında 3 ºC ye kadar ısıtılır. Kimyasal reaksiyon sırasında oluşan çok sayıdaki tekil moleküller (monomerler) birbirleriyle ester bağlarıyla birleşerek polimerleri oluştururlar. Reaksiyonlar ilerledikçe karışım oldukça koyu bir kıvama gelmeye başlar ve sonunda uygun bir kıvama ulaşır. Bu aşamada, reaktörden makarnaya benzer şekilde çıkan PET çubuklar su altında hızlı bir şekilde soğutulur ve sonra küçük tanecikler halinde kesilir. PET in içecek şişesi olarak kullanılacağı durumlarda, içlerinde bulunan bazı yabancı maddelerin damıtılması ve fiziksel özelliklerinin geliştirilmesi amacıyla, bu katı tanecikler erime noktasının altındaki değerlere kadar ısıtılır (Plastics Europe, ).

32 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU.3. PET ve Diğer Atık Plastiklerin Beton Üretiminde Kullanılması Birçok ülkedeki geri dönüşümle ilgili kanunlarda, çevre kirliliğini ve kaynak israfını önlemek amacıyla, plastik atıkların yeniden kullanılarak geri kazanılması, diğer kaynaklar arasında öncelikli olarak belirlenmiştir. Bu atıkların değerlendirildiği endüstrilerin başında inşaat sektörü gelmektedir. Plastik tozlarının ve kırıklarının beton katkısı veya agregası olarak kullanılması yeni bir uygulamadır. Shulman (199), mikronize Polistren köpük parçalarını hafif beton katkısı olarak kullanmış ve patent almıştır. Malloy ve ark. (1) nın bildirdiğine göre, Schroeder (199) yüksek yoğunluklu Polietilenle bir kısım ince agregayı yer değiştirerek hafif beton karışımı elde etmiştir. Yüksek yoğunluklu Polietilen granülleri içeren beton, daha düşük basınç dayanımına sahiptir, fakat tokluk değeri daha fazladır. Atık plastiklerin polimer betonu üretiminde kullanılması da son yıllarda önemli konulardan biri haline gelmiştir. İlk polimer beton kompoziti olan polimer emdirilmiş beton, geniş bir kullanım alanına ulaşmıştır. Bu polimer betonu, hidrate portland çimento betonuna düşük kıvamlı monomer emdirilerek üretilmiştir. 19 lerden itibaren kullanılan polimer modifiyeli beton ise, Portland çimentosu ve polimer modifiye kullanılmasıyla elde edilmektedir (Gavela ve ark., ). Yapılan kaynak araştırmasında başta PET şişeler olmak üzere, atık plastiklerin beton üretiminde kullanıldığı alanlar beş başlık altında toplanarak incelenmiştir: Atık PET ve diğer plastik kırıklarının hafif beton üretiminde agrega olarak kullanılması Atık PET ve diğer plastik kırıklarının asfalt betonunda agrega olarak kullanılması Atık PET lerin lif takviyeli beton üretiminde kullanılması Atık PET ve diğer plastiklerin eritilerek betonda sentetik agrega veya bağlayıcı olarak kullanılması Atık PET lerin polimer betonu reçinesi yapımında kullanılması 7

33 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU.3.1. Atık PET ve Diğer Plastik Kırıklarının Hafif Beton Üretiminde Agrega Olarak Kullanılması İnşaat teknolojisinin vazgeçilmez malzemesi olan beton yapımı için çok miktarda mineral agregaya ihtiyaç duyulmaktadır. Atık plastiklerin hafif betonda agrega olarak kullanılmasıyla, hem doğal agregadan tasarruf edilmiş olunmaktadır, hem de atık plastiklerin ekonomik olarak geri dönüşümü sağlanmaktadır. Koide ve ark. (), çoğunluğu Polietilen Tereftalat (PET) şişelerden oluşan geri kazanılmış atık plastikleri hafif beton agregası olarak kullanmışlardır. Kullanılan plastik agrega içeriğinde % oranında PET, %1 oranında Polipropilen (PP) ve Polietilen (PE) bulunmaktadır. Geri kazanılmış agrega, atık plastik yığınlarının sıkıştırılarak kırılmasıyla elde edilmiştir ve uygulamanın ekonomik olması açısından, agregalar yıkanmadan kullanılmıştır. Deneylerde normal Portland çimentosu ve doğal ince agrega kullanılmıştır. Kaba agrega yerine maksimum tane boyutu 1 mm olan plastik agrega kullanılmıştır. Kimyasal katkı olarak yüksek oranda hava sürükleyici katkı ve su azaltıcı katkı ilavesi yapılarak, su-çimento oranı.3 alınmıştır. Bu şekilde elde edilen betonların günlük basınç dayanımları MPa seviyesine ulaşmıştır ve doygun yüzey kuru ağırlıkları 1. gr/cm 3 civarındadır. Elde edilen hafif beton yaklaşık C civarında sıcaklık dayanımına ve donma-çözülme dayanımına sahiptir. Atık PET agreganın kullanılmasıyla, betonun net ağırlığı oldukça azaltılmıştır. PET agrega neredeyse hiç su emmediği için, agrega içindeki nemin kolaylıkla kontrol edilebilmesi mümkün olmuştur. Elde edilen hafif betonun strüktürel uygulamalarda kullanılabileceği belirtilmektedir. Araştırmacılar, üretilen hafif betonun basınç dayanımının arttırılması için, yüksek dayanımlı harcın kullanılmasının gerekli olduğunu bildirmektedirler. Bunun için, atık plastik agreganın kum agrega yerine kullanılmaması gerektiğini, çünkü plastik agrega ile çimento hamuru arasındaki birleşimin zayıf olmasından dolayı, hafif harcın dayanımının normal harçtan çok düşük olabileceğini bildirmektedirler. Gavela ve ark. (), kullanılmış Polietilen tereftalat (PET) ve Polipropilen (PP) malzemeleri, geleneksel agregaların bir kısmıyla yer değiştirerek kullanmış ve alternatif yer değişim oranları üzerinde çalışmışlardır. Su-çimento oranları. ve

34 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU. olarak alınmış ve süper akışkanlaştırıcı kullanılmıştır. Plastik ve doğal agregaların elek analizi, özgül ağırlık testi ve su emme deneyleri yapılmıştır. Plastik agregaların doğal agregayla % ve %3 oranlarında yer değiştirilmesiyle üretilen 1mm x 1mm x mm boyutlarındaki beton numunelerin günlük basınç dayanım değerleri sırasıyla 3.1 ve 3. MPa seviyelerindedir. Eğilme dayanımları ise.3 ve.9 MPa dır. Hem PP agregalı, hem de PET agregalı betonların, kontrol betonuna göre basınç ve eğilme değerlerindeki azalma oranları benzer bulunmuştur. Araştırmacılar buradan yola çıkarak, basınç dayanımının kullanılan polimer agrega çeşidine değil, polimer agregayla doğal agreganın yer değiştirme oranına bağlı olduğunu söylemektedirler. Plastik agrega miktarı arttıkça hacim yoğunluğunda gözlenen azalma, plastiğin birim ağırlığının doğal agregadan daha düşük olmasına bağlanmaktadır. 7 ve. günlerde ölçülen elastisite modülü değerleri, plastik miktarının artmasına bağlı olarak düşmüştür. Plastik agreganın eklenmesinden dolayı günlük basınç ve çekme dayanımlarındaki düşme, çimento hamuru ve plastik agrega arasındaki bağlantının zayıf olmasına ve plastik agrega dayanımının düşük olmasına bağlanmaktadır. Üretilen bu beton çeşidinin, düşük elastisite modülü gereken uygulamalarda avantajlı olacağı savunulmaktadır. Bu araştırmanın sonucunda atık PET ve PP in, çok sıcak koşullardaki davranışları dikkate alınarak, strüktürel uygulamalarda beton agregası olarak kullanılabileceği savunulmaktadır. Choi ve ark. (), atık PET şişelerden elde edilen hafif agreganın mikroyapısını araştırarak yüksek fırın cürufunun hafif agrega üzerindeki etkilerini incelemişlerdir. Bu amaçla, atık PET şişelerden ve yüksek fırın cürufundan üretilen hafif agregaların basınç dayanımı, çekme dayanımı, elastisite modülü, çökme değerleri ve elde edilen hafif betonun yoğunluğu incelenerek; yüksek fırın cürufunun, hafif agreganın kalitesini artırmaya katkısının olup olmadığı araştırılmıştır. Atık PET şişelerden elde edilen hafif agregalar sıcak bir mikserde yüksek fırın cürufu ile birlikte karıştırılarak, agrega yüzeyinin cüruf ile üniform bir şekilde kaplanması sağlanmıştır. Deneylerde kullanılan küresel şekilli hafif agrega Resim.1 de, agreganın kesiti ise Resim. de verilmiştir. Karışımlarda PET 9

35 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU agregalar doğal agregalarla %, % ve %7 oranlarında yer değiştirilerek kullanılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda, hafif agreganın özgül ağırlığının ve hacim yoğunluğunun, doğal agregadan % oranında düşük olduğu gözlenmiştir. Hafif agregalı betonun işlenebilirliğinin ikame ve su-çimento oranlarının artırılmasıyla iyileştirilebileceği belirtilmektedir. Yüksek fırın cürufunun hafif agrega yüzeyine yapışmasının, agrega yüzeyinin güçlenmesine katkıda bulunduğu gözlenmiştir. PET YFC Resim.1. Hafif agreganın şekli Resim.. Hafif agreganın kesiti (Choi ve ark., ) (Choi ve ark., ) Shehata ve ark. (199), granül haldeki plastik, cam ve fiberglas atıklarını ince agregayla %- oranlarında yer değiştirerek beton üretiminde kullanmışlardır. Araştırmada kullanılan plastik atıklar, PET şişelerden ve süt şişelerinde kullanılan yüksek yoğunluklu Polietilen (HDPE) den oluşmaktadır. Beton numuneler, bu agrega türlerinden her seferinde yalnızca biri kullanılarak üretilmiştir. Numuneler üzerinde basınç, eğilme ve yarmada çekme testleri gerçekleştirilmiştir. Beton numunelerin basınç ve yarmada çekme dayanımlarının, kırılma ve elastisite modülleri kadar iyi olduğu gözlenmiştir. Elektron mikroskobuyla tarama yöntemiyle, beton numunelerin mekanik özellikleri ile kesitlerin mikro yapısı arasında ilişki kurulmaya çalışılmıştır. Araştırma sonucunda, cam ve fiberglas agregaların, plastik agregalara oranla çimento hamuruna daha iyi yapıştıkları gözlenmiştir. Atık plastik, 1

36 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU cam ve fiberglas kırıklarının, çimentolu bileşenlerde kumla kısmi olarak yer değiştirilerek kullanılmasının mümkün olduğu belirtilmiştir. Al-Maneer ve Dala (1997), yaptıkları laboratuvar deneylerinde, araba tamponlarından elde edilen atık plastik agregalı hafif beton üretimi üzerinde çalışmışlardır. %1- arasındaki çeşitli oranlarda plastik agrega içeren betonun günlük basınç dayanımının 19- MPa arasında; çekme dayanımının 3.-. MPa arasında olduğunu belirtmişlerdir. Karışımdaki plastik miktarı arttıkça yoğunluk azalmaktadır. Plastik agregaların kullanılmasıyla, betonun daha fazla sünek davranış gösterdiği saptanmıştır ve bu özelliğinin betonda çatlak oluşumunun azaltılması açısından avantajlı olacağı düşünülmektedir. Elzafraney ve ark. (), yüksek yoğunluklu Polietilen (PE), Polivinil Klorid (PVC) ve Polipropilenden (PP) oluşan geri dönüşümlü plastikleri beton karışımında kaba agrega olarak kullanmışlardır. Böylece binaların ısıl özelliklerini iyileştirmeyi amaçlamışlardır. Araştırma kapsamında, birinde normal beton, diğerinde ise yüksek oranda geri dönüşümlü plastik agrega içeren beton kullanılarak, benzer özellikte iki bina tasarlanmış ve inşa edilmiştir. Bu iki binanın ısıl ve enerji performansları incelenmiştir. Yapılan deneylerin sonuçlarına göre, geri dönüşümlü plastik betonlu bina, enerji verimliliği ve konfor açılarından, normal betonlu binaya göre yüksek değerler göstermiştir. Geri dönüşümlü plastik betonun enerji-etkin bina tasarımında kullanılmasıyla, binaların ısıtma ve soğutma giderlerinin azaltılmasının ve binaların konfor düzeyinin artırılmasının sağlanacağı düşünülmektedir. Babu ve Babu (3), genleştirilmiş Polistren (PS) agregalı betonların dayanım ve dayanıklılık özelliklerini incelemek amacıyla yaptıkları çalışmalarında genleştirilmiş polistren tanelerini %-3 oranları arasında kumla yer değiştirerek kullanmışlardır. Karışımda ayrıca %3-9 oranında silis dumanı, çimentoyla ikame edilerek kullanılmıştır. İnce ve kaba agreganın da kullanıldığı karışımların yoğunlukları 1- kg/m 3 arasındadır. Silis dumanı miktarı arttıkça, karışımların akıcılığı ve dayanımı iyileşmektedir. Genleştirilmiş PS agregalı betonların dayanımı yoğunlukla doğru orantılıdır. Genleştirilmiş PS agreganın tane boyutu küçüldükçe ve iri agrega boyutu büyüdükçe, dayanım artmaktadır. Yarmada çekme dayanımı, basınç dayanımı arttıkça artmaktadır. Tüm genleştirilmiş PS 11

37 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU agregalı betonlar düşük su emme değerleri göstermiştir. Ayrıca, silis dumanı ikame oranı arttıkça, toplam su emme değerleri de düşmüştür. Babu ve ark. (), genleştirilmiş Polistren (PS) agrega tanelerinin beton ve harçta hafif agrega olarak kullanılabilirliğini araştırmışlardır. Genleştirilmiş PS agrega, %-9 arasında ikame edilerek kullanılmıştır. Karışımda süper akışkanlaştırıcı katkı da kullanılmıştır. Polistren agregalı betonlar şahit betona göre daha iyi akıcılık değerleri göstermiştir. Yüksek miktarda genleştirilmiş PS agrega içeren betonlar, düşük oranlılarla karşılaştırıldığında, kırılmaların daha sünek olduğu görülmüştür. Elastisite modülü, basınç dayanımı arttıkça artmaktadır ve PS agrega miktarı arttıkça azalmaktadır. Uçucu kül ve genleştirilmiş PS agrega içeren betonun basınç dayanımının, normal betondan farklı olarak 9 güne kadar sürekli yükseldiği belirtilmektedir. Babu ve ark. (), Polistren (PS) agrega boyutunun hafif beton dayanımı ve nem karakteristikleri üzerindeki etkisini araştırmak amacıyla yaptıkları çalışmada; genleştirilmiş ve genleştirilmemiş PS agregaları %- oranında kumla ikame ederek, çeşitli yoğunluklarda (1-19 kg/m 3 ) betonlar üretmişlerdir. Uçucu kül çimentoyla %3 oranında yer değiştirilerek kullanılmıştır. Elde edilen betonların basınç dayanımı, çekme-gerilme dayanımı, nem hareketi ve su emme özellikleri incelenmiştir. Genleştirilmemiş PS agregalı betonlar, genleştirilmiş PS agregalı betonlara göre daha yüksek basınç dayanım değerleri göstermiştir (3 MPa ve MPa). Basınç yüklemesi altında, genleştirilmiş agregalı beton daha sünek davranış gösterirken; genleştirilmemiş PS agregalı beton, normal betona benzer şekilde gevrek davranış göstermiştir. Genleştirilmiş PS agregalı betonlarda, küçük boyutlu agrega kullanıldığı takdirde, daha yüksek basınç dayanım değerleri elde edilmiştir. Bischoff ve ark. (199), Polistren (PS) agregalı betonların enerji yutma kapasitesinin ölçümü ve düşük hızdaki çarpma sırasındaki temasların azaltılması amacıyla, çeşitli deneyler yapmışlardır. Deneylerde 31. kg. lık silindirik şekilli kütle, m/s ye kadar olan hızlarda, silindir basınç dayanımı -1 MPa arasında değişen PS beton bloklar üzerine bırakılmıştır. Yapılan test sonuçları değerlendirilerek, PS agregalı betonların enerji yutma kapasitesi incelenmiştir. Çarpma bölgelerinde ezilme ve bozulmalar oluşmasından dolayı, karışımın ezilme 1

