YAPILARDA DİYATOMİTLE ÜRETİLEN HAFİF BLOK ELEMANLARIN KULLANILMASI

Transkript

1 YAPILARDA DİYATOMİTLE ÜRETİLEN HAFİF BLOK ELEMANLARIN KULLANILMASI Tayfun UYGUNOĞLU, Osman ÜNAL Afyon Kocatepe Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Yapı Eğitimi Bölümü, Afyonkarahisar ÖZET Bu çalışmada, yapıların zati yükünü azaltmak için Afyon ve çevresinde bulunan diyatomit hafif agregası ile üretilen hafif blok elemanların mekanik özellikleri araştırılmıştır. Karışımlarda, su/çimento oranı 0.15 olarak sabit tutulmuştur. 4 farklı granülometri ve 2 farklı çimento miktarında olmak üzere 8 seri üretilmiştir. Üretilen numuneler üzerinde, basınç dayanımı ve ultrases hızı deneyleri yapılarak birim hacim ağırlık ve görünen porozite değerleri belirlenmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda üretilen numunelerin kuru birim hacim ağırlıkları, kg/dm 3 arasında değişirken, basınç dayanımları da N/mm 2 arasında değişmektedir. Yapılarda diyatomitle üretilmiş olan hafif blok elemanların bölme elemanı olarak kullanılması ile yapının zati yükünün azaltılmasında fayda sağlayacağı düşünülmektedir. Anahtar Kelimeler: Zati yük, diyatomit, hafif Agrega, blok Eleman USE OF LIGTHWEIGHT BLOCK ELEMENT PRODUCED BY DIATOMITE IN THE CONSTRUCTION ABSTRACT In this study, physical and mechanical proprties of lightweight block element produced with diatomite in Afyon and region were investigated in order to reduce to dead load of construction. In the mixes, water/cemet ratio was kept at 0,15. In four different aggrega granulometry and two cement content, eight series were produced. On the specimens, compressive strength and ultrasonic velocity were tested and bulk density and specific porosity were defined. According to experimental results, while dry unit weight of specimens is variying between kg/dm 3, the compressive strength changed between N/mm 2. By use of lightweight block element with diatomite in the construction as divide element, it is think that benefit to reduce of dead load of constructions. Keywords: Dead load, diatomite, lightweight aggregate, block element

