T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KİMYASAL ETKİLERE DAYANIKLI ÇİMENTO ÜRETİMİ ÜZERİNE BİR ARAŞTIRMA

Transkript

1 T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KİMYASAL ETKİLERE DAYANIKLI ÇİMENTO ÜRETİMİ ÜZERİNE BİR ARAŞTIRMA Şükrü ÖZKAN Danışman: Yrd. Doç. Dr. Emre SANCAK YÜKSEK LİSANS TEZİ YAPI EĞİTİMİ ANABİLİM DALI ISPARTA 2009

2

3 İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER i ÖZET...vi ABSTRACT...vii TESEKKÜR...viii ŞEKİLLER LİSTESİ...ix ÇİZELGELER LİSTESİ... x SİMGELER VE KISALTMALAR LİSTESİ...xii 1. GİRİŞ Amaç ve Kapsam KURAMSAL TEMELLER VE KAYNAK ARAŞTIRMASI Portland Çimentoları Çimento Hidratasyonu C 3 S ve C 2 S Ana Bileşenlerinin (Kalsiyum Silikatların) Hidratasyonu ve Hidratasyon Ürünlerinin Özellikleri C 3 A Ana bileşeninin Hidratasyonu ve Ortaya Çıkan Hidratasyon Ürünlerinin Özellikleri C 4 AF Ana Bileşeninin Hidratasyonu Puzolanlar Puzolanların Sınıflandırılması Puzolanik Aktivite ve Puzolanik Reaksiyon Puzolanik Reaksiyon Ürünleri Uçucu Kül Uçucu Külün Tanımı Uçucu Külün Özellikleri Fiziksel Özellikleri Kimyasal Özellikleri Uçucu Küllerin Sınıflandırılması ASTM C 618 Sınıflandırması TS EN e göre sınıflandırma Uçucu Küllerin Çimento Üretiminde Kullanılması i

4 2.4. Diatomit Diatomitin Tanımı Diatomitlerin özellikleri Fiziksel Özellikler Pomza Pomzanın Tanımı Pomzanın Özellikleri Fiziksel Özellikler Kimyasal Özellikler Türkiye Pomza Rezervi Pomzanın Çimento ve Beton Üretiminde Kullanılmasına Yönelik Önceki Yapılmış Çalışmalar Mermer Mermerin Tanımı Mermerlerin Özellikleri Fiziksel Özellikler Kimyasal Özellikler Mermer Kökenli Kayaçlar Kristalize kalkerler (kireçtaşları) Travertenler Oniks mermerler Mermerlerin sınıflandırılması Mermerlerin oluşum şekillerine göre sınıflandırılması Mermerlerin Değişik Özellikleri Baz alınarak Sınıflandırılması Mermerlerin Çimento Üretiminde Kullanılmasına Yönelik Daha Önce Yapılmış Çalışmalar Andezit Andezitin Tanımı Andezitin Özellikleri Fiziksel Özellikler Kimyasal Özellikler...35 ii

5 Andezitlerin Çimento Üretiminde Kullanılmasına Yönelik Daha Önce Yapılmış Çalışmalar Çimento ve Betonda Sülfat Etkisi Sülfat Hücumu Karşısında Betonda Yer alan Reaksiyon Mekanizması Suda ve Toprakta Yer Alan Sülfat Konsantrasyonunun Sülfat Hücumu Hızına Etkisi Sülfat Hücumunu Azaltıcı Önlemler MATERYAL VE YÖNTEM Deney Programı Kullanılan Malzemeler Klinker Diatomit Diatomitlerin Ocaktan Alınması Kimyasal Bileşim Pomza Pomzaların Temin Edilmesi Kimyasal Kompozisyon Andezit Andezit Tozlarının Temin Edilmesi Kimyasal Bileşim Mermer Mermer Tozların Temin Edilmesi Kimyasal Bileşim Uçucu Kül Uçucu Külün Temin Edilmesi Kimyasal Bileşim Standart Kum ve Su Yöntem Çimentoların Üretilmesi Çimento Deneyleri Standart Kıvam Tayini..55 iii

6 Priz Süreleri Hacim Genleşmesi Özgül Ağırlık Özgül Yüzey Kimyasal Analiz Elek Analizi Harç Deneyleri Harç Su İhtiyacı Harç Numunelerin Kalıplanması ve Bakımı Eğilmede Çekme Dayanımı Basınç Dayanımı Rötre Ağırlık Değişimi Deneyi S.E.M (Taramalı Elektron Mikroskobu) Analizi ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Kullanılan Malzemelerin Standart Kıvam Suyu İhtiyacına Etkileri Kullanılan Malzemelerin Priz Sürelerine Etkileri Kullanılan Malzemelerin Hacim Genleşmesine Etkileri Kullanılan Malzemelerin Özgül Ağırlığa Etkileri Kullanılan Malzemelerin Çimentoların Kimyasal Kompozisyonları Üzerine Etkileri Kullanılan Malzemelerin Harçların Su İhtiyacına etkileri Kullanılan Malzemelerin Dayanımlara Etkisi Eğilmede Çekme Dayanımı Basınç Dayanımı Sülfatın Dayanımlara Etkisi Sülfatın Eğilme Dayanımına Etkisi Sülfatın Basınç Dayanımına Etkisi Kullanılan Malzemelerin Rötreye Etkisi Kullanılan Malzemelerin Ağırlık Değişimine Etkisi SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) Sonuçları SONUÇLAR VE ÖNERİLER 85 iv