38 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU dayanımının düşük olduğu belirtilmektedir. Sıkıştırılabilme özelliğinin ise, taşıyıcı sitemde meydana gelebilecek temasları azaltmak açısından oldukça uygun olduğu belirtilmiştir. Yıldız ve ark. (), normal beton karışımına Polistrenden yapılmış Sytropor ilave ederek ürettikleri hafif betonun donma-çözünme dayanımı, su emme, boşluk oranı ve birim ağırlık gibi fiziksel özelliklerini incelemişlerdir. Numuneler, katkısız ağırlığından %1- oranlarında azalma oluşturacak şekilde Sytropor eklenerek hazırlanmıştır. Sytropor oranı arttıkça, malzemenin birim ağırlığında azalma görülmektedir, bununla birlikte su emme ve boşluk oranında artma olmuştur. Donma-çözülme çevrimi sonucunda ise, numunelerde çatlamalar ve az miktarda parçalanmalar gözlenmiştir. Bu çatlama ve parçalanmaların oluşması, boşluk miktarının fazla olması ve aderansın zayıf olmasına bağlanmaktadır. Birim ağırlık ölçümlerinin sonuçlara göre, % 3 ve % oranlarında Sytropor ilave edilen betonların hafif beton olarak adlandırılabileceği belirtilmektedir..3.. Atık PET ve Diğer Plastik Kırıklarının Asfalt Betonunda Agrega Olarak Kullanılması Katı atıkların yok edilmesi ve yönetimi, endüstri ülkelerinde başta gelen çevresel, ekonomik ve sosyal sorunlardan biri haline gelmiştir. Artan atık problemlerini kontrol edebilmek için; kaynak azaltılması, yeniden kullanım, geri dönüşüm ve çöp alanlarında toplama ve çöp fırınında yakma işlemlerinin tamamını içeren bir atık yönetim sistemi uygulanmalıdır. Bu yöntemlerden birisi olan geri dönüşüm işlemi, son yıllarda çoğu araştırmacının üzerinde durduğu konulardan birisidir. Atık plastiklerin geri dönüşümde etkin bir şekilde kullanıldığı başlıca iki endüstri dalı, ulaşım ve yapım endüstrileridir. Ulaşım endüstrisinde, yüksek dayanımlı beton gerektirmeyen özel uygulamalar kullanılabilmektedir. Yapım endüstrisinde ise geri dönüşümlü malzemelerin kullanım alanları çok çeşitlidir (Shehata, 199). 1 km yol yapmak için yaklaşık 1 ton agregaya ihtiyaç vardır Doğal agreganın sadece % oranında PET agregayla yer değiştirilmesiyle, 1 km yol 13

39 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU yapmak için ton doğal agregadan tasarruf edilecek ve yerine 31 ton atık PET kullanılarak geri dönüşümde değerlendirilmiş olacaktır. Böylece, atık PET lerin yok edilmek üzere toplandığı 9 m 3 çöp alanının kullanılmasına gerek kalmayacaktır (Hassani ve ark. ). Agregalar, asfalt beton yollarda en önemli bileşenlerden birisidir. Atık PET şişe kırıklarının asfalt betonunda kullanılması, atıkların geri dönüşümde kullanılmasının yanı sıra; doğal agrega kullanımının azaltılması, doğal kaynakların korunması, taş ocağından malzeme getirme maliyetinin düşürülmesi, çevre ve gürültü kirliğinin azaltılması gibi açılardan da yarar sağlayacaktır. Bu konuda yapılmış araştırmalar aşağıda sıralanmıştır: Hassani ve ark. (), PET atıkların çevreye verdiği zararları azaltmak ve doğal agregadan tasarruf etmek amacıyla, PET şişe kırıklarının asfalt betonunda agrega yerine kullanılabilirliğini araştırmışlardır. Çalışmada, agrega boyutuna eşit boyuttaki (.3-.7 mm) atık PET taneleri doğal agregayla %- oranında yer değiştirilerek kullanılmıştır. Tüm karışımlarda %. oranında bitüm kullanılmıştır. Araştırma sonucunda, PET in agrega olarak kullanıldığı karışımın (plastiphalt) akıcılık değerinin kontrol betonundan daha düşük olduğu gözlenmiştir. Bu özelliklerdeki asfalt karışımının pratik uygulamalar için uygun olduğu belirtilmektedir. Zoorob ve Suparma (), geri dönüşümlü plastik agrega içeren sürekli derecelenmiş asfalt beton karışımının (plastiphalt) laboratuar dizaynı üzerinde çalışmışlardır. Küçük parçalar halindeki düşük yoğunluklu Polietilen (PE), eşit boyuttaki doğal agregayla belli bir oranda yer değiştirilmiş ve yoğun kıvamdaki bitümlü karışım içine eklenmiştir. Yapılan testler sonucunda, aynı hava boşluğu içeren numunelerde, sıkıştırılmış plastiphalt karışımının geleneksel kontrol karışımından daha düşük hacim yoğunluğuna sahip olduğu görülmüştür. Düşük yoğunluklu PE agreganın %3 oranında normal agregayla yer değiştirdiği karışımın hacmi, sıkıştırılmış karışım yoğunluğunun %1 sıdır. Yoğunluktaki bu azalmanın, nakliye aşamasında avantaj sağlayacağı düşünülmektedir. C sıcaklıkta 1 saat yüke maruz kalan plastiphalt karışımının sünme dayanımının, kontrol asfaltına göre çok az düşük olduğu gözlenmiştir. Bununla birlikte, 1 saat boşaltma zamanından sonra, % 1

40 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU değerli kontrol asfaltıyla karşılaştırıldığında, plastiphalt karışımlı beton %1 geri dönme vermektedir Atık PET lerin Lif Takviyeli Beton Üretiminde Kullanılması Özellikle asbest liflerin yasaklanmasından sonra, lif takviyeli harçlar ve betonlar üzerindeki çalışmalar giderek artmıştır. Liflerin harç ve betonlara eklenmesi; gerilme dayanımı, elastisite modülü ve tokluk gibi birçok özelliği iyileştirebilmektedir. Lif takviyeli harç ve beton üretmek için birçok sentetik lif kullanılmaktadır. Polipropilen (PP), Polietilen (PE), Polietilen Tereftalat (PET), Nylon, ve Polyester bunlara örnek olarak verilebilir. PET lifler, polyester grubuna girmektedir ve tamamen bozunması yüz yıldan fazla zaman alan geri dönüşümlü PET şişelerden elde edilmektedirler. Bu sebeple, atık PET liflerin çimento bazlı malzemeler içinde kullanılması, çevre korunması açısından da yarar sağlamaktadır. PET lifler monofilament formda kullanılmaktadırlar, su geçirmezler ve portland çimentosunun hidratasyonu üzerinde etkileri yoktur. Bununla birlikte, portland çimentosu içindeki PET liflerin dayanıklılığı hakkında bir fikir birliği söz konusu değildir. Bazı araştırmacılara göre, polyester lifler portland çimentosu içine girdiğinde bozunmaktadırlar. Bazı araştırmalarda ise, PET lif takviyeli harç ve betonların performansının çok iyi olduğu savunulmaktadır (Silva ve ark., ). Silva ve ark. (), portland çimento bazlı malzemeler içinde kullanılan geri dönüşümlü PET liflerin dayanıklılık özelliklerini incelemişlerdir. PET lifler üzerinde gerçekleştirilen kızılötesi ve mikroskobik analizler ve mekanik testler neticesinde; geri dönüşümlü PET liflerin Ca(OH) ve Lawrence çözeltileriyle etkileşime girdiği, yüzeylerinin pürüzlü hale geldiği ve alkalin tereftalat adı verilen bir çökelti oluştuğu görülmüştür. PET liflerin beton karışımının %.-. i oranlarında kullanıldığı durumlarda; harçların basınç, gerilme ve eğilme dayanımları üzerinde etkisinin olmadığı gözlenmiştir. Liflerin harç içinde bozunmasından dolayı, zamanla sertlikte azalma görülmektedir. Elektron mikroskobuyla tarama sonuçlarına 1

41 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU göre, incelenen tüm liflerdeki yüzey pürüzlülüğünün aynı olduğu, bazı bölgelerde ise liflerin tamamen bozulduğu gözlenmiştir..3.. Atık PET ve Diğer Plastiklerin Eritilerek Betonda Sentetik Agrega veya Bağlayıcı Olarak Kullanılması White (), uçucu kül ve geri dönüşümlü PET ten yapılan kompozit malzemelerin fizikomekanik özelliklerini ve mikroyapısal özelliklerini araştırmıştır. Değişen uçucu kül konsantrasyonlarına sahip kompozit numuneler, çekme ve basınç testlerine tabi tutulmuştur. Ayrıca numunelerin su emme ve rötre özellikleri de incelenmiştir. Elde edilen değerler Portland çimentolu betonla karşılaştırılarak, elastisite modülü ve çekme dayanımıyla ilgili teorik denklemler türetilmiştir. Basınç yüklemesi esnasında oluşan çatlakların dağılımıyla ve geri dönüşümlü PET agreganın bağlanma mekanizmasıyla ilişkili olan mikroyapısal özellikler incelenmiştir. Bu araştırmanın sonuçları, uçucu kül konsantrasyonunun hem dayanıma hem de geri dönüşümlü PET bağlayıcının kristalliğine yüksek miktarda katkısının olduğunu göstermiştir. Bu ispata dayanarak, atık PET ten yapılan kompozit malzemelerin, çeşitli yapım uygulamalarında kullanılabilecek önemli bir malzeme olabileceği sonucuna varılmaktadır. Jansen ve ark. (1), sentetik hafif agreganın beton içinde kullanılabilirliğini araştırmışlardır. Çalışmada yüksek yoğunluklu Polietilen (PE) ve karbon içeriği %1 olan uçucu kül kullanılmıştır. Maksimum agrega boyutu 9. mm olan ve uçucu kül içeriği %, %3 ve % olan çeşitli agregalar üretilmiştir. Agregalar, ısıl yöntemlerle; plastiklerin uçucu kül partiküllerini sarması sağlanarak üretilmektedir. Karşılaştırma amaçlı olarak, genleştirilmiş killi hafif agrega ve normal ağırlıklı agregalar da kullanılmıştır. Agregaların gradasyonu, özgül ağırlıkları ve su emme kapasiteleri incelenmiştir. Çeşitli kaba agrega türleriyle beş tip beton numune hazırlanmıştır. Sentetik agregaların basınç ve çekme dayanımlarının, normal ağırlıklı agregalara ve genleştirilmiş killi hafif agregalara göre daha düşük olduğu görülmüştür. Sentetik hafif agregalı betonların elastisite modülü oldukça düşük 1

42 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU bulunmuştur, fakat süneklik derecelerinin yüksek olduğu belirtilmiştir. Sentetik hafif agregaların uçucu kül içeriği arttıkça, betonun bütün özelliklerinin iyileştiği gözlenmiştir. Uçucu kül oranı % olan sentetik hafif agregaların zararlı tuzlara karşı dayanımlarının oldukça yüksek olduğu belirtilmektedir. Malloy ve ark. (1), uçucu kül ve eritilmiş termoplastik bağlayıcıları karıştırarak, hafif betonda kullanılmak üzere sentetik hafif agrega üretimi üzerinde çalışmışlardır. Uçucu kül-plastik karışımı granül hale getirilmiş ve uygun agrega gradasyonunu sağlayabilmek için sınıflandırılmıştır. Esnek ve sert termoplastik bağlayıcılar kullanılarak, bağlayıcı ve agreganın sertliği gibi fiziksel özellikler arasında ilişki kurulmaya çalışılmıştır. Bu çalışmanın sonucunda, hafif agrega özelliklerinin hem uçucu kül konsantrasyonundan hem de termoplastik bağlayıcının özelliklerinden etkilendiği gözlenmiştir. Bununla birlikte, termoplastik bağlayıcının agreganın fiziksel özellikleri üzerindeki etkisinin, yüksek miktarlı uçucu küllü karışımlarda daha az olduğu görülmüştür. Örneğin % oranında uçucu kül içeren karışımlarda, agreganın fiziksel özellikleri termoplastik bağlayıcının özelliklerinden neredeyse hiç etkilenmemektedir. Plastik karışımı ve yüksek karbonlu uçucu kül kullanılarak üretilen hafif betonun basınç dayanımı 3 MPa civarındadır. Ayrıca sentetik hafif agrega ile üretilen beton, geleneksel genleştirilmiş killi hafif agregayla üretilen betona göre daha fazla sünek davranış göstermiştir. Araştırmacılar, eritilmiş plastiklerin çeşitli kompozisyonlarının, sentetik hafif agrega üretiminde bağlayıcı malzeme olarak kullanılmasının uygun olduğunu savunmaktadır. Mahmoud ve Halim (), atık plastikleri ayırma işlemine gerek duyulmadan yeni bir malzeme üretiminde kullanarak, kolay bir yöntemle geri dönüştürülebileceğini ifade etmektedirler. Araştırmada, eritilmiş atık plastikler kumla karıştırılarak kompozit bir malzeme üretilmiştir. Bu çalışmada kullanılan plastikler, atık plastiklerin büyük çoğunluğunu oluşturan Polietilen (PE) filmler ve atık plastik kutulardır. Atık plastikler, oranlarını belirlemek için tartıldıktan sonra bir fırında 1dk ısıtılarak plastiğin kendi kendisine yanması sağlanmaktadır. Yeterli miktarda kum hazırlandıktan sonra içine erimiş plastik eklenmekte ve karışım 1 dk. kadar karıştırılarak homojen hale getirilmektedir. Bu karışım 7 cm 3 lük küp kalıplara yerleştirildikten sonra, açık havada 3 dk. soğutulup kalıptan çıkarılmaktadır. 17

43 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU Numuneler üzerinde yoğunluk ve basınç dayanım testleri gerçekleştirilmiştir. Malzemelerin tatminkar yoğunluk değerlerine sahip olduğu belirtilmektedir. En yüksek basınç dayanım değeri, %3- atık plastik oranında bulunmuştur. Ayrıca, çeşitli renk ve şekilli kumlar kullanılarak, dekoratif amaçlara uygun olan malzemeler de üretilmiştir..3.. Atık PET lerin Polimer Betonu Reçinesi Yapımında Kullanılması Polimer betonu veya polimer harcı, geleneksel çimento harç ve betonundaki çimento bağlayıcıların polimerle kısmi olarak yer değiştirmesiyle yapılmaktadır. Çimento esaslı malzemelerle karşılaştırıldığında, geleneksel reçinelerin yüksek maliyetinden dolayı, polimer betonu üretilme maliyeti oldukça yüksek olmaktadır. Oysa, geri dönüşümlü plastik polimerlerin kullanılması, reçine üretme maliyetini düşürmek açısından oldukça önem taşımaktadır (Rebeiz ve ark a). Polimer harç ve betonlarda kullanılan sıvı reçinelerin başlıcaları; epoksi reçinesi (EP), doymamış polyester reçinesi (UP), vinil ester (VE) ve akrilik reçinedir. Polimer beton yapımında en çok kullanılan sıvı reçine, doymamış polyester reçinesidir (Ohama, 1997). Atık PET şişeler, çeşitli kimyasal işlemlerden geçirilerek doymamış polyester reçinesi yapımında kullanılabilmektedir. Azim (199), PET atıklardan elde ettikleri polyester reçineleri kullanarak polimer betonu üretimi üzerinde çalışmıştır. Elde edilen polyesterler, stiren monomeri içinde eritilmiş ve kür davranışları incelenmiştir. Bu reçinelerden yapılan polimer betonlarının basınç dayanımları da incelenmiştir. Bu bilgilere dayanarak, geri dönüşümlü PET tabanlı polimer betonuyla, reçine hammaddeli polimer betonunun özellikleri karşılaştırılmıştır. Araştırmacı, PET atıkların reçine yapımında kullanılmasının, reçine elde etme maliyetini düşürmek ve çevresel problemleri azaltmak açısından yararlı olabileceğini savunmaktadır. Tawfik ve Eskander (), atık PET şişeleri polyester reçinesi yapımında kullanarak, dayanıklı bir polimer betonu üretmeyi amaçlamışlardır. Dolgu malzemesi olarak mermer atıklar ve doğal bazalt kullanılmıştır. Araştırma sonucunda, atık PET şişelerden ve atık mermerden üretilen ve hızlı küre tabi tutulan polimer betonunun 1