2 GİRİŞ Bir yapıda deprem sırası ve sonrasında, içindeki canlılara zarar veren elemanların başında düşeyde yer alan ve taşıyıcı özelliği olmayan elemanlardan duvarlar gelmektedir. Bunlarla ilgili yapılan çalışmalar çok fazla değildir. Yapı taşıyıcı sistemi ve taşıyıcı duvarları ile ilgili pek çok tespit, öneri ve yöntem varken, taşıyıcı olmayan duvar ve bileşenlerle ilgili yapılan çalışma ve tespitler yeterli değildir [1]. Teknolojideki son gelişmelere bağlı olarak, yapılan binalarda aranan en önemli özelliklerin başında, yapının hafifliğinin sağlanması gelmektedir. Duvarlar rijitlikleri ve ağırlıkları ile özellikle deprem yükü etkisi altında yapıyı önemli ölçüde etkileyebilmektedir. Bu nedenle özellikle son yıllarda yapının zati yükünü azaltmak ve aynı zamanda can güvenliğini arttırmak için değişik yöntemlerle üretilen hafif blok elemanların yapılarda kullanılması üzerine çalışmalar yapılmaktadır [2]. Hafif blok elemanlar, birim ağırlıkları ve ısı iletkenlikleri düşük olan yapı malzemeleri olup, çoğunlukla pomza, diyatomit ve volkanik kökenli gibi doğal hafif agregaların kullanımının yanında kömür curufu gibi suni hafif agregalarla da üretilmektedirler [3]. Genel olarak hafif agregalı beton blok elemanların kullanımı ile ağırlığın azaltılması ve dolayısı ile yapıların zati yüklerinin azaltılması amaçlanmıştır [4]. Diyatomit su yosunları sınıfından olan tek hücreli, mikroskopla görülebilecek kadar küçük olan diyatomların silisli kavkıların birikerek fosilleşmiş kavkılarından meydana gelen organik tortul bir kayaçtır [5]. Yüksek gözenekliliği, hafifliği, ısı, ses ve elektriği az geçirmesi, erime noktasının o C olması, kimyasal maddelere karşı dayanıklılığı ve yoğunluğun az olması gibi fiziksel özellikleri nedeni ile filtre yardımcı malzemesi, dolgu maddesi, izolasyon maddesi ve hafif yapı malzemesi gibi birçok sanayi dalında kullanılmaktadır [6]. Bu çalışmada taşıyıcı olmayan ve bölme elemanı olarak kullanılan yapı elemanlarına alternatif bir yapı malzemesi olarak diyatomitle üretilen hafif blok elemanların özellikleri araştırılmıştır. KULLANILAN YÖNTEM Çalışmada, Afyon-Ankara karayolunun 24. km. sinde bulunan Afyon-Seydiler yöresi diyatomit kayacı çeşitli boyutlarda hafif agrega olarak kullanılmıştır(şekil-1). Diyatomitin kimyasal analizi Çizelge-1 de verilmiştir. Çizelge-1. Ditayomit ve Çimentonun Kimyasal Bileşenleri Bileşen (%) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO CaO Na 2 O SO 3 K 2 O A.K. Diyatomit 67,20 10,09 2,74 0,63 1,36 0,36-0,67 8 Çimento 19,3 5,57 3,46 0,86 63,56 0,13 2,91 0,80 2,78 Hafif blok elemanların üretiminde, PKÇ42.5 tipi portland kompoze çimentosu kullanılmıştır. Çimentonun kimyasal özellikleri Çizelge-1 de verilmiştir. Bloklar halinde alınmış olan diyatomit kayacı, çeneli kırıcı vasıtasıyla çeşitli boyutlarda hafif agrega haline getirilmiş olup, deneyde kullanılan agrega boyutları Çizelge-2 de verilmiştir.

3 Şekil-1. Çalışmada Kullanılan Diyatomit Yatağı Çizelge-2. Deneyde kullanılan diyatomit hafif agregası boyutları Agrega Sınıfı İri Orta İnce Elek Aralığı(mm) 16/8 8/4 4/0 Diyatomitli hafif blok elemanın yapılarda kullanılarak zati yükü azaltma üzerine yapılan bu deneysel çalışmada, üretilen bütün numuneler, 100x100x100 mm 3 boyutlarında olup, su/çimento oranları 0.15 olarak sabit tutulmuştur. Karışımlarda çimento miktarları 250 ve 300 kg/m 3 olacak şekilde 2 farklı grup tasarlanmıştır. Her çimento dozajında (grupta), iri agrega oranı %30 olarak sabit tutulmuş ve yer değiştirme yöntemi ile, orta agrega %25 den %40 a kadar %5 oranında arttırılır iken ince agrega oranı da aynı oranda %45 den %30 a azaltılması sonucu sırası ile A, B, C ve D serileri olarak 4 farklı granülometri oluşturulmuştur. Dolayısı ile 8 farklı seri üretilmiştir. Çizelge-3. Agregaların S.B.H.A. Değerleri Malzeme Diyatomit Boyut İri Orta İnce S.B.H.A.(kg/dm 3 ) 0,86 0,91 1,4