44 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU fiziksel ve mekanik özelliklerinin tatminkar düzeyde olduğu görülmüştür. Üretilen kompozit malzemenin kimyasal karakteristiklerinin ve donma-çözülme direncinin oldukça yüksek olduğu belirtilmektedir. Atık PET şişelerin polyester reçinesi yapımında kullanılmasıyla üretilen polimer betonunun endüstriyel uygulamalarda kullanılmasıyla, ekonomik ve ekolojik yönlerden avantaj sağlanacağı düşünülmektedir. Rebeiz (199), geri dönüşümlü PET kullanılarak elde edilen polyester kompozitinin yapım işlerinde kullanılabilirliğini araştırmıştır. Doymamış polyester reçinesi, inorganik agregalarla karıştırılarak polimer betonu üretmek amacıyla dönüştürülmektedir. Bu araştırmada, geri dönüşümlü PET tabanlı polyester reçinesiyle yapılan polimer betonunun dayanım özellikleri araştırılmıştır. Araştırmacı, polimer betonunun; kaldırımlar, köprüler, döşemeler ve çatılardaki hasar görmüş çimentolu beton yüzeylerin onarım ve kaplama işlerinde oldukça verimli bir şekilde kullanılabileceğini belirtmektedir. Ayrıca bu malzemenin; tehlikeli atık konteynırları, hendek betonu, kanalizasyon betonu, yüksek voltajlı yalıtıcılar ve demiryolu traverslerinde bulunan prekast bileşenlerde kullanılabileceği de ifade edilmektedir. Rebeiz (199), geri dönüşümlü PET içerikli doymamış polyester reçineli polimer betonunun zaman ve sıcaklığa bağlı özelliklerini incelemiştir. Araştırmacı, uygun şekilde formüle edildiğinde, doymamış polyesterlerin, çakıl, kum ve uçucu külle karıştırılmasıyla yüksek kaliteli polimer betonu üretmenin mümkün olduğunu belirtmektedir. Araştırma kapsamında yaşın dayanım üzerindeki etkisi, ısının dayanım ve elastisite modülü üzerindeki etkisi, rötre, ısıl genleşme ve çatlak oluşumu gibi özelllikler incelenmiştir. Bu özelliklerin incelenmesi sonucunda, polimer betonunun prekast uygulamalarda kullanımı konusunda yararlı bilgilere ulaşılmıştır. Rebeiz ve ark. (1991-a), geri dönüşümlü PET in polimer betonu yapımında kullanılabilirliği konusunda çalışma yapmışlardır. Polimer betonu, bir reçineyle kaba agrega, kum ve uçucu kül gibi dolguların birleşmesiyle üretilmektedir. Oldukça sağlam bir malzeme olan bu ürünün, yol ve köprülerin onarımı ve prekast bileşenlerin yapımı gibi çeşitli uygulama alanları olduğu belirtilmektedir. 19

45 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU Rebeiz ve ark. (1991-b), geri dönüşümlü PET tabanlı polyester reçineli polimer betonunun zaman ve sıcaklık bağıntısını araştırmışlardır. Araştırmada yaş, sıcaklık, rötre, ısıl genleşme ve çatlak oluşumuyla ilgili testlerin sonuçları incelenmiştir. Mükemmel işlenebilirlik ve hızlı kür imkanının, polimer betonunun hızlı ve etkili bir biçimde şekil alabilmesine olanak verdiği gözlenmiştir. Dayanım ve dayanıklılık özelliklerinin uygun olmasından dolayı, bu polimer betonunun daha ince kesitlerde kullanılabildiği ve böylece binanın ölü yüklerinin azaltılmasını sağlayacağı belirtilmektedir. Bu ürünlerin uzun ömürlü olması, PET atıkların uzun süren bozunma süreçlerinden dolayı önem taşımaktadır. Araştırmacılar polimer betonuyla yapılan prekast ürünlerin, servis ömürlerinin sonunda, kırılıp agrega haline getirilerek çeşitli alt temel veya beton uygulamalarında kullanılmasını da önermektedirler. Rebeiz ve ark. (199-a), geri dönüşümlü PET ten yapılan polimer betonların mekanik özelliklerini incelemişlerdir. Atık PET şişe kullanılarak yapılan reçineler, polimer betonunun daha az kaynak kullanarak elde edilmesini sağlayabilmektedir. Aynı zamanda, polimer betonda geri dönüşümlü PET in kullanılmasının, plastik katı atıkların sebep olduğu problemlerin çözümüne ve enerji korunmasına katkıda bulunacağı savunulmaktadır. Rebeiz ve ark. (199-b), çalışmalarında, geri dönüşümlü PET plastiklerden yapılan doymamış polyester reçine bağlayıcılı ve çelikle güçlendirilmiş polimer betonunun strüktürel davranışını değerlendirmişlerdir. Bazı kirişlerde ayrıca çelik lifler de kullanılmıştır. Araştırma kapsamında; moment-eğilme tepkileri, çökme modu, parçalanma örnekleri, yüklemelerdeki tarafsız eksen derinliğindeki çeşitlilikler, dayanım özellikleri, süneklik göstergesi, polimer betonlu kirişlerin eğilme dayanımı üzerindeki gerilme donatısının etkisi, makaslama mesafesinin etkileri, gerilme donatısı ile polimer betonlu kirişlerde basınç dayanımı incelenmiştir. Geri dönüşümlü PET kullanılarak yapılan güçlendirilmiş polimer betonunun eğilme dayanımı, diğer güçlendirilmiş betonlarla karşılaştırılmıştır. Araştırma sonunda, geri dönüşümlü PET reçineli polimer betonunun, strüktürel uygulamalarda kullanılabilecek ekonomik ve kaliteli bir beton türü olduğu kanısına varılmıştır.

46 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU Rebeiz ve ark. (199), geri dönüşümlü PET kullanılarak yapılan güçlendirilmiş polyester betonunun kopma dayanımını incelemişlerdir. Araştırmacılar, çelik takviyeli polimer betonlu kirişlerin kopma davranışıyla ilgili araştırmaların kısıtlı olması ve kullanışlı dizayn yöntemleri önerilmemesi sebebiyle bu konu üzerinde yoğunlaşmışlardır. Daha önceki araştırmaların hepsinde, çelik takviyeli polimer betonunun kopma davranışı ile çelik takviyeli portland çimentolu betonun kopma davranışının benzer olarak varsayıldığını belirtmektedirler. Çalışmada, PET esaslı, doymamış polyester reçineli ve çelik takviyeli polimer betonunun kopma davranışı ile ilgili yeni bir dizayn yöntemi geliştirilmiştir. Rebeiz (199-a), normal betonla, çelik takviyeli atık PET ve uçucu küllü polyester reçineli betonun dayanım ve dayanıklılık özelliklerini karşılaştırmıştır. Geri dönüşümlü PET ve uçucu külün polimer betonu üretiminde kullanılmasının; beton üretiminde kullanılan malzeme miktarını azaltmak, betonu hafifletmek ve atık malzemelerden kaynaklanan çevresel problemleri azaltmak gibi avantajlar sağlayacağı düşünülmektedir. Malzemenin, bina bileşenleri, kaldırım onarımı ve kaplama işleri, köprüler ve barajlar gibi çeşitli yapım uygulamalarında etkin olarak kullanılabileceği belirtilmektedir. Rebeiz (199-b) geri dönüşümlü PET atıklardan yapılan doymamış polyester reçineli polimer betonunun prefabrik uygulamalarda kullanılabilirliğini araştırmıştır. Bu araştırmada, geri dönüşümlü PET atıklardan elde edilen doymamış polyester reçineli polimer beton ve betonarme elemanların dayanım özellikleri ve davranışları incelenmiştir. Sonuçlar, geri dönüşümlü PET tabanlı reçinelerin, bina bileşenleri, ulaşım bileşenleri vb. prefabrik uygulamalarda kullanılmak amacıyla, yüksek kaliteli polimer betonu üretmek için uygun olduğunu göstermektedir. Rebeiz ve Fowler (199), geri dönüşümlü PET gibi atık plastik esaslı doymamış polyester reçineli ve çelik takviyeli polimer betonun eğilme davranışı ve dayanım tahminleri üzerinde çalışmışlardır. Kirişlerin çoğu, çekme bölgesinde tek çelik çubukla takviye edilmiştir. Çok az kiriş hem çekme hem de basınç bölgesinde olmak üzere çift çelik çubukla takviyelidir. Test sonuçları, geri dönüşümlü polyester reçineli takviyeli polimer betonunun eğilme dayanımında oldukça iyi değerler elde edilebileceğini göstermiştir. 1

47 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU.. Mineral Katkı Malzemeleri Mineral katkı malzemeleri, betonun işlenebilirliğini, mukavemetini, durabilitesini ve ekonomisini iyileştirmek ya da hidratasyon derecesini ve ısısını kontrol etmek amacıyla, beton karışımına katılan katı ve ince bir şekilde öğütülmüş maddelerdir. Bu maddeler, doğal puzolanlar, yapay puzolanlar, uçucu kül, silis dumanı ya da yüksek fırın cürufu gibi malzemelerdir...1. İnce Öğütülmüş Mineral Katkıların Sınıflandırılması İnce öğütülmüş mineral katkılar 3 genel tip içinde sınıflandırılabilirler: 1. Puzolanik malzemeler ya da ilave bağlayıcı özelliğe sahip fakat esas olarak puzolanik malzemeler. Bağlayıcı özelliği olan malzemeler 3. Diğerleri Beton içinde yaygın olarak kullanılan mineral katkılar, genellikle puzolanik olanlardır. Bazen bu puzolanik malzemeler puzolanik olmalarının yanı sıra kendileri de bağlayıcı özelliğe sahiplerdir.... Puzolanik Malzemeler...1. Puzolanların Tanımı ASTM C1 (199) ve ASTM C 1 (199) e göre puzolanlar, silisli ya da silisli ve alüminli malzemeler olup çok az ya da hiç bağlayıcı değeri olmayan, fakat ince öğütülmüş durumda ve nemin bulunduğu ortamda kalsiyum hidroksitle normal sıcaklıkta kimyasal olarak reaksiyona girerek bağlayıcı özelliğe sahip bileşen oluşturan malzemedir. Esas oksitleri olan silis ve alümine ilave olarak puzolanların kimyasal yapısında demiroksit, kalsiyumoksit, alkali ve karbon bulunmaktadır. Bu maddelerin miktarları ise puzolanların elde edildiği kaynağa göre değişmektedir.

48 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU... Puzolanik Malzemelerin Tipleri Puzolanlar genellikle aşağıdaki gibi gruplandırılmaktadırlar: Doğal Puzolanlar: Volkanik küller, camlar, tüfler, pişirilmiş killer ve şeyller, diatomik topraklar gibi doğal olarak bulunan malzemeler. Suni Puzolanlar: Silis dumanı, uçucu kül ve daneli cüruf gibi endüstriyel yan ürünler Puzolanik Reaksiyon Puzolan maddelerinin bileşiminde fazla miktarda silis ve alümin bulunmaktadır. Bu maddelerin söndürülmüş kireç ve suyla yapmış olduğu reaksiyon sonunda puzolan madde bağlayıcılık özellik kazanır. Kalsiyumhidroksit, silis ve su arasındaki reaksiyonlar, aynen portland çimentosunun hidratasyonunda olduğu gibi hidrolik bağlayıcılık özelliğine sahip kalsiyum-silika-hidrat (C-S-H) jellerinin oluşmasına yol açmaktadır. Nemli ortamda, ince öğütülmüş puzolanın silikası ile kalsiyumhidroksit arasında oluşan kimyasal reaksiyon basitçe aşağıdaki gibi gösterilebilir (Erdoğan, 3). CH + S + H C-S-H (kalsiyum-silika-hidrat) Bu reaksiyon çok yavaş bir reaksiyondur. Burada, C=CaO, H=H O ve S= SiO tir.... Puzolanik Aktiflik Puzolanik malzemelerin söndürülmüş kireçle ve su ile ne ölçüde reaksiyona girebileceği, ne ölçüde bağlayıcılık sağlayabileceği puzolanik aktivite olarak tanımlanmaktadır. Puzolanik aktivite, puzolandaki aktif silisin ve Portland çimentosunun hidratasyonu sonucu açığa çıkan serbest kirecin varlığına bağlı bir reaksiyondur. Diğer bir deyişle, hidratasyon ürünü serbest kireç sulu ortamda sistemdeki puzolanik reaksiyonun başlaması ve ilerlemesi için uygun koşulları sağlar ve sonuçta benzer hidratasyon ürünleri meydana gelir. İşte benzer hidratasyon ürünlerinin ortaya çıktığı 3

49 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU bu reaksiyonlar zinciri, puzolanın kullanıldığı betonun mekanik performansını zaman içerisinde artırmaktadır (Gökçe ve Özturan, 199). Puzolanik malzemenin yeterli aktiviteyi gösterebilmesi için, yeterince ince taneli olması, amorf yapıya sahip olması ve yeterli miktarda silis+alümin+ demiroksit içermesi gerekmektedir. Puzolanik aktivite, dayanım aktivite indeksi olarak adlandırılan bir değerin hesaplanmasıyla ifade edilmektedir. Bu değer aşağıdaki gibi hesaplanmaktadır (Erdoğan, 3); Dayanım aktivite indeksi = (A/B)x1 Burada; A= Puzolanlı harç numunelerin ortalama basınç dayanımı, B= Kontrol harç numunelerinin ortalama basınç dayanımıdır. Puzolanlı harç numuneler ile kontrol harç numunelerini oluşturan malzemelerin miktarları ve deneylerin yapılma şekilleri ASTM C 311 (199) ve TS EN -1 () standartlarında belirtilmektedir. Dayanım aktivite indeksinin belirli bir değerden daha az olmaması gerekmektedir. ASTM C 1 (199) e göre bu değer en az 7 olmalıdır. TS -T (7) de bu değerin en az 7 olması gerektiği belirtilmektedir... Yüksek Fırın Cürufu..1. Yüksek Fırın Cürufunun Üretimi Demir elde edebilmek için demir cevherlerinin yüksek fırın olarak adlandırılan fırınlarda çok yüksek sıcaklıklara kadar (yaklaşık 1 C) ısıtılmaları, böylece yabancı maddelerden arındırılmaları gerekmektedir. Kok kömürünün (karbon) yakıt olarak kullanıldığı bu fırınlarda, ayrıca arıtma işlemine yardımcı olabilmesi için kalkertaşı da cevherle birlikte ısıtılmaktadır. Yüksek sıcaklığın etkisiyle, kok kömürünün karbonu ile demir oksitteki oksijen birleşerek karbon monoksit ve karbon dioksit gazları oluşturarak fırını terk etmektedir. Geride, eriyik

50 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU durumda demir ve CaO, SiO, Al O 3, MgO, MnO, S gibi yabancı maddeler topluluğu kalmaktadır. Demirin yoğunluğu, yabancı maddelerin yoğunluğundan daha yüksek olduğu için, eriyik durumdaki demir, fırının en alt bölümünde ve eriyik durumdaki diğer malzemeler ise demirin hemen üzerinde yer almaktadır. Demir ve diğer malzeme topluluğu ayrı ayrı çıkışlardan dışarı çıkartılmaktadır. Elde edilen yabancı maddeler topluluğu yüksek fırın cürufu olarak adlandırılmaktadır. Yüksek fırından atık malzeme olarak dışarıya çıkartılan eriyik durumdaki cüruf yaklaşık 1 C sıcaklıktadır. Eriyik cürufun havada (yavaş hızla) soğutulması durumunda, elde edilen cüruf kristal yapıya sahip olmakta ve puzolanik özellik göstermemektedir. Bu haliyle bazalta benzer mekanik özelliklere sahiptir ve beton agregası olarak kullanılabilir. Ancak, eriyik cüruf su içerisine dökülerek çok hızlı soğumaya tabi tutulursa, hem irili ufaklı kum taneleri boyutunda granüle duruma gelir, hem de büyük oranda amorf (camsı) bir cüruf elde edilir. Bu tür cüruflar granüle yüksek fırın cürufu (GYFC) olarak adlandırılırlar. GYFC bir miktar hidrolik özelliğe sahiptir. Cüruflar arasında en önemlisi ve en yaygın kullanım alanına sahip olanı, yüksek fırın cüruflarıdır. Amorf yapıya sahip olan ve büyük miktarda SiO ve Al O 3 içeren granüle yüksek fırın cürufu, öğütülerek çok ince taneli duruma getirildiği takdirde, doğal puzolanların ve uçucu küllerin puzolanik özelliklerine benzer özellikler göstermektedir. Ayrıca, büyük miktarda CaO içermesi nedeniyle, öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufunun kendiliğinden de bir miktar bağlayıcı özelliği bulunmaktadır. 1 yılında Emil Largens yüksek fırın cürufunun (YFC) suyla granülasyonu sonucunda elde edilen malzemenin kireçle karıştırılmasıyla bağlayıcı özelliğe sahip olduğunu gözlemlemiştir. 1 yılında ilk kez YFC-kireç karışımından elde edilen bağlayıcılar ticari olarak üretilmeye başlanmıştır. YFC nun çimento hammaddesi olarak kullanımı ise ilk kez 13 yılındadır. Portland çimentosu klinkerini GYFC ile birlikte öğüterek Portland Yüksek Fırın Cürufu çimentosunun üretimi de 19 yılında Almanya da başlamıştır (Tokyay ve Erdoğdu, 1997).

51 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU... Yüksek Fırın Cürufunun Kimyasal Özellikleri Cüruflar çeşitli metalurji tesislerinden elde edilen atık madde gruplarından birisidir. Kimyasal kompozisyonları ve özellikleri, elde edildikleri sanayi kuruluşlarının ürettiği ana ürün tipine ve üretim yöntemine bağlı olarak farklılıklar göstermektedir. Örneğin yüksek fırın cüruflarının kendi başlarına bağlayıcılık özelliğinin olmasına karşın, nikel ve bakır cüruflarının yalnızca puzolanik özellikleri vardır. Granüle yüksek fırın cüruflarının hidrolik özelliklerinin belirlenmesindeki önemli parametrelerden birisi de kimyasal kompozisyonlarıdır. Genel olarak, cürufların alkalinitesi ne kadar yüksekse hidrolik özelliğinin de o kadar iyi olduğu kabul edilir. Cürufların kimyasal kompozisyonlarıyla hidrolik özellikleri arasındaki ilişkiyi belirlemek amacıyla çok sayıda araştırma yapılmış olmakla birlikte, kesin ve basit kurallar bulunmuş değildir (Tokyay ve Erdoğdu, 1997). Bir granüle yüksek fırın cürufunun hidrolik özelliği, belirli bir sınır değere kadar CaO/SiO oranının artmasıyla artar. Ancak bu sınır aşıldığında, diğer bir deyişle, CaO miktarının çok yüksek olması durumunda granülasyon güçleştiğinden dolayı hidrolik özellikte azalma görülür. Sabit bir CaO/SiO oranı için Al O 3 miktarının artması cürufun aktivitesini artırır. Cüruf içindeki demir ve mangan oksitler dayanım özelliklerini olumsuz etkiler. %1 a kadar MgO bulunmasının dayanıma olumsz bir etkisi bulunmaz. Ancak, daha yüksek MgO miktarları zararlı etkiler yaratabilir (Tokyay ve Erdoğdu, 1997). Çeşitli ülkelerdeki yüksek fırın cüruflarının kimyasal kompozisyonları Tablo.1 de verilmiştir. Tablo.1. Çeşitli cürufların kompozisyonları (%), (Erdoğan, 3) ABD ve Kanada ey Afrika Avusturalya Türkiye CaO SiO AlO FeO MgO MnO S

52 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU..3. Yüksek Fırın Cürufunun Hidratasyonu Granüle yüksek fırın cürufunun kendi başına su ile reaksiyonu, Portland çimentosunun hidratasyonu ile kıyaslandığında oldukça yavaş gelişmektedir. Cürufun hidratasyonu, cürufun su içinde kısmi olarak erimesiyle kasiyum-silikahidrat (C-S-H), hidrate alüminatlar ve hidrate silikoalüminatların çökelmesi olarak tanımlanabilir. Ancak bu reaksiyonlar sonucunda güçlü bir bağlayıcılık kazanılmamaktadır (Tokyay ve Erdoğdu, 1997). Portland çimentosunun kalsiyum silikatlı anabileşenleri ile su arasındaki reaksiyonlar sonucunda, hem bağlayıcılık özelliği olan kasiyum-silika-hidrat (C-S-H) jelleri, hem de kalsiyum hidroksit oluşmaktadır. Cürufun göstereceği asıl güçlü reaksiyonlar, alkalili ortamda kalsiyum hidroksitle girdiği reaksiyonlardır. Cüruf ve kalsiyum hidroksitin reaksiyonu sonucunda C-S-H jelleri gibi kuvvetli hidrolik bağlayıcı özellikteki ürünler ortaya çıkmaktadır. Yüksek fırın cürufu, kalsiyum hidroksitle etkili bir şekilde reaksiyona girip kalsiyum-silika-hidrat (C-S-H) oluşturabilen bir puzolanik malzemedir. Yüksek fırın cüruflu betonlarda agrega ve çimento arasındaki aderans, yüksek fırın cürufu kalsiyum hidroksiti tükettiği için daha da güçlenmektedir. Yüksek fırın cürufu kimyasal ataklara karşı dayanıklı olduğu gibi, işlenebilirliği de artırmaktadır ve puzolanik reaksiyonu oldukça yavaş gerçekleştiğinden dolayı hidratasyon ısısını da azaltmaktadır (Mindess ve ark., 3; Choi ve ark., ). Öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufunun hidratasyonu iki aşamada gerçekleşmektedir: İlk aşamada, cürufla çimentodaki alkalilerden kaynaklanan alkali hidroksit arasında reaksiyonlar oluşmaktadır. İkinci aşamada ise, çimentonun hidratasyonu ile ortaya çıkan kalsiyum hidroksitle cüruf arasında güçlü reaksiyonlar gerçekleşmektedir. Reaksiyonlar, ortam sıcaklığının artmasıyla daha erken yer alabilmektedir. 7

53 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU... Yüksek Fırın Cürufunun Kullanım Alanları Hidrolik bağlayıcı olarak doğrudan kullanılabilmektedir. Cüruflu çimento üretiminde kullanılabilmektedir. Beton katkı maddesi olarak kullanılabilmektedir.... Yüksek Fırın Cürufunun Beton Özelliklerine Etkileri Öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufunun beton özelliklerine olumlu ve potansiyel zararlı etkileri aşağıda sırlanmıştır (Erdoğan, 3; Topçu, ). Olumlu etkileri; Taze betondaki işlenebilmeyi artırır, priz süresini uzatır. Betondaki terlemeyi ve hidratasyon ısısını azaltır. Sertleşmiş betonun su geçirimliliğini azaltır, sülfat dayanıklılığını arttırır. Potansiyel Zararlı Etkileri; Betonun daha geç priz almasına yol açar. Bu durum soğuk havalarda sorun olabilmektedir. Betonda belirli miktarda sürüklenmiş hava elde edebilmek için daha çok hava sürükleyici katkı maddesine ihtiyaç olmaktadır. İlk zamanlardaki beton dayanım artışı daha yavaş hızda ilerlemektedir Taze Beton Özellikleri Üzerine Etkileri...1.(1). Su İhtiyacı ve İşlenebilirlik Sabit bir işlenebilirlik için, yüksek fırın cürufu içeren betonlar, Portland çimentolu betona göre daha az suya ihtiyaç duymaktadırlar. Bunun sebebi, cüruf partiküllerinin pürüzsüz yüzey dokusu ve cürufun kimyasal reaksiyonlarının daha geç başlamasıdır. (Reeves, 19; ACI, 199; Newman ve Choo 3).

54 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU Yüksek fırın cürufunun klinkere göre daha az bir yüzey pürüzlülüğüne sahip olması ve özgül ağırlığının düşük olması sebebiyle hacimce daha fazla çimento hamuru elde edilmesinden dolayı, cüruf katkılı betonların işlenebilirliği artmaktadır. Ancak bu artış çökme deneyi sonuçlarında tam olarak gözlenememektedir (Wainwright, 19; Tokyay, 3). Öner ve Akyüz (7), aynı işlenebilirlik için, betondaki yüksek fırın cürufu miktarının artmasıyla karışımın su-bağlayıcı oranının düştüğünü, buradan yola çıkarak, YFC nun işlenebilirlik üzerinde olumlu etkisinin olduğunu belirtmektedirler....1.(). Kanama (Terleme) Yüksek fırın cürufu kullanılarak üretilen betonların, hem terleme hızları hem de terleme miktarları daha fazladır. Wainwright ve Ait-Aider (199), öğütülmüş granüle yüksek fırın cüruflarının kısmi olarak Portland çimentosuyla yer değiştirilerek kullanılmasının, hidratasyon hızında azalmaya yol açarken, kanama miktarını ve hızını arttırdığını bildirmişlerdir. Bu artışın ana nedeninin, çimento hamurundaki cürufun hidratasyon mekanizmasında gecikmeye yol açması ve böylece hidratasyon ürünlerinin gelişimindeki azalma olduğu düşünülmektedir. Wainwright ve Ney (), % oranında cüruf içeren betonların normal betonlara göre kanamayı %3 civarında arttırdığını bildirmişlerdir. Cüruf yer değiştirme oranının % olduğu durumda ise, kanama üzerinde kesin bir etki görülmememiştir....1.(3). Hidratasyon Isısı Cürufların beton içerisinde kullanılması, hidratasyon ısısını azaltarak hem maksimum beton sıcaklığını düşürmekte, hem de bu maksimum sıcaklığa erişilen süreyi uzatmaktadır (Neville 199; Soroka, 1993). Hidratasyon ısılarının düşük olması ve ısıl gelişimlerinin daha yavaş seyretmesinden dolayı, beton üretiminde yüksek oranda granüle yüksek fırın 9

55 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU cürufunun kullanılması, büyük hacimli kütle betonlarının dökümünde meydana gelen yüksek sıcaklıkları ve buna bağlı olarak ortaya çıkabilecek çatlama riskini en aza indirgemekte ve ekonomik açıdan yarar sağlamaktadır (Osborne, 1999)....1.(). Priz Süresi Yüksek fırın cüruflarının, Portland çimentolarına göre suyla daha yavaş reaksiyona girmesinden dolayı beton içerisinde cüruf kullanımı, betonun priz zamanında bir artışa neden olmaktadır. Prizlenme zamanında meydana gelen bu uzama, % den yukarıdaki yüksek yer değişim oranlarında ve 1 C den düşük sıcaklıklarda daha fazla olmaktadır. Reeves (19) e göre, öğütülmüş yüksek fırın cüruflu betonların priz süresi, normal Portland çimentolu betonlara göre daha fazla olup, cüruf oranındaki artış ile birlikte bu süre daha da uzamaktadır. Bu özellik, büyük kütle betonlarının dökümünde soğuk derzden kaçınmak için önemlidir. Brooks ve ark. (), granüle yüksek fırın cüruflarının yer değişim seviyelerindeki artışın, betonun priz başlangıç ve bitiş zamanlarında genel olarak bir uzamaya sebep olduğunu bildirmişlerdir.... Sertleşmiş Beton Özellikleri Üzerine Etkileri...(1). Basınç Dayanımı Erken yaşlarda, yüksek fırın cüruflu betonların dayanım değerleri kontrol betonuna göre düşüktür. Bunun sebebi, cüruf katkılı betonların, normal Portland çimentosu içeren betonlara göre, dayanım kazanma mekanizmalarının daha yavaş olmasıdır. Çünkü, YFC, reaksiyona girmek için çimentonun reaksiyonu sonucu oluşan Ca(OH) ve neme ihtiyaç duymaktadır. Bu sebeple, YFC nun hidratasyonu, çimentonun hidratasyonundan daha sonra başlamaktadır. Cüruf yer değiştirme oranı arttıkça, mukavemet gelişim oranı da düşmektedir. Ancak, uygun bir nemli ortam ve uygun bir sıcaklık sağlandığında, cüruflu betonların 3

56 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU uzun dönem mukavemeti genel olarak Portland çimentosu içeren betonlardan daha yüksek olmaktadır (Brooks ve ark.,199; Soroka, 1993). Yüksek fırın cürufu gibi puzolanik malzemeler agrega bağlayıcı ara yüzeyinde bulunan boşlukları daha iyi doldurduğundan dolayı, betonun basınç dayanımını artırmaktadır (Türkmen ve ark., ). Yeau ve Kim (), granüle yüksek fırın cürufu içeren betonların günlük basınç dayanımlarının kontrol betonununkine benzer olduğunu, fakat. günde cüruf katkılı betonların, normal Portland çimentolu betonlara göre daha yüksek dayanım gösterdiğini bildirmişlerdir. Araştırmacılara göre, % ikame oranına kadar tüm cüruf katkılı betonlar 7 günden önce kontrol betonundan daha düşük basınç mukavemeti sergilemişlerdir. Test sonuçları, yüksek fırın cüruflarının gizli bağlayıcılık özelliğinin, artan cüruf yer değiştirme oranıyla birlikte erken yaşlardaki basınç mukavemeti gelişimini yavaşlattığı, ancak, ve 91 gün gibi sonraki yaşlarda yüksek fırın cüruflu betonların basınç mukavemetlerinin kontrol betonlarının mukavemetine benzer ya da daha fazla olduğunu göstermiştir. Fernandez ve Malhotra (199) ya göre çimentoyla kısmi olarak yer değiştirilen cüruf miktarı ve su-bağlayıcı oranı ne olursa olsun, cüruf içeren betonların 7 günlük basınç mukavemetleri her zaman için kontrol betonlarınkinden daha düşüktür. Erken mukavemetin istendiği yerlerdeki betonlarda bu duruma dikkat edilmesi gereklidir. Su-bağlayıcı oranı dikkate alınmadığında, % cüruf içeren betonların ve 91 günlük mukavemetleri, kontrol betonlarının mukavemetleriyle kıyaslanabilecek düzeyde olup, % ikame oranındaki cüruflu betonlarının mukavemeti ise biraz daha düşük olmaktadır. Bilim (), cüruf katkısının beton basınç dayanımına olumlu etkisinin, normal bakım koşullarında. günden sonra kendini gösterdiğini bildirmektedir. Taşdemir ve ark. () na göre, öğütülmüş granüle yüksek fırın cüruflarının Blaine incelik değeri arttıkça beton daha gevrek karakterli olacağından dolayı; incelik, cüruflu betonların mekanik davranışlarında önemli bir etkendir. Yazıcı (), çimentonun YFC ile % 3- gibi yüksek oranlarda yer değiştirilmesinin, özellikle erken dayanımlarda bir miktar düşmeye yol açtığını; ancak puzolanik reaksiyonun gelişmesiyle birlikte günlük dayanımlarda bu farkın 31