4 Çizelge-4. 1m 3 Karışım İçerisindeki Bileşen Ağırlıkları Çimento Miktarı (kg/m 3 ) Diyatomit (kg) Su İri Orta İnce A 251,82 222,05 614,92 37,5 B 251,82 266,5 546,6 37,5 C 251,82 310,9 478,3 37,5 D 251,82 355,3 409,9 37,5 A 245,7 216,6 599,9 45 B 245, ,3 45 C 245,7 303,3 466,6 45 D 245,7 346, Karışım agregaların suya doygun sıkışık birim hacim ağırlıklarına (S.B.H.A.) göre hesap edilmiş olup, agregaların sıkışık birim hacim ağırlıkları Çizelge-3 de verilmiştir. Çizelge- 4 de de her seri için 1m 3 karışım içerisindeki bileşen ağırlıkları verilmiştir. Karışım hesaplarında, birim hacimdeki hava miktarı %0.5 olarak sabit tutulmuştur. Şekil-2. Üretilen Numunelerin Laboratuar Ortamında Kür Edilmesi Diyatomit agregaları yüksek poroziteleri nedeni ile karışım esnasında su emmesini önleme amacıyla, karışıma konmadan önce 30 dak. su içerisinde tutulduktan sonra yüzeyi kuru suya doygun duruma getirilerek karışıma katılmıştır. Betoniyerde 3 dak. boyunca nemli halde hazırlanan karışımlar (çökme 0 cm.), 150W gücünde titreşim tablası üzerinde, alt ve üstü açık olan 100x100x100 mm 3 hacme sahip 3 lü kalıplara 3 tabaka talinde konuldu. Kendi hallerinde titreşimle sıkıştırılan numunelerin üst yüzeyleri düzeltildikten sonra, kalıbın yukarı doğru çekilmesiyle kalıptan alınarak, 20±2 o C ortam sıcaklığındaki laboratuar koşulunda 7, 28 ve 56. günlere kadar havada kür edilmişlerdir (Şekil-2). Üretilen numuneler üzerinde 7, 28 ve 56. günlerde basınç dayanımı ve ultrases hızı deneyleri ile 7 ve 28 günlük numunelerde arşimed prensibine göre kuru birim hacim ağırlık ve görünen poroziteleri belirlenmiştir. Ayrıca Postacıoğlu nun [7] belirttiği gibi ultrases hızından ve birim hacim ağırlığına bağlı olarak (1) nolu denklem yardımıyla numunelerin dinamik elastise modülleri belirlenmiştir. E= V 2x g x10 5 (1) Formülde E elastise modülü, V ultrases hızı, birim hacim ağırlık, g yerçekimi ivmesi (9,81 alındı) dir.

5 DEĞERLENDİRME Diyatomitle üretilmiş 7 ve 28 günlük hafif blok numuneler üzerinde yapılmış olan ultrases hızı, görünen porozite ve elastise modülü değerleri 250 ve 300 dozlu numuneler için Çizelge-5 te verilmiştir. Basınç dayanımı ve birim hacim ağırlık (B.H.A.) değerleri de grafik ortamında verilerek incelenmiştir. Çizelge-5 incelendiğinde 28 günlük numunelerin laboratuar ortamında havada kür edilmeleri sonucunda numunelerin bünyesinde bulunan serbest suyun buharlaşması sonucu boşluk yapısının arttığı ve bunun yanında hidrate ürünlerinin tam olarak gelişmemesi nedeni ile görünen porozite değerlerinin 7 günlük numunelerin porozite değerlerinden daha düşük olduğu belirtilebilir. Görünen porozite değerinin zamana bağlı olarak artması nedeni ile numunelerin ultrases hızları ve buna bağlı olarak da elastise modüllerinde azalmalar görülmüştür. Dozaj Adı Çizelge-5. Üretilen Numunelerin 7 ve 28 günlük Deney Sonuçları 7 GÜNLÜK 28 GÜNLÜK Elastisite M. N/mm 2 Ultrases Görünen Elastisite M. Ultrases Görünen (km/sn) Porozite(%) N/mm 2 (km/sn) Porozite(%) A 1,43 52, ,66 1,17 54, ,42 B 1,81 40, ,20 1,37 43, ,39 C Z1,83 38, ,43 1,66 45, ,94 D 1,66 52, ,29 0,93 51,98 856,76 A 1,62 65, ,69 1,25 52, ,47 B 1,91 39, ,88 1,58 49, ,38 C 2,00 37, ,97 1,84 47, ,00 D 1,51 52, ,78 1,04 58, ,24 6 Basınç Dayanımı (N/mm2)) gün 28 gün 56 gün A B C D Şekil Dozlu Numunelerin Basınç Dayanımları