57 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU kapandığını belirtmektedir. Daha uzun sürede ise, tüm yer değiştirme oranlarındaki dayanımların, sadece çimento içeren kontrol karışımının dayanımı mertebesinde olduğu ifade edilmektedir. Öner ve Akyüz (7), YFC ilavesi arttıkça, betonun basınç dayanım değerinin arttığını, % civarındaki optimum bir değerden sonra ise, YFC miktarındaki artışın basınç dayanımı iyileştirmediğini bildirmişlerdir. Araştırmacılar, reaksiyona girmeyen yüksek fırın cüruflarının, karışım içinde ince agrega gibi dolgu malzemesi görevini üstlendiklerini belirtmektedirler....(). Çekme Dayanımı Fernandez ve Malhotra (199) ya göre, cüruflu betonların çekme mukavemetleri kontrol betonlarıyla karşılaştırıldığında, ya biraz daha düşük ya da kıyaslanabilecek seviyededir. Hem kontrol hem de cüruflu betonların etkili bir şekilde ıslak kür edilmesi, mukavemet gelişimi için oldukça önem taşımaktadır. Newman ve Choo (3) ise, cüruflu betonların, aynı basınç dayanımına sahip Portland çimentolu betonlara göre biraz daha yüksek çekme mukavemetine sahip olduğunu belirtmektedirler. Bilim (), cüruf katkılı harç ve beton numuneler üzerinde gerçekleştirdiği çalışma sonucunda, cüruflu harçların basınç ve eğilme mukavemetleri arasında kuvvetli bir ilişkinin bulunduğunu ve bu durumun hem ıslak hem de kuru kür şartları için geçerli olduğunu bildirmiştir....(3). Sünme Chern ve Chan (199), yüksek fırın cürufu içeren betonların sünme davranışlarının normal Portland çimentolu betonların sünme davranışlarına benzer olduğunu bildirmişlerdir. Islak kür ortamında, cüruf yer değişim oranı arttıkça betonun sünmesinin azaldığını; ancak kuru kür edilen yüksek fırın cüruflu betonların normal Portland çimentolu betonlara göre daha fazla sünme deformasyonu gösterdiğini bildirmişlerdir. 3

58 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU Newman ve Choo, (3), %7 gibi yüksek ikame oranlarında, yüksek fırın cüruflu betonun sünmesinde % civarında azalmanın gerçekleştiğini belirtmişlerdir. Araştırmacılar kuruma rötresinin fazla olmadığı çoğu uygulamalarda, cüruf katkılı betonların sünme davranışının muhtemelen Portland çimentoları ile yapılan betonların davranışına benzer olduğunu bildirmişlerdir....(). Rötre Cüruf katkılı betonların rötreleri konusunda yapılan araştırmaların sonuçları, deney koşulları ve kullanılan malzemelerin değişik olması nedeniyle, birbirlerinden farklılıklar göstermekle birlikte, bu farklar çok önemli ölçüde değildir. Genel olarak, cüruf içeren betonların rötre mekanizmalarının Portland çimentolu betonlara benzer olduğu söylenmektedir (Newman ve Choo, 3; Wainwright, 19; Tokyay, 3). Lee ve ark. (), aynı su-bağlayıcı oranlı normal Portland çimentolu betona göre, cüruf içeren betonların otojen rötrelerinin daha yüksek olduğunu belirtmişler ve cüruf yer değişim oranı arttıkça, rötrenin de arttığını bildirmişlerdir. Araştırmada, aynı cüruf içeriği söz konusu olduğunda, rötrenin s/b oranınından etkilendiği ve düşük s/b oranında daha az rötrenin meydana geldiği belirtilmiştir. Chern ve Chan (199), uygulanan kür süresi ve test şartlarının yüksek fırın cüruflu betonun dayanım kazanmasını ve buna bağlı olarak rötre deformasyonlarını etkilemesi sebebiyle, betonda kür eksikliğinin ve fazla miktarda cüruf kullanımının ağırlık kaybını ve rötreyi arttırdığını bildirmişlerdir. Neville ve Brooks (1993), beton karışımındaki çimento miktarında meydana gelen azalmanın ve su-bağlayıcı oranındaki düşüşün rötrenin de azalmasına sebep olduğunu bildirmişlerdir. Buna benzer olarak Bilim (), cüruf ikameli betonlarda su-bağlayıcı oranının yükselmesi ile rötre değerlerinde de bir artışın olduğunu belirtmiştir. 33

59 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU...(). Elastisite Modülü Yüksek fırın cürufları, Portland çimentosu içeren betonlarla kıyaslandığında, belli bir basınç mukavemeti için betonun elastisite modülünü biraz daha arttırıcı etkiye sahiptir (Newman ve Choo, 3). Ağırlıkça %3-7 oranlarında cüruf içeren ve suda kür edilmiş cüruflu çimento betonlarının sekant elastisite modülleri, erken yaşlarda Portland çimentolu betonlara benzer olmasına karşın, sonraki dönemlerde daha fazla olmaktadır. Ancak, kuru kür edilen cüruflu çimento betonlarının son yaşlardaki elastisite modülleri, ıslak kür edilen cüruflu betonlardan daha düşüktür (Brooks ve ark., 199). Dayanımlar için belirtilen durumlar elastisite modülü için de geçerlidir. Eşit günlük dayanımlar için, cüruflu çimento kullanılarak yapılmış olan betonların elastisite modülleri az bir miktar daha yüksek olmaktadır (Bamforth, 19; Wainwright, 19; Wainwright ve Tolloczko, 19; Tokyay, 3) Betonun Dayanıklılık Özelliklerine Etkileri Betonun durabilitesi ya da bir başka deyişle dayanıklılığı; hava koşullarından, sülfatlı ve asitli sulardan, betonun kullanıldığı ortam koşularından kaynaklanan yıpratıcı fiziksel ve kimyasal olaylar karşısında, betonun hizmet süresi boyunca gösterebileceği direnme kabiliyeti; daha basit bir tarifle betonun zararlı sıvıların ve gazların difüzyonuna karşı göstereceği direnç olarak tanımlanır. Sülfatlı sular, deniz suları, klorlu sular, karbonatlı sular, termal sular, buz çözücü maddeler vb. ile yapılan uzun süreli deneyler sonucunda, iyi kür edilmiş cüruf katkılı betonların zararlı kimyasal etkiler altındaki performanslarının yüksek olduğu belirlenmiştir (Tokyay, 3; Newman ve Choo, 3)....3.(1). Permeabilite İyi kür edilmiş betonlarda cüruf katkısı, özellikle yüksek sıcaklıklarda, uzun dönem permeabilitesinde faydalı olmaktadır. Bunun muhtemel sebepleri cüruf katkılı 3

60 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU betonlarda gün sonrasında da hidratasyonun devam etmesi; artan cüruf içeriğiyle, toplam boşluk dağılımının daha ince olması ve daha küçük boşluk miktarının giderek artması ve artan kür sıcaklığıyla birlikte, Portland çimentolu betonların boşluk yapısı kabalaşırken, cüruflu betonların boşluk yapısının bundan daha az etkilenmesi olabilir (Bilim, )....3.(). Sülfatlara Dayanıklılık Öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufu içeren betonların, Portland çimentolu betonlara göre sülfat ataklarına karşı daha dayanıklı olduğu kabul edilmektedir. Bunun sebebinin, yüksek fırın cürufunun Ca(OH) i bağlayarak sülfatlarla reaksiyonu önlemesi ve Portland çimentosu kullanımı ile kıyaslandığında, bağlayıcı içindeki Ca(OH) ve C 3 A oranının azaltılmasını sağlaması olduğu düşünülmektedir....3.(3). Donma-Çözülme Direnci Benzer mukavemet ve hava içeriğinde, Portland çimentolu betonlar ile cüruf katkılı betonların donma-çözünme dirençleri arasında az bir farklılık vardır. Ancak % ve daha fazla yüksek cüruf ikame oranlarındaki hava katkısız betonlar, Portland çimentolu betonlara göre daha düşük bir dayanıklılık sergilemektedirler. Normal şartlarda, betonda yüksek fırın cürufunun kullanımı, hava sürükleyici katkıların etkinliğine zarar vermemektedir. İnceliği yüksek olan fırın cürufunun kullanımı, donma-çözülme direncini arttırmaktadır. Bu artan direnç, özellikle çimento hamurunun yapısındaki yoğunlaşmaya ve cüruf kullanılmasına bağlı olarak çimento hamurunda bulunan boşluk çaplarındaki azalmaya bağlıdır (Fukudome ve ark., 199). Bijen (199), cüruf ve uçucu küllerle ilgili yaptığı bir çalışma sonucunda, belirli bir mukavemet ve hava miktarı için cüruflu betonların donma-çözülme direncinin başlangıçta düşük olduğunu; ancak döngü sayısının artmasıyla birlikte bu farklılığın gittikçe azaldığını ve donma-çözülme direncinde yüksek fırın cüruflarının daha etkin bir rol oynadığını belirtmiştir. Bu farklılığın muhtemel sebepleri tam 3

61 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU olarak kesin olmasa da bunun, cüruf kullanılmasına bağlı olarak beton içerisindeki boşlukların daha ince olmasından ileri geldiği öne sürülmektedir....3.(). Aşınma Beton üretiminde yüksek fırın cürufunun kullanılması, uygun ve yeterli kür uygulanması şartıyla, aşınma dayanıklılığında bir miktar avantaj sağlamaktadır. Ancak, cüruf katkılı betonlar yetersiz kür şartlarından Portland çimentolu betonlara göre daha fazla etkilenmektedirler (Newman ve Choo, 3). Fernandez ve Malhotra (199), cüruflu betonların mukavemet gelişimlerinin, yüksek fırın cüruflarının beton içerisinde kısmen çimentoyla ikame edilebileceğini işaret ettiğini, ancak cüruflu betonların aşınmaya karşı dirençlerinin kontrol betonlarına göre daha düşük olduğunu rapor etmişlerdir....3.(). Alkali-Silika Reaksiyonu Alkali-silika reaksiyonu, alkali agrega reaksiyonunun en çok bilinen formu olup, bazı agregalarda bulunan silisli mineraller ile çimentodaki alkaliler arasında gerçekleşen reaksiyonların bir sonucu olarak ortaya çıkmaktadır. Bu reaksiyon, zararlı hacim genleşmelerine ve betonun bozulmasına neden olan su emici kalsiyum silika jellerini meydana getirir. Bu zararlı hacim genleşmelerini azaltmanın en etkili yollarından birisi, betonda yüksek fırın cürufu katkısının kullanılmasıdır (Newman ve Choo, 3). Yüksek fırın cüruflarının, bazen oldukça yüksek seviyelerde alkali içermesine rağmen, çözülebilirlikleri Portland çimentolarında bulunan alkalilerden daha düşüktür. Betona, agrega reaktivitesine de bağlı olarak, %- ikame oranlarında cüruf katkısının yapılması, alkali-silika reaksiyonunu azaltmak için alınacak çeşitli tedbirlerden birisidir (Newman ve Choo, 3). 3

62 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU...3.(). Klor Geçirgenliği Betonun geçirimsizliği, betona (veya çimento hamuruna) çözeltilerin veya gazların ilerlemesini ve ilerlemenin hızını kontrol eder. Betonun geçirimsizliği subağlayıcı oranından etkilenmektedir. Özellikle kış aylarında buz çözücü olarak kullanılan tuzlardaki klor iyonları betonu oldukça tahrip edicidir. Granüle yüksek fırın cürufu kullanılmasıyla klor difüzyonu riski önemli ölçüde azalmaktadır (Reeves, 19; Bijen, 199; Geiseler ve ark. 199). Aldea ve ark. (), % cüruf içeren betonların dayanımlarınının kontrol betonuna yakın olduğunu ve kontrol betonuna göre daha düşük klor geçirgenliğine sahip olduklarını belirtmişlerdir. Buna benzer olarak, Özyıldırım ve Halstead (19) ile Fernandez ve Malhotra (199) da cüruf katkılı betonların, klor iyonlarının betona girmesine karşı Portland çimentolu betonlardan daha dayanıklı olduklarını ve beton içindeki cüruf miktarı arttıkça, klor geçirgenliğine karşı direncin daha iyi olduğunu belirtmektedirler. Geiseler ve ark. (199), beton karışımı içindeki yüksek miktarda bulunan cürufun, hamurun yoğunluğunu artırmasından dolayı klor geçirgenliğine karşı dayanıklı olduğunu belirtmektedirler....3.(7). Karbonatlaşma Beton yüzeyi ile temas eden ve betonun içine giren karbondioksit, betonun içerisinde bulunan kalsiyum hidroksitle reaksiyona girerek karbonatlaşmaya yol açmaktadır. Bu reaksiyon aşağıdaki (.1) eşitliğinde yer almaktadır: Ca(OH) + CO CaCO 3 + H O (.1) Karbonatlaşma, beton yüzeyinde başlayarak, içeriye doğru ilerlemektedir. Bu nedenle, yüzeye yakın bölgeler karbonatlaşmanın etkisi altındadır. Karbonatlaşmanın gerçekleşme hızı, havadaki karbondioksit ve nem miktarına ve betonun geçirimliliğine bağlıdır. Karbondioksit miktarının yüksek olması karbonatlaşmayı artırmaktadır. Relatif nemin % civarında olması da karbonatlaşmayı artıran diğer 37

63 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU bir unsurdur. Relatif nemin % den az veya %1 olması durumunda ise karbonatlaşma gerçekleşmemektedir (Erdoğan, ). Karbonatlaşma, CO gazının betona nüfuz etmesi sonucunda ortaya çıkmaktadır. Bu nüfuz, betonun geçirgenlik ve gözeneklilik özellikleriyle bağlantılıdır. Bu nedenle, betonun hem gözenekliliği hem de geçirgenliği karbonatlaşma mekanizmasında önemli rol oynamaktadır. Beton ne kadar geçirimsiz olursa, karbonatlaşma da o kadar az gerçekleşmektedir. Bunların dışında, betonun karbonatlaşma oranı; kür durumuna, su-bağlayıcı oranına, ortam sıcaklığına ve bağıl neme, kullanılan mineral katkıların özelliklerine de bağlıdır. Puzolonik mineral katkı maddelerinin genellikle betonun gözenekliliğini azalttığı ve böylece geçirgenlikte azalmaya neden olduğu bilinmektedir. Geçirgenliğin azalması, CO in beton bünyesinin derinliklerine ulaşmasını geciktirmektedir. Karbonatlaşma sonucunda sertleşmiş çimento hamuru büzülme göstermekte, dolayısıyla betonda çatlaklar oluşmaktadır. Kalsiyum hidroksitin çözünmesi nedeniyle, betonun içerisinde mevcut olan alkalin ortam daha düşük düzeye inmektedir. Alkalinitenin azalması ile, karbonatlaşmanın olduğu bölgelerdeki betonarme demirlerinin korozyonu daha hızlı olabilmektedir. (Erdoğan, ). Bu olumsuz etkilerin yanında, karbonatlaşmanın beton üzerinde olumlu etkileri de bulunmaktadır. Karbonatlaşma gösteren betonun dayanımında çok az bir artış meydana gelmektedir. Bunun nedeni, karbonatlaşma olayı sonunda bir miktar suyun serbest kalmasıdır. Serbest kalan su, çimentoda yer alan hidratasyona yardımcı olmaktadır. Karbonatlaşma nedeniyle oluşan CaCO 3 kristalleri, çimento hamurundaki kapiler boşlukların içine yerleştikleri için, beton nispeten daha geçirimsiz olabilmektedir (Erdoğan, ). Kimyasal katkıların sertleşmiş beton özellikleri üzerindeki etkilerini araştıran Özkul ve Yıldırım (199) a göre, karbonatlaşma derinliği su-bağlayıcı oranındaki artışla birlikte artmaktadır. Osborne (1999), % oranında cüruf içeren betonların normal ve ılıman ortam koşullarındaki karbonatlaşma miktarlarının genel olarak Portland çimentolu betonlara benzer olduğunu bildirmiştir. 3

64 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU.. Uçucu Kül Uçucu kül, elektrik üreten termik santrallerde toz haline getirilmiş taş kömürünün ya da linyitin yakıt olarak kullanılmasından sonra ikincil bir ürün olarak elde edilir. Termik santral fırınlarında yanan öğütülmüş yakıttan dolayı oluşan küllerden bir kısmı sıcaklığın etkisi ile yüksek bacalardan dışarı doğru uçuşurlar. Uçucu kül olarak adlandırılan bu atık madde mekanik filtreler ya da elektronik toplayıcılar vasıtasıyla toplanır. Böylece, uçucu küllerin bacadan çıkıp civar bölgeleri kirletmesi de engellenmiş olur. Uçucu külün puzolanik özelliğe sahip olduğu bilinmektedir (Postacıoğlu, 19, Mehta, 19; Neville, 199; Erdoğan, 1997; Atiş ve ark. -a). Bu özelliklerinden dolayı son zamanlarda uçucu küller çimento içinde katkı maddesi olarak beton üretiminde kullanılmaktadır. Uçucu küllerin puzolanik özellikleri 193 lu yılların başlarında ABD de fark edilmiş ve ilerleyen yıllarda bu malzeme, özellikle kütle beton üretiminde kullanılmıştır (Topçu, ). Beton karışımının içerisinde yer alan uçucu kül miktarı, çimento ağırlığının %1- si civarında değişebilmektedir (Erdoğan, 3). Silisli ve alüminli amorf yapıya sahip oldukları ve çok ince taneli olarak elde edildikleri için, uçucu küller de ince taneli doğal puzolanlar gibi puzolanik özellik göstermektedirler; kalsiyum hidroksitle sulu ortamda birleştiklerinde hidrolik bağlayıcılığa sahip olmaktadırlar. Bu nedenle, hem portland-puzolan tipi çimento üretiminde, hem de beton katkı maddesi olarak doğrudan kullanılmaktadırlar. Genellikle beton katkı maddesi olarak çok büyük miktarlarda kullanılabilmektedirler (Erdoğan, 3)...1. Uçucu Külün Üretimi Elektrik enerjisi üretimi için, termik santrallerin çoğunda yakıt olarak pulverize kömür kullanılmaktadır. Kömür, % i 7 µm elekten geçebilecek inceliğe sahip olacak şekilde öğütülmekte ve havayla birlikte buhar üretici kazanları ısıtmak amacıyla, yakıt olarak püskürtülmektedir (Cook, 193). 39

65 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU Pulverize kömürün yanmasıyla büyük bir miktarı çok ince olan, bir miktarı da nispeten biraz daha iri boyutlara sahip kül tanecikleri ortaya çıkmaktadır. Çok ince tanelere sahip olan küller, yakıt gazlarıyla beraber uçarak bacadan çıkmak üzere hareket ederler. Nispeten ağır olan iri kül tanecikleri taban külü olarak ocağın tabanına düşer. Atık malzeme olarak ortaya çıkan küllerin yaklaşık %7- i gazlarla birlikte bacadan çıkma eğilimi gösteren çok ince taneli küllerdir. Bu küllere uçucu kül denilmektedir (Erdoğan, 3). Gazlarla birlikte çok büyük miktarda külün dışarı çıkması durumunda, termik santralin çevresi kısa sürede küllerle kaplanacağından, bacadan dışarıya çıkacak küller birtakım elektrostatik veya elektromekanik yöntemler vasıtasıyla tutulmakta ve kül toplayıcı silolara kanalize edilmektedir. Daha sonra da silolardan konveyör bandlar yardımıyla veya başka yöntemlerle termik santrallerin uzağındaki bir yere atık olarak depolanmaktadır (Erdoğan, 3). Uçucu küllerin özellikleri yakılan kömüre, kullanılan kazan tipine, yakma ve kül toplama metodu gibi faktörlere bağlı olarak her termik santral için hatta aynı santraller için bile farklılıklar gösterebilmektedir. Önemli noktalardan biri de, uçucu külün kireç olmadan bağlayıcılık özellik gösteremeyeceğidir. Uçucu küller çimentoya göre daha büyük özgül yüzey ve inceliğe sahip olduklarından dolayı bağlayıcı hamurun hacminin artmasını ve daha az çimentonun kullanılmasını sağlamaktadırlar (Topçu, ).... Uçucu Kül Sınıfları Uçucu küller kimyasal ve minerolojik kompozisyonları ve CaO içeriklerine göre düşük ve yüksek kireç içerikli olmak üzere iki sınıfa ayrılmaktadır. ASTM C 1 (199), düşük ve yüksek kireç içerikli uçucu külleri sırasıyla F ve C sınıfı olarak ayırmaktadır. F sınıfı uçucu küller taşkömüründen elde edilen kaliteli uçucu küllerdir, C sınıfı uçucu küller ise linyitlerden elde edilmektedir ve nispeten düşük kaliteli küllerdir (Tablo.). Zengin linyit rezervlerine sahip olan ülkemizdeki uçucu küller büyük oranda C tipi küllerdir (Akman ve ark., 199).

66 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU Tablo.. ASTM C 1 (199) e göre uçucu kül sınıfları (Erdoğan, 3) Sınıf Tanım F SiO + AlO 3 + Fe O 3 %7; antrasit veya bitümlü kömürlerden elde edilmekte, puzolanik özelliğe sahip. C SiO + AlO 3 + Fe O 3 %; linyit veya düşük bitümlü kömürlerden elde edilmekte, puzolanik özelliğin yanı sıra kendiliğinden bir miktar bağlayıcılığa sahip...3. Uçucu Külün Özellikleri Uçucu külün kullanılmasıyla betonun bir çok özelliğinin değiştiği bilinen bir gerçektir. Bunlardan taze betonun reolojik özellikleri ve Portland çimentosunun hidratasyon hızı gibi konular uçucu külün fiziksel nitelikleriyle (tane büyüklüğü, gradasyon) ilgiliyken; dayanım artışı, geçirimlilik, hidratasyon ısısı, alkali-agrega reaksiyonu, sülfat etkisine dayanıklılık gibi özellikler ise kullanılan külün kimyasal ve minerolojik kompozisyonlarıyla doğrudan ilişkilidir. Bu nedenle, uçucu küllerin, betonda kullanılabilirliğinin belirlenebilmesi açısından, minerolojilerinin bilinmesi gerekmektedir (Tokyay, 199) Uçucu Külün Fiziksel Özellikleri Uçucu küller, çimentodan daha koyu gri renkte, çok ufak taneli, elle dokunulduğunda yumuşak bir malzemedir. Renkleri açık griden koyu griye uzanan değişikliktedir. Daha çok miktarda karbon içeren küller koyu gri renkte, daha çok demir içerenler ise açık gri renktedir (Erdoğan, 3). Mikroskopta bakıldığında çeşitli şekilde ve büyüklükte, çeşitli biçimlerde, genellikle küresel, şeffaf, bazen açık renkli, bir kısmı siyah, çok az esmer kırmızı renkte taneciklerden meydana gelen bir yapı gösterir (Demir, 199). Uçucu kül taneciklerinin boyutları 1-1 µm arasında değişiklik göstermektedir. Normal olarak,.1-.7 (ortalama.) gr/cm 3 yoğunluğa sahiptirler. Ağırlığının yaklaşık % i (hacminin % si) içi boş (nitrojen veya karbondioksitle dolu) parçacıklardan oluşmaktadır (Erdoğan, 3). 1

67 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU..3.. Uçucu Külün Kimyasal Özellikleri ve Kompozisyonu Uçucu küllerin kimyasal kompozisyonları, yakıt olarak kullanılan kömürün tipine ve yanma işlemine göre değişiklik göstermektedir. Tablo.3 te değişik termik santrallerden elde edilen uçucu küllerin içerikleri görülmektedir. Buradan görülebileceği gibi, birçok uçucu küldeki SiO + Al O 3 + Fe O 3 miktarı % in üzerindedir. Bu oksitlerin yanı sıra bir miktar CaO, MgO, cüruf (çok ince taneli durumda olan yanmamış kömür) ve Na O da bulunabilmektedir (Erdoğan, 3). Uçucu küllerde az miktarlarda da olsa, MgO, SO 3, alkali ve karbon yer almaktadır. Bunların oranlarının yüksek olması istenmemektedir. MgO, hidratasyon sonucunda betonda genleşmeye yol açmaktadır. SO 3, sertleşmiş betonda etrenjit oluşumuna ve böylece çok büyük genleşmelere neden olmaktadır. Alkali miktarının yüksek olması, reaktif silika içeren agregalarla reaksiyon olanağını artırarak betonda genleşmelere yol açabilmektedir. Karbon miktarı fazla olan uçucu küllerle yapılan hava sürükleniş betonlarda, daha çok miktarda hava sürükleyici katkı maddesine ihtiyaç duyulmaktadır. (Erdoğan, 3) Uçucu kül taneleri arasında bulunan yanmamış karbon kızdırma kaybı olarak da bilinmektedir. Bu sebeple, tabloda karbon miktarı kızdırma kaybı na eşdeğer olarak gösterilmektedir. Kızdırma kaybı tayini için yüksek sıcaklıklara kadar pişirilen uçucu kül numunesindeki ağırlık kaybı, büyük oranda, külün içerisindeki karbonun yanmasından kaynaklanmaktadır. (Erdoğan, 3) Tablo.3. Çeşitli uçucu küllerin kimyasal kompozisyonları (Erdoğan, 3) Kimyasal içerik F sınıfı uçucu kül (CaO < %1) C sınıfı uçucu kül (CaO > %1) SiO AlO Fe O CaO MgO NaO C (kızdırma kaybı)

68 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU... Uçucu Külün Beton Özelliklerine Etkileri Uçucu küllerin beton özelliklerine olumlu ve olumsuz etkileri aşağıda maddeler halinde sıralanmıştır (Erdoğan, 3; Topçu, ). Olumlu Etkileri Taze betonda işlenebilmeyi artırmakta, terlemeyi azaltmaktadır. Betonun hidratasyon ısısını azaltmaktadır. Sertleşmiş betonun sülfatlara dayanıklılığını arttırmaktadır. Potansiyel Zararlı Etkileri Betonun prizini biraz geciktirmektedir, bu durum soğuk havalarda sorun olabilmektedir. Betonun ilk günlerdeki dayanım kazanma hızını azaltmaktadır. Betonun daha uzun süre kür edilmesini gerektirmektedir. Betonda belirli miktarda sürüklenmiş hava elde edebilmek için daha çok miktarda hava sürükleyici katkı maddesinin kullanılmasını gerektirmektedir Taze Beton Özellikleri Üzerine Etkileri...1.(1). İşlenebilirlik Uçucu külün taze beton karışımı üzerindeki yaygın olarak bilinen etkilerinden biri, betonun işlenebilirliğini azaltmadan, gerekli su miktarını azaltma kabiliyetidir. Uçucu külün beton karışımı üzerindeki bu etkisi genellikle fiziksel özelliklerine, karbon içeriğine, tane inceliğine, şekline ve özellikle tane yüzey yapısına bağlıdır (Atiş ve ark., -b). Neville (199), uçucu külün işlenebilirlik üzerindeki etkisinin, uçucu kül ile çimento arasındaki özgül ağırlıkların farklılığına dayandığını belirtmiştir. Uçucu külün özgül ağırlığının Portland çimentosundan daha düşük olması sebebiyle, ağırlık bazında yer değişimiyle, betondaki yapıştırıcı hamur hacmi artmakta ve bu da 3

69 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU işlenebilirliği olumlu yönde etkilemektedir. Ayrıca, uçucu kül taneleri küresel şekilde olduğu için iç sürtünmeyi azaltarak betonun akıcılığını arttırmaktadır. Hassan ve ark. (1997), uçucu külün kısmi olarak çimento ile ağırlıkça %3-7 oranına kadar yer değiştirilmesiyle, beton karışımı için gerekli su miktarında %1 den % e kadar azalmaya sebep olduğunu bildirmişlerdir. Kim ve ark. (199), %1 dan fazla ikame oranlarında kullanılan uçucu külün sabit çökme değerinde su ihtiyacını artırdığını gözlemlemişler ve buna, uçucu kül tanelerinin boşluklu yapısının ve pürüzlü yüzeylerinin neden olduğunu ileri sürmüşlerdir Malhotra (197), uçucu külün tane çapının µm yi aşması durumunda işlenebilmedeki pozitif etkisinin kaybolduğunu ifade etmektedir. Mora ve ark. (1993), uçucu kül çapının 1 µm nin altına inmesi halinde de işlenebilmenin güçlendiğini bildirmektedirler. Akman ve ark. (199) nın çalışmaları da yukarıdaki sonuçlarla parallelik içindedir. Uçucu kül tanelerinin işlenebilirlik üzerindeki etkisini araştırdıkları çalışmalarında, işlenebilmeyi artıran uçucu külün tane boyutu sınırlarının 1 µm - µm arasında olması gerektiğini bildirmişlerdir. Gökçe ve ark. (199), uçucu külü çimentoyla %1, % ve %3 oranlarında yer değiştirerek kullandıkları çalışmalarında, uçucu kül taneleri irileştikçe ve ikame oranı arttıkça, betonun sabit işlenebilirliği için gerekli olan su miktarının arttığını bildirmişlerdir. Taneler irileştikçe su ihtiyacını artmasının ana sebebinin, tanelerin fiziksel yapısından kaynaklandığı belirtilmiştir. Taramalı elektron mikroskobundan elde edilen görüntülere göre, ince uçucu kül tanesi bilinen tipik küresel ve dolu yapıya sahiptir. Uçucu kül tanesi irileştikçe, amorf bir yapıya sahip olmaktadır ve bu yapı, taze betonda iç sürtünmeyi ve su ihtiyacını artırmaktadır....1.(). Priz Süresi Uçucu kül katkılı betonların priz süreleri katkısız betonlara göre genellikle daha uzun olmaktadır. Priz süresi, kullanılan uçucu külün tipine ve inceliğine göre

70 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU değişmektedir. C tipi uçucu küller, F tipi uçucu küllerden daha kısa priz süresi göstermektedirler (Erdoğan, 199; Erdoğan, 3)....1.(3). Hidratasyon Isısı Çimentonun uçucu kül ile kısmen yer değiştirmesi ile karışımda daha az Portland çimentosu yer alacağından dolayı, betonun erken yaşlardaki hidratasyon ısısı düşmektedir. Çimento hamurunun hidratasyon ısısının azaltılmasında, yüksek kalsiyum içeren uçucu küller, düşük kalsiyum içeren uçucu küller kadar etkili değildir (Tokyay, 19; Erdoğan, 3; Topçu, )....1.(). Kanama (Terleme) Beton karışımında inceliği yüksek uçucu külün yer alması, karışımdaki katı tanelerin yüzey alanlarının artmasına yol açmaktadır. Bu durumda katı taneler beton karışımı içindeki suyu kendilerine daha iyi bağlamakta, suyun yukarıya hareketi azalmakta, böylece terleme ve ayrışma azalmaktadır. (Wesche, 1991; Malhotra ve Raezanianpour, 199; Erdoğan, 3).... Sertleşmiş Beton Özellikleri Üzerine Etkileri...(1). Basınç ve Çekme Dayanımı Uçucu külün betonun mukavemet gelişimine etkisi, kullanılan uçucu külün miktarı, kalitesi, su-bağlayıcı oranı ve kür şekli gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Uçucu külün puzolanik reaksiyonundan dolayı, uçucu kül içeren betonun dayanım gelişimi genellikle ilk zamanlarda daha yavaştır. Ancak nihai dayanım oldukça yüksektir. İlk günlerdeki dayanım artışı, uçucu külün inceliğine ve tipine göre değişiklik göstermektedir. C tipi küllerin ilk zamanlardaki dayanıma katkısı, F tipi küllerinkinden daha fazladır. Ayrıca, incelik arttıkça, ilk zamanlardaki dayanım nispeten daha yüksek olmaktadır (Erdoğan, 199).