6 Basınç Dayanımı (N/mm2) gün 28 gün 56 gün A B C D Şekil Dozlu Numunelerin Basınç Dayanımları Üretilen numunelerin 7, 28 ve 56 günlük basınç dayanımları 250, 300 kg/m 3 çimento miktarları için numunelerdeki orta malzeme oranının artışına göre adlandırılmış olan serilere göre sırasıyla, Şekil-3 ve Şekil-4 de görülmektedir. Şekiller incelendiğinde, karışımın granülometrisinin de orta malzeme oranının %25 ten %40 a artmasına karşılık ince malzemenin azaltılması durumlarında dayanımlarda bir artış görülmektedir. Ancak A serilerinde numunelerin 56 günlük dayanımları diğer dozajlardaki 7 ve 28 günlük numunelere göre daha düşük bir dayanıma sahip olduğu görülmüştür. Bu durum, karışımdaki ince malzeme oranının yüksek olması ile su miktarının artırmasına bağlı olarak bünyesindeki suyun zamanla buharlaşması sonucu oluşan iç yapıdaki boşlukların mevcut boşluklarla birleşerek büyümesine, dolayısıyla dayanımında azalmasına bağlanabilir. Hafif agregaların porozif özelliklerinden dolayı üretilen hafif betonların basınç dayanımları düşük ve su emme değerleri yüksektir[8]. TS 2823 de [9] bims blokla üretilen dolu blokların en az 4 N/mm 2 olması istenmekte ve yine tuğlalarında en az 5N/mm 2 basınç dayanımına sahip olmaları istenmektedir. Diyatomitle üretilen hafif blok elemanlar da gerek pomzalı hafif bloklar ile gerekse tuğla ile karşılaştırıldıklarında minimum dayanım değerlerini sağlamaktadır.

7 1,15 60 Birim Hacim Ağırlık (kg/dm^3) 1,10 1,05 1,00 0,95 0,90 0,85 7 günb.h.a 28 günb.h.a 7günPor. 28günPor. A B C D Görünen Porozite(%) Şekil Dozlu Numunelerde ler Arasında B.H.A ve Görünen Porozite İlişkisi Şekil-5 ve Şekil-6 da iki farklı çimento dozajında üretilen hafif blok elemanların serilere göre B.H.A. ve görünen poroziteleri arasındaki ilişki verilmiştir. 250 dozlu numunelere ait şekiller incelendiğinde numunelerin B.H.A. ları yaklaşık kg/dm 3 arasında değişirken aynı numunelerin görünen poroziteleri yaklaşık olarak %40-55 arasında değiştiği görülmüştür. 300 dozlu numunelerde ise B.H.A değerleri arasında ve görünen porozite değerleri de %40-60 arasında değerler almaktadır. Genel itibari ile her iki şekilde 28 günlük B.H.A. değerleri 7 günlük numunelerinkinden daha düşük olduğu görülmektedir. Diğer taraftan 28 günlük porozite değerlerinin de 7 günlük değerlerden daha fazla olduğu yine şekillerden görülmektedir. Bunun sebebi laboratuar ortamında kür edilen numunelerdeki gerek agreganın porozif yapısında gerekse agregalardan bağımsız diğer boşluklarda bulunan serbest suyun buharlaşması sonucu porozitenin artması ve buna bağlı olarak B.H.A değerlerinin azalması olarak belirtilebilir. 1,40 70 Birim Hacim Ağırlık (kg/dm^3) 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 7 günb.h.a 28 günb.h.a. 7günPor. 28günPor Görünen Porozite(%) 0,00 A B C D 0 Şekil Dozlu Numunelerde ler Arasında B.H.A ve Görünen Porozite İlişkisi