71 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU Uçucu küllü betonların mukavemet kazanma hızı, kül içermeyen betonlara oranla daha yavaş olmaktadır. Bu sebeple, uçucu küllü betonlarda ilk yaştaki mukavemetler daha düşük olmakta, ancak uçucu kül aktivitesinin yüksekliğine göre., 9. veya daha sonraki günlerde mukavemetler kontrol betonunu yakalamakta veya geçmektedir. C sınıfı uçucu küllerin ilk yaşlardaki mukavemet kazanma hızları daha yüksek olabilmektedir. Uçucu küllü betonlarda en iyi sonuçların genellikle %1- arası uçucu kül ikame oranlarında alındığı, C sınıfı uçucu küllerle bu oranın %3 e kadar çıkabileceği belirtilmektedir. Daha yüksek uçucu kül oranları çoğunlukla kütle betonlarında hidratasyon ısısını düşürmek ve çatlamayı azaltmak için kullanılmaktadır (Özturan, 1991). Atiş ve ark. (-c), uçucu küllü betonların basınç ve yarmada çekme dayanımları üzerinde yaptıkları araştırmalarında, uçucu külün ağırlıkça %1- oranlarında çimento yerine ikamesiyle üretilen betonların günlük basınç dayanımlarının şahit betonlara eşdeğer ya da daha yüksek olduğunu bildirmişlerdir. Silindir yarmada çekme dayanımlarının ise oldukça tatminkar olduğu belirtilmektedir. Uçucu kül içeren beton numunelerin basınç ve çekme dayanımları arasındaki ilişkinin normal betona benzediği görülmüştür. Atiş ve ark. (-d), %1- oranlarında uçucu küllü harç numunelerin bir günde oldukça tatminkar basınç ve eğilme-çekme dayanımı geliştirdiğini, basınç dayanımlarının günde kontrol betonuyla kıyaslanacak duruma geldiğini belirtmişlerdir. Yapılan araştırmalarda, ağırlıkça % oranında uçucu kül kullanılmasının beton basınç dayanımı açısından olumlu sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir (Erdoğan, 3). Uçucu küllerin betonun çekme ve eğilme mukavemetlerine olan etkileri, basınç mukavemetine paralellik göstermektedir (Özturan, 1991). Gökçe ve ark. (199), uçucu külün %1- oranlarında çimentoyla yer değiştirilerek kullanılmasının, dayanımı olumsuz etkilemediğini, bu durumun basınç ve eğilme dayanımlarında benzer olduğunu belirtmektedirler. Ancak %3 ikame oranlı betonların dayanım gelişimini istenilen düzeyde tamamlamadıklarını bildirmişlerdir.

72 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU...(). Rötre Rötre, su-çimento oranına, beton karışımındaki çimento yüzdesine ve rötreyi önleyen agreganın karışım içindeki oranına bağlıdır. Düşük su-çimento oranı ve beton karışımında çimento miktarının azalması rötreyi de azaltmaktadır (Neville ve Brooks, 1993). Uçucu kül çimento ile kısmen yer değiştirilerek çimento miktarını azalttığından ve karışım suyu ihtiyacını azaltma kabiliyetinin kullanılmasından dolayı, uçucu kül katkılı betonlarda rötre daha düşük olmaktadır (Nelson ve ark.,199). Karbon oranı az ve inceliği yüksek olan uçucu küllü betonların rötresi, katkısız betonlara göre daha az olabilmektedir (Erdoğan, 3). Uçucu kül içen betonun sünmesi ve rötresini inceleyen Ghosh ve Timusk (191), uçucu külün çimentoyla ikamesinin rötrede azalmaya sebep olduğunu bildirmiştir. Benzer sonuç Nelson ve ark. (199) tarafından da rapor edilmiştir. Atiş ve ark. (-d), %1-3 oranlarında uçucu kül içeren harç numunelerin kuruma rötrelerinin %3- mertebesinde azalma gösterdiğini bildirmişlerdir. Bütün Portland çimentolarının rötre yaptığı ve rötrenin çimento miktarının artmasıyla da arttığı bilindiğinden, uçucu kül ikamesi ile çimentonun seyreldiği; dolayısıyla da rötrenin azaldığı belirtilmektedir. Sabit su-bağlayıcı oranı ile üretilen karışımlarda kullanılan uçucu külün, karışım suyunun bir kısmını kendine bağlayarak, karışımın su-bağlayıcı oranını düşürdüğü; dolayısıyla rötreyi azalttığı belirtilmektedir. Karahan (), uçucu külün kuruma rötresini azalttığını, % oranında uçucu kül katkılı betonların en az rötre yaptığı, %-3 arasındaki ikame oranlarında, gözlenen rötre değerlerinin ise birbirine oldukça yakın değerlerde olduğunu bildirmiştir....(3). Elastisite Modülü Carette ve Malhotra (197), uçucu küllü betonların günlük elasitiste modüllerinin, kontrol betonunun elastisite modülünün %9-11 u arasında olduğnu rapor etmişlerdir. 7

73 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU Ramyar (1993), uçucu kül ikamesinin, betonun elasitiste modülü üzerinde öenmli bir etkisinin olmadığını bildirmiştir. Yazıcı ve Baradan (199), % uçucu kül ikamesinin, basınç dayanımı ve elastisite modülünü düşürürken, çekme ve eğilme dayanımlarını çok az bir miktar arttırdığını belirtmişlerdir Betonun Dayanıklılık Özelliklerine Etkileri Beton genelde dayanıklı bir malzeme olmasına karşın, sert çevre koşullarında bu dayanıklılığını yitirir. Fiziko-kimyasal etkilerle yapısı bozulur, deformasyona uğrar. Buna bağlı olarak, mukavemeti düşer ve görevini yapamaz. Çevre koşullarının etkilerini beton üzerinde net olarak belirlemek oldukça zordur. Çünkü koşullar değişkendir ve çevre etkileri malzemeye göre değişir. Yapının stabilitesinin korunması, taşıyıcı sistemdeki bütün elemanların korunmasıyla mümkün olabilir. İlk başta, betondaki bozulmalara yüksek direnç gösteren çimento çeşidi hesaba katılmadan; betonun doğru karışım oranına ve düşük su-çimento oranına sahip olması ve üretilen betonun iyi derecede sıkıştırılması gibi faktörler göz önüne alınmalıdır. Çimentonun aynı çeşidi için daha mukavemetli beton, daha düşük geçirimli olacağı için kimyasal etkilere karşı daha dirençli olacağı farz edilir (Türkmen ve ark, )....3.(1). Su Geçirimlilik Uçucu küllü betonların su geçirimliliği, katkısız betonlara göre daha azdır. İnce taneli mineral katkıların kullanılması taze betondaki terlemeyi azaltmakta, böylece terleme nedeniyle betonda oluşacak boşluklar azalmaktadır. Ayrıca, mineral katkıların içindeki silika ile çimentonun hidratasyonu sonucunda ortaya çıkan kalsiyum hidroksit rekasiyona girerek C-S-H jelleri oluşturmaktadır. Böylece çimento hamurunun içindeki jel miktarı artmakta, kapiler boşluk oranı azalmaktadır (Erdoğan, 3).

74 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU Uçucu kül kimyasal reaksiyonu ve inceliği sayesinde çimento harç fazındaki boşluk yapısını değiştirir. Toplam boşluk oranı aynı kalır, ancak kapiler boşluklar azalır, jel boşlukları çoğalır. Agrega-çimento arayeri, betonun dayanımı ve geçirimsizliği açısından en kritik bölgesidir. Uçucu kül ilavesiyle bu bölgenin daha yoğun bir hale geldiği ve CH yerine daha kaliteli C-S-H ile kapatıldığı gözlenmiştir (Meng,199). Karahan (), betona katılan uçucu kül oranı arttıkça boşluk ve su emme oranlarının arttığını belirtmiş; yalnızca %1 uçucu kül ilavesi ile boşluk ve su emme oranlarının kontrol betonuna eşdeğer düzeyde olduğunu bildirmiştir....3.(). Sülfatlara Dayanıklılık Uçucu küllü betonların sülfatlara dayanıklılığı katkısız betonlara göre daha fazladır. Çünkü puzolanik katkı maddeleriyle üretilen betonlarda daha az Portland çimentosu yer alacağından, sülfat reaksiyonuna yol açabilecek C 3 A miktarı daha az olmaktadır (Erdoğan, 3). Ayrıca, puzolan katkılı betonlardaki hidratasyon, önce Portland çimentosu ile su arasında başlamaktadır. Puzolanların reaksiyon gösterebilmeleri; C 3 S ve C S anabileşenlerinin hidratasyonu ile ortaya çıkan kalsiyum hidroksitin kullanılmasıyla gerçekleşmektedir. Yani puzolan katkılı betonlarda daha az miktarda kalsiyum hidroksit yer almaktadır. Bu da, sülfat ve kalsiyum hidroksit arasındaki reaksiyon sonucunda oluşabilecek alçıtaşı miktarının az olmasına neden olmaktadır (Erdoğan, 3). Buna ek olarak, ilave hidratasyon ürünleri geçirgenliği azaltmaya yardımcı olmaktadır. Monteiro ve Kurtis (3), tarafından yapılan çalışmada, betonun sülfat saldırısından zarar görmemesi için kritik bir bölgenin bulunduğu, çimentonun C3A miktarının % den az, su-çimento oranının. in altında olması halinde yıllık maruz kalma süresinde hasar oluşmadığı, çimento yerine % ve % oranlarında uçucu kül kullanımının genleşmeleri azalttığı belirtilmektedir. Düşük kalisyum içeren uçucu küllerin Portland çimentosu ile kısmen yer değiştirmesiyle üretilen uçucu küllü betonların sülfatlara karşı dayanıklılığının arttığı gözlenmiştir (Weshe, 1991; Freeman ve Carrasquillo, 1991). 9

75 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU Chindaprasirt ve ark. () tarafından yapılan bir çalışmada, F sınıfı uçucu kül kullanımının sülfat dayanıklılığını arttırdığı, uçucu kül inceliği arttıkça bu etkinin daha belirgin hale geldiği görülmüştür. Kaba uçucu kül (Blaine değeri 1 cm /gr) kullanımı halinde ise genleşmelerin azalmadığı, aksine arttığı ifade edilmektedir....3.(3). Alkali-Agrega Reaksiyonu Uçucu küllü betonlarda katkısız betondakine göre daha az Portland çimentosu bulunması, betonun içerisinde daha az miktarda C 3 A ve alkalilerin yer almasına, dolayısıyla uçucu küllü betonlarda alkali-agrega reaksiyonunun daha az miktarda gerçekleşmesine sebep olmaktadır (Erdoğan, 3)....3.(). Karbonatlaşma Karahan (), uçucu kül katkılı betonlarda, kontrol betonuna göre daha fazla karbonatlaşma görüldüğünü ve uçucu kül ikame oranı arttıkça karbonatlaşma derinliğinin de arttığını bildirmiştir..7. Literatür Değerlendirmesi Literatürde, atık PET şişelerin çoğunlukla polimer betonu üretiminde kullanılan polyester reçinesi yapımında değerlendirilmesini konu alan çalışmalar bulunmaktadır. Bu uygulama, polimer betonu üretim maliyetini, normal reçinelerin kullanıldığı uygulamalara göre düşürmektedir. Ancak, kimyasal ve ısıl işlemler gerektirdiği için, atık PET şişelerden beton üretilme maliyeti yüksektir. Atık PET lerin kimyasal ve ısıl işleme gerek duyulmadan ve üzerinde çok fazla işlem yapılmadan beton üretiminde kullanılması için uygulanacak en iyi yöntemin, atık PET şişelerin kırılarak hafif beton agregası olarak değerlendirilmesi olduğu düşünülmektedir. Literatürde, atık PET kırıklarının beton üretiminde agrega olarak kullanılmasını konu alan sınırlı sayıda araştırma bulunmaktadır (Koide ve ark, ;

76 . ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semiha AKÇAÖZOĞLU Gavela ve ark, ; Choi ve ark., ; Shehata ve ark., 199). Bu çalışmalar incelendiğinde; genellikle PET atıkların diğer plastik atıklarla karıştırıldığı ve doğal agregayla kısmi olarak yer değiştirilerek kullanıldığı görülmektedir. Ancak, atık PET şişe kırıklarının hiçbir ısıl ve kimyasal işlem görmeden, doğrudan hafif beton agregası olarak kullanıldığı ve karışımda hiç doğal agreganın bulunmadığı bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu sebeple, bu konu hakkında sistematik bir çalışma yapılma ihtiyacı duyulmuştur. Ayrıca literatürde, yüksek fırın cürufu ve uçucu külün, taze ve sertleşmiş betonun birçok özelliği üzerinde olumlu etkilerinin olduğunu bildiren çok sayıda araştırma mevcuttur. Bu sebeple, sözü edilen endüstriyel atıkların atık PET agregalı hafif beton üretiminde kullanılmasının ekonomik ve ekolojik avantajlarının yanı sıra, harç numunelerin dayanım ve dayanıklılık özelliklerine katkıda bulunacağı düşünülmektedir. 1

77 3.MATERYAL VE METOD Semiha AKÇAÖZOĞLU 3. MATERYAL VE METOD Bu bölümde, deneysel çalışmada kullanılan malzemelerin kimyasal bileşimleri, fiziksel özellikleri, harç karışımlarında kullanılan malzeme oranları ve gerçekleştirilen deneysel çalışmalara yer verilmiştir Kullanılan Malzeme Özellikleri Çimento Bu çalışmada, OYAK Adana Çimento Fabrikası tarafından üretilen, TS EN () ile uyumlu Portland çimentosu kullanılmıştır. Çimentonun taze olarak kullanılmasına özen gösterilmiş ve nem almayacak şekilde koruyucu kaplarda korunmuştur. OYAK Adana Çimento Fabrikasından alınan PÇ, çimentosuna ait kimyasal özellikler Tablo 3.1 de, fiziksel özellikler ise Tablo 3. de verilmiştir. Çimentonun priz başlangıç ve bitiş süreleri TS EN 19-3 () de belirtilen yönteme göre yapılarak tespit edilmiştir. Tablo 3.1. Kullanılan çimentonun kimyasal bileşimi Oksit SiO Al O 3 Fe O 3 CaO MgO SO 3 K O Na O KK alkaliler Çimento Tablo 3.. Kullanılan çimentonun fiziksel özellikleri Özgül Ağırlık (gr/cm 3 ) 3.9 İlk (saat:dakika) 3 Priz süresi Son (saat:dakika) 3 3 Özgül Yüzey (cm /gr) 3 İncelik. mm elekte kalıntı (%)..9 mm elekte kalıntı (%).1 Basınç Dayanımı (N/mm ) günlük 9.7 Hacim Sabitliği (mm) 3 Litre Ağırlığı (gr/lt) 9

78 3.MATERYAL VE METOD Semiha AKÇAÖZOĞLU Yüksek Fırın Cürufu Çalışmada İskenderun Demir Çelik Fabrikası nın atığı olan ve OYSA İskenderun Çimento Fabrikası nda belli bir incelik değerine kadar öğütülen yüksek fırın cürufu kullanılmıştır. Çimentonun ağırlıkça % si oranında yer değiştirilerek kullanılan cürufun kimyasal özellikleri Tablo 3.3 te verilmiştir. Cürufun baziklik katsayısı Kb= (CaO + MgO) / (SiO + Al O 3 ) =. olup özgül ağırlığı.1 gr/cm 3, Blaine özgül yüzeyi cm /gr dır. ASTM C 99 (199) a uygun olarak hesaplanan cüruf aktivite indeksleri 7. gün için %7,. gün için ise % bulunmuştur. Buradan, harç karışımlarda kullanılan cürufun kategori sınıfında olduğu ortaya çıkmıştır (Bilim, ). Tablo 3.3. Yüksek fırın cürufunun kimyasal kompozisyonu (%), (Bilim, ) Oksit SiO Al O 3 Fe O 3 CaO MgO SO 3 K O Na O KK YFC Uçucu Kül OYAK Adana Çimento Fabrikası ndan temin edilen F sınıfı uçucu kül, Yumurtalık Sugözü termik santralinden elde edilmektedir. Aynı fabrika tarafından yapılan kimyasal analiz değerleri Tablo 3. te verilmiştir. Çalışmada kullanılan uçucu külün özgül ağırlığı. gr/cm 3, Blaine özgül yüzeyi 3 cm /gr dır (Özdemir, ). Uçucu külün ASTM C 1 (199) e uygun olarak hesaplanan dayanım aktivite indeksi. tür. Tablo 3.. Uçucu külün kimyasal kompozisyonu (%), (Özdemir, ) Oksit SiO Al O 3 Fe O 3 CaO MgO SO 3 K O Na O KK UK İnce Agrega (Kum) Çalışmada DSİ VI. Bölge Müdürlüğü Kanalet Üretim Fabrikası tesislerinden alınan - mm dane büyüklüğündeki ince agrega kullanılmıştır. İnce agrega yıkanarak temizlenmiş ve etüvde kurutulmuştur. İnce agreganın özgül ağırlık ve su emme kapasitesi tayini TS EN 197- () ya uygun olarak, piknometre yöntemine göre rasgele alınan numuneler üzerinde yapılmıştır. 3