8 Demirboğa [10], genişleyen perlit ve pomzayla, silis dumanı ve uçucu kül katkılı hafif betonların üzerine yaptığı çalışmalar sonucunda değişik oranlarda silis dumanı ve uçucu kül katkılı hafif betonların 7-28 günlük basınç dayanımları MPa arasında değişirken B.H.A.ları kg/m 3 arasında değerler aldığını belirtmiştir. Üretilen hafif blok elemanlar, inşaat sektöründe bölme elemanı olarak önemli bir kullanım alanına sahip olan tuğla ve bims boklarla karşılaştırıldığında daha yüksek poroziteye ve daha düşük birim ağırlığa sahiptirler. Diyatomitle üretilen hafif blok elemanların yüksek poroziteye sahip olmaları ilk bakışta yüksek su emme özelliklerine sahip olmaları nedeniyle bir dez avantaj olarak görülse de, bu blok elemanların iç mekanlarda bölme elemanı olarak kullanılması durumunda bu durum avantaj olarak geri dönecektir. Ayrıca yapı malzemelerinin gözenekli yapıya sahip olmaları iç ve dış ortam arasında nefes alma olayının daha rahat gerçekleşmesini sağlayarak ortamın rutubetten korunmasını sağlayacaktır. SONUÇLAR Ülkemizde, Antalya gibi kentleşen illerimizdeki çeşitli yükler altında bulunan yapıların zati yükünü azaltmak için diyatomitle üretilen üretilen hafif blok elemanların kullanılmasının araştırıldığı bu çalışmada aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. Diyatomitle üretilen blok elemanların basınç dayanımları 2-6 N/mm 2 arasında değişmekte olup en iyi basınç dayanımı 300 dozlu %30 ince+%40 orta+%30 kaba diyatomit agregasıyla üretilen D serilerinde elde edilmiştir. Numunelerin havada kür edilmelerinden dolayı 28 günlük porozite değerleri 7 günlük değerlerinden daha yüksek değerler alırken, 28 günlük numunelerin B.H.A. değerleri 7 günlük numunelerden daha düşük değerler almıştır. Diyatomitle üretilen hafif blok elemanlar tuğla ve bims gibi diğer bölme elemanı olarak kullanılan yapı malzemelerine nazaran daha hafiftirler. Diyatomitin agrega olarak inşaat sektöründe önemli bir kullanım alanına sahip olan hafif bok eleman üretiminde değerlendirilmesiyle elde edilen hafif blok elemanların, Antalya gibi yapılaşma hızının arttığı illerimizdeki yapılarda kullanılması sonucu yapıların zati yükü 1600 kg/m 3 birim hacim ağırlığa sahip olan tuğlanın kullanıldığı bir yapıya göre duvar ağırlığı olarak %25-45 oranında hafifleyeceği söylenebilir. Yapının zati yükünün azaltılması yanında diyatomitle üretilen hafif blok elemanların kullanılması ile hafifliklerinden dolayı direk olarak can kaybını da azaltması düşünülmektedir. KAYNAKLAR [1] Subaşı, Y., Depreme Dayanıklı Yapıda, Taşıyıcı Olmayan Düşey Elemanların Dayanımının İncelenmesi, Deprem Sempozyumu, Kocaeli, [2] Uğur,İ., Doğal Yapı ve Kaplama Taşlarının Ses Akustiği Ve Kayaç Parametreleri İle İlişkisinin İncelenmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Doktora Tezi, Isparta, [3] İhtiyaroğlu, E., Tabii Hafif Agregalarla İmal Edilen Hafif Beton Blokların Duvar Elemanı Olarak Özelliklerinin Tayini Üzerinde Araştırmalar, İmar ve İskan Bakanlığı yayınları, No: 5-76, s.61,ankara, [4] Sancak,E., Hafif Agregalı Beton Blokların Mekanik Özellikleri Üzerine Çelik Lif Kullanımının Etkisi, S.D.Ü., Fen Bil. Ens., Yüksek Lisans Tezi, Isparta,1999.

9 [5] Uygunoğlu, T., Afyon ve Çevresindeki Hafif Agregalarla Üretilen Blok Elemanların Fiziksel ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Fen Bil. Ens., Yük. Lis. Tezi, 2005 [6] Borat,M., Türkiye Diyatomitlerinin Özellikleri Ve Filtrasyon Karakteristikleri, İTÜ, Fen bilimleri Enst.Doktora tezi,1992. [7] Postacıoğlu,B.,1987. Beton, cilt 2., Matbaa Teknisyenleri Basımevi, İstanbul. [8]- Chao-Lung Hwang, Meng-Feng Hung, Durability Design And Performance Of Self- Consolidating Lightweight Concrete, Construction and Building Materials 19 (2005) [9] TS 2823, Bims Betondan Mamul Yapı Elemanları, 1986, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara. [10] Demirboğa,R., Örüng,İ., Gül,R. Effects Of Expanded Perlite Aggregate And Mineral Admixtures On The Compressive Strength Of Low-Density Concretes, Cement and Concrete Research 31 (2001)