79 3.MATERYAL VE METOD Semiha AKÇAÖZOĞLU Deneyler üç farklı numune üzerinde yapılmış ve ortalamaları Tablo 3. te verilmiştir. TS 7 EN 1 (3) de agregaların özgül ağırlığı için bir sınır değer verilmemiştir. Fakat betonda kullanılacak agregaların özgül ağırlığının, kg/dm 3 ün üzerinde olmasında fayda vardır (Özbebek, 1993). Harç numunelerinin hazırlanmasında kullanılan ince agreganın TS 13 (197) a göre elek analizi yapılarak sonuçları Tablo 3. da verilmiştir. Bu sonuçlara göre çizilen grafik ise Şekil 3.1 de verilmiştir. Tablo 3.. İnce agrega özgül ağırlık ve su emme kapasitesi değerleri Kuru Hacim Özgül Ağırlığı (gr/cm 3 ). KYDH Özgül Ağırlığı (gr/cm 3 ). Görünen Özgül Ağırlığı (gr/cm 3 ).7 KYDH Su Emme Kapasitesi (%).3 KYDH: Kuru Yüzey Doygun Hal Elek No Tablo 3.. İnce agreganın elek analiz değerleri Elek Üzerinde Elek Üzerinde Kümülatif Kalan (gr) Kalan (%) Kalan (%) Kümülatif Geçen (%) Tava 1 Toplam 1

80 3.MATERYAL VE METOD Semiha AKÇAÖZOĞLU Elekten Geçen Miktar (%) Elek Göz Açıklığı (mm) Şekil 3.1. İnce agreganın elek analizlerinin grafiksel gösterimi Atık Polietilen Tereftalat (PET) Şişe Kırıkları Çalışmada agrega olarak kullanılan atık PET şişe kırıkları Advansa SASA Polyester Sanayi Tesisi nden temin edilmiştir. Atık PET şişeler toplanarak SASA tesislerinde ayrılmakta, yıkanarak temizlendikten sonra kırıcı makinelerden geçirilmektedir. Küçük kırıklar haline getirilen atık PET şişeler çeşitli eleklerden geçirildikten sonra, elyaf yapımında değerlendirilmektedir. Bu çalışmada, elyaf yapımında kullanılmayacak kadar küçük olan ve elek altı olarak tabir edilen; maksimum tane boyutu mm olan PET kırıkları agrega olarak kullanılmıştır. PET kırıkları hafif harç üretiminde iki şekilde kullanılmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde, PET kırıkları doğal agrega yerine kullanılmıştır. İkinci bölümünde ise PET agrega ve doğal agrega birlikte kullanılmıştır. Agrega olarak kullanılan atık PET şişe kırıklarının bir kısmı elenerek, tane boyutu 1- mm aralığında olanlar kullanılmış, bir kısmı da elenmeden, olduğu gibi (- mm) kullanılmıştır. PET agreganın özgül ağırlığı 1.7 gr/cm 3 tür. Resim 3.1 de bu çalışmada agrega olarak kullanılan karışık boyutlu PET kırıkları görülmektedir. PET agreganın elek analiz değerleri Tablo 3.7 de verilmiştir. Bu sonuçlara göre çizilen grafik Şekil 3. de verilmiştir.

81 3.MATERYAL VE METOD Semiha AKÇAÖZOĞLU Resim 3.1. Çalışmada kullanılan PET kırıkları Elek No Tablo 3.7. PET agreganın elek analiz değerleri Elek Üzerinde Elek Üzerinde Kümülatif Kalan (gr) Kalan (%) Kalan (%) Kümülatif Geçen (%) Tava 1 Toplam 1 Elek Göz Açıklığı (mm) Elekten Geçen Miktar (%) Şekil 3.. PET agreganın elek analizlerinin grafiksel gösterimi

82 3.MATERYAL VE METOD Semiha AKÇAÖZOĞLU Karışım ve Bakım Suyu Deneylerde kullanılan karışım ve bakım suyu şehir şebekesinden alınan içme suyudur. Beton karışım ve bakım suyunun kalitesi ile ilgili özel bir Türk Standardı yoktur. Kaynaklarda karma suyu genel anlamda içilebilir su olarak ifade edilmektedir (Erdoğan, 199; Neville ve Brooks, 1993). 3.. Harç Karışım Oranları Çalışmada agrega olarak sadece PET kırıklarının kullanıldığı kumsuz karışımlar ve ince agrega ile PET kırıklarının birlikte kullanıldığı kumlu karışımlar olmak üzere iki ana karışım türü bulunmaktadır. Karışımlarda kullanılan PET-bağlayıcı oranı. ve. tır. PET agrega boyutu; 1- mm ve karışık boyutlu (- mm) olmak üzere iki çeşittir. Su-bağlayıcı oranları;. ve. olarak belirlenmiştir. Bağlayıcı türüne göre; çimentolu, cüruflu ve uçucu küllü olmak üzere üç farklı karışım türü kullanılmıştır. Cüruflu ve uçucu küllü karışımlar, sözü edilen puzolanların çimentoyla ağırlıkça % oranında yer değiştirilmesiyle elde edilmiştir. Kumsuz numunelerin üretiminde, çimentolu, cüruflu ve uçucu küllü karışımların her biri için er olmak üzere, toplam karışım hazırlanmıştır. Bu oranların hepsi kumlu karışımlarda da uygulanmıştır. Kumlu karışımlarda PET agreganın yanı sıra kum da kullanılmıştır. Kumbağlayıcı oranı 1, PET-kum oranı. dir. Bu oranlara sahip olan kumsuz ve kumlu olmak üzere, toplam harç karışımı hazırlanmıştır. Bu karışımların içerikleri Tablo 3. ve Tablo 3.9 da sunulmuştur. 7

83 3.MATERYAL VE METOD Semiha AKÇAÖZOĞLU No Karışım adı Tablo 3.. PET agregalı harç karışımların içeriği PET Bağlayıcı Agrega Kum/B P/B boyutu 1 CP-1 çimento - - PET CP- çimento - - PET - mm.. 3 CP-3 çimento - - PET -. karışık CP- çimento - - PET -. CP- çimento - - PET CP- çimento - - PET - mm.. 7 CP-7 çimento - - PET - karışık. CP- çimento - - PET -. S/B 1 CCP-1 çimento cüruf - PET CCP- çimento cüruf - PET - mm.. 3 CCP-3 çimento cüruf - PET -. karışık CCP- çimento cüruf - PET -. CCP- çimento cüruf - PET CCP- çimento cüruf - PET - mm.. 7 CCP-7 çimento cüruf - PET -. karışık CCP- çimento cüruf - PET -. 1 CUP-1 çimento u.kül - PET CUP- çimento u.kül - PET - mm.. 3 CUP-3 çimento u.kül - PET -. karışık CUP- çimento u.kül - PET -. CUP- çimento u.kül - PET CUP- çimento u.kül - PET - mm.. 7 CUP-7 çimento u.kül - PET -. karışık CUP- çimento u.kül - PET -.

84 3.MATERYAL VE METOD Semiha AKÇAÖZOĞLU Tablo 3.9. PET ve kum agregalı harç karışımların içeriği PET No Karışım adı Bağlayıcı Agrega Kum/B P/B boyutu 1 K-CP-1 çimento - kum PET 1-. K-CP- çimento - kum PET mm. 3 K-CP-3 çimento - kum PET.. K-CP- çimento - kum PET karışık 1. K-CP- çimento - kum PET 1-. K-CP- çimento - kum PET mm.. 7 K-CP-7 çimento - kum PET. karışık K-CP- çimento - kum PET. S/B 1 K-CCP-1 çimento cüruf kum PET 1-. K-CCP- çimento cüruf kum PET mm. 3 K-CCP-3 çimento cüruf kum PET.. K-CCP- çimento cüruf kum PET karışık 1. K-CCP- çimento cüruf kum PET 1-. K-CCP- çimento cüruf kum PET mm. 7 K-CCP-7 çimento cüruf kum PET.. K-CCP- çimento cüruf kum PET karışık. 1 K-CUP-1 çimento u.kül kum PET 1-. K-CUP- çimento u.kül kum PET mm. 3 K-CUP-3 çimento u.kül kum PET.. K-CUP- çimento u.kül kum PET karışık 1. K-CUP- çimento u.kül kum PET 1-. K-CUP- çimento u.kül kum PET mm. 7 K-CUP-7 çimento u.kül kum PET.. K-CUP- çimento u.kül kum PET karışık Numunelerin Üretimi ve Kürü Tablo 3. ve ve Tablo 3.9 da sunulan toplam karışımın taze haldeyken kıvamları ile birim ağırlıkları ölçülmüştür. Daha sonra bu harç karışımlar mm x mm x 1 mm boyutlarındaki kalıplara dökülerek sertleşmesi için laboratuvar ortamında bırakılmıştır. Bir gün sonra numuneler kalıplardan çıkarılmış ve deney sürelerine kadar yarısı ± ºC 9

85 3.MATERYAL VE METOD Semiha AKÇAÖZOĞLU sıcaklıkta % bağıl nemli kür odasında; diğer yarısı ise ± ºC sıcaklıktaki kür havuzunda kür edilmişlerdir. 3.. Harç Numuneler Üzerinde Yürütülen Çalışmalar Çimentonun Priz Süresinin Tayini Deneylerde kullanılan çimentonun priz süresi TS EN 19-3 () e uygun olarak ölçülmüş ve üretici firmanın verdiği değerlere uygun olduğu görülmüştür Yayılma Tablası Deneyi PET-bağlayıcı oranı. ve. olan, su-bağlayıcı oranı. ve. olan, bağlayıcı olarak çimento, cüruf ve uçucu külün kullanıldığı harç karışımlar taze haldeyken TS EN 11-3 () doğrultusunda yayılma tablası ölçümleri yapılmıştır Birim Ağırlık Tayini Harç karışımlar taze haldeyken yaş birim ağırlıkları ölçülmüştür. Numuneler sertleştikten sonra 7.,. ve 1. günlerdeki hava kurusu birim ağırlıkları hesaplanmıştır Eğilmede Çekme Dayanımı Tayini Kuru ve ıslak kürde bekletilen mm x mm x1 mm boyutlu prizmatik numuneler 1, 3, 7,, 9 ve 1 günlük zaman dilimlerinde eğilmede çekme deneyine tabi tutulmuştur. Harç numunelerin belirtilen gündeki eğilmede çekme dayanımını bulmak için, üç adet prizmatik numune TS EN () de belirtildiği gibi üç noktadan yükleme deneyine tabi tutulmuştur. Bunun için her numune, aralarındaki mesafe 1 mm olan iki silindir üzerine oturtulmakta ve numunenin üst yüzeyinin tam ortasına gelen aynı boyutlu silindir üzerine numune kırılıncaya kadar kg/sn hızla yükleme yapılmaktadır. Bulunan kırılma yükünden eğilme gerilmesi hesaplanabilmektedir (Şekil 3.3). Resim 3. de eğilmede çekme dayanımı tayininde kullanılan deney düzeneği görülmektedir.

86 3.MATERYAL VE METOD Semiha AKÇAÖZOĞLU Resim 3.. Eğilmede çekme deney düzeneği P 3 mm 3 mm d= mm mm mm L=1 mm Şekil 3.3. Eğilme deneyi Eğilmede çekme gerilmesi (3.1) eşitliği kullanılarak hesaplanmaktadır. σ = 1. PL/bd (3.1) P : Uygulanan kuvvet (kg) L : Destek silindirleri arasındaki mesafe (1 mm) b : Numune kesitinin dar kenar uzunluğu ( mm) d : Numune kesitinin yüksekliği ( mm) σ : Eğilme dayanımı 1

87 3.MATERYAL VE METOD Semiha AKÇAÖZOĞLU Üç numune için ayrı ayı bulunan sonuçların ortalaması alınarak eğilme dayanımı hesaplanmaktadır. Eğilme deneylerinde kullanılan prizmanın alt kısmı çekme gerilmelerine maruz kaldığı için, eğilme yükü uygulayarak bulunan gerilmeler eğilmede çekme dayanımı olarak ifade edilmektedir (Erdoğan 199) Basınç Dayanımı Tayini İki farklı ortamda kür edilen harç numuneler TS EN () doğrultusunda 1, 3, 7,, 9 ve 1 günlük zaman dilimleri için basınç deneyine tabi tutularak basınç dayanım değerleri bunmuştur. Bunun için eğilmede çekme deneyine tabi tutulan üç adet prizmatik numunenin yaklaşık olarak ortalarından kırılmalarıyla elde edilen altı adet prizma şekilli yarım numune kullanılmaktadır. Her bir yarım numune, basınç dayanımlarının tespiti için pres aletinde kırılmaktadır. Bunun için numune, hazırlanan bir aparatın içine kırık yüzeyi yana gelecek şekilde yerleştirilir. Numunenin alt ve üstündeki mm x mm lik metal başlıklarla numune kg/sn hızla yüklemeye tabi tutulur. Kırma başlıkları arasındaki prizma mm x mm x mm lik bir küp görevi görmektedir (Resim 3.3). Bu şekilde yüklemeye tabi tutulan numunelerin basınç değerleri (3.) eşitliği yardımıyla bulunur ve altı numuneden elde edilen sonuçların ortalaması alınarak basınç dayanım değeri olarak tespit edilir (Şekil 3.). Resim 3.3. Basınç dayanımı tayininde kullanılan deney düzeneği

88 3.MATERYAL VE METOD Semiha AKÇAÖZOĞLU P Pres basliklari mm Numune mm Şekil 3.. Basınç deneyi Basınç dayanımı aşağıdaki formül yardımı ile hesaplanmaktadır: σ = P/A (3.) σ : Basınç dayanımı P : Uygulanan kuvvet (kg) A : Kesit alanı (1 mm ) 3... Karbonatlaşma Derinliğinin Tayini Relatif nemin %1 olması durumunda karbonatlaşma yer almayacağından dolayı, karbonatlaşma testi yalnızca kuru kür edilen numuneler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Kuru kür durumunda kür edilen ve 3., 7.,., 9. ve 1. günlerde eğilmede çekme deneyine tabi tutulan mm x mm x 1 mm boyutlu prizmatik numunelerin ortadan ikiye ayrılmasıyla ortaya çıkan yüzeylerine phenolpthalein çözeltisi uygulanmıştır. Serbest Ca(OH) pembe renk gösterirken, karbonatlaşmış kısım renk değiştirmemektedir. Resim 3. te karbonatlaşma yapmış numuneler yer almaktadır. 3

89 3.MATERYAL VE METOD Semiha AKÇAÖZOĞLU Resim 3.. Karbonatlaşma yapmış numuneler Boşluk Oranı ve Su Emme Miktarının Tayini Islak kür edilen mm x mm x1 mm boyutlarındaki üçer adet prizmatik numunenin. gündeki boşluk oranı ve su emme değerleri TS 3 (191) e uygun olarak bulunmuştur. Sertleşmiş numune önce 1 ºC sıcaklıktaki ortamda saat bekletilerek kuru duruma getirilmekte ve numunenin bu durumdaki ağırlığı ölçülmektedir. Sonra kuru numune, su dolu bir kap içerisinde saat bekletilerek, numunenin doygun yüzey ağırlığı ölçülmektedir. Daha sonra, numuneler su içinde 7 saat kaynatılıp soğutulduktan sonra tekrar tartılıp kaynatma metoduna göre su emme oranları belirlenmektedir. Kaynatılıp soğutulan numuneler Arşimet yöntemiyle su içinde tartılarak gerçek hacimleri hesaplanmakta ve numunelerin su emme ve boşuk oranları ile özgül ağırlıkları (3.3), (3.) ve (3.) eşitlikleri yardımı ile bulunmaktadır: B A m 1 = 1% (3.3) A m 1 : Ağırlıkça su emme oranı (%) A : Etüv kurusu numune ağırlığı (kg) B : Doygun yüzeyli kuru numune ağırlığı (kg) C A B = 1% (3.) C D B : Görünür boşluk oranı (%) A : Etüv kurusu numune ağırlığı (kg) C : Kaynatıp soğutulan numune ağırlığı (kg) D : Su içindeki numunenin ağırlığı (kg)