7 5.1. Sonuçlar Standart Kıvam Suyu İhtiyacı Priz Süreleri Hacim Genleşmesi Özgül Ağırlık Kimyasal Kompozisyon Harçların Su İhtiyacı Basınç Dayanımı Eğilmede Çekme Dayanımı Rötre Öneriler KAYNAKLAR...91 EKLER...94 ÖZGEÇMİŞ v

8 ÖZET Yüksek Lisans Tezi KİMYASAL ETKİLERE DAYANIKLI ÇİMENTO ÜRETİMİ ÜZERİNE BİR ARAŞTIRMA Şükrü ÖZKAN Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yapı Eğitimi Ana Bilim Dalı Jüri: Prof.Dr.Mümin FİLİZ Yrd.Doç.Dr.Osman ÜNAL Yrd.Doç.Dr. Emre SANCAK (Danışman) Bu tez çalışmasında, Isparta ili ve çevresinden temin edilen puzolanik özelliğe sahip malzemelerin çeşitli miktarlarda çimento içerisine katılmasıyla elde edilen çimentoların sülfat dirençlerini ve çimentoya sonradan ilave edilmeleri sonucu çimento özelliklerine olan etkileri normal portland çimentosu ve üretilen çimentoların birbirleriyle mukayesesi yapılarak incelenmiştir. Bu amaçla temin edilen doğal malzemeler çimento üretimi için çeşitli aşamalardan geçirilerek çimentonun ana malzemeleri olan klinker ve alçıtaşıyla çeşitli oranlarda harmanlanmıştır. Çimentoların performansları çimento hamuru ve harç olmak üzere iki farklı aşamada incelenmiştir. Hazırlanan harç numuneler üç farklı orandaki sodyum sülfat çözeltisine 28 gün suda kürlendikten sonra 90 gün boyunca maruz bırakılmışlar. Daha sonra çimentoların performansları, eğilme ve basınç dayanımları ile bu harç çubuklarına ait numune parçalarının, taramalı elektron mikroskobuyla (SEM) incelenmesi sonucu belirlenmiştir. Araştırmanın diğer kısmında ise çimentolara standart deneyler uygulanarak puzolanik malzemelerin çimento özelliklerine etkisi incelenmiştir. Ayrıca hazırlanan numuneler 125 gün boyunca nemli ortamda kürlenerek genleşme ölçümleri izlenmiştir. Sonuçlar andezit ve mermere nazaran daha boşluklu bir yapıya sahip olan diatomitlerin sülfatın zararlarından daha çok etkilendiğini ortaya çıkarmıştır. Standart çimento deneylerinde ise % oranlarında diatomit ile üretilen çimentoların dayanımlarında ilerleyen yaşlarda portland çimentosu 42.5 e yakın değerler elde edilmesini sağlamıştır. Anahtar Kelimeler: Çimento, Sülfat Direnci, Portland Çimentosu, Sodyum Sülfat, Diatomit, Andezit, Mermer, Doğal Malzemeler. 2009, 108 sayfa vi

9 ABSTRACT M. Sc. Thesis AN INVESTIGATION ON PRODUCING OF BLENDED CEMENT RESISTANT TO CHEMICAL EFFECTS Süleyman Demirel University Graduate School of Applied and Natural Sciences Construction Education Department Thesis Committee: Prof. Dr. Mümin Filiz Asst. Prof. Osman Ünal Asst. Prof. Emre SANCAK (Supervisor) In this thesis study, the cements produced by the additive materials from Isparta city and its surroundings which gives puzalonic activity are compared with normal Portland cement. In this comparison sulfate resistance and other cement properties are examined. The natural additives which undergone various procedures are blended with clinker and gypsum under different proportions, which are main cement compounds. Prepared mortar specimens cured in the water for 28 days and then they were exposed to three different proportions of sodium sulphate solution for 90 days. After wards performance of cements are determined with compressive strength, tensile strength and the results of the mortar bars are examined with SEM. Also the prepared specimens for during 125 days period and there are cured under moist atmosphere volume expansion are measured and continuously monitored. The results show that, diatomites, having more porous structure than andesite and marble were more affected by sulphate attack. As in the normal standard tests, by adding % of diatomites gave similar strength values with 42, 5 portland cement, at later periods of time Key Words: Cement, Sulfate Resistant, Portland Cement, Sodium Sulfate, Diatomite, Andesite, Marble, Natural Additives. 2009, 108 pages vii

10 TEŞEKKÜR Bu çalışmamın gerçekleşmesinde katkılarından dolayı, aşağıda adı geçen kişi ve kuruluşlara içtenlikle teşekkür ederim. Öncelikle hayatımın her anında maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen aileme sonsuz saygı ve sevgilerimi sunar teşekkürü bir borç bilirim. Bu araştırma için beni yönlendiren, karşılaştığım zorlukları bilgi ve tecrübesi ile aşmamda yardımcı olan değerli Danışman Hocam Yrd. Doç. Dr. Emre SANCAK a Teşekkür ederim. Literatür araştırmalarımda yardımcı olan Mühendislik Fakültesi öğretim görevlilerinden Sayın Namık GÜNEŞ e, laboratuar çalışmalarımda bana her türlü desteği sağlayan Teknisyen H.Hüseyin DEMİRAĞAÇ a, Maden Mühendisliği cevher hazırlama laboratuarı sorumlusu Araştırma Görevlisi Yakup UMUCU ya, malzemelerin temininde yardımlarını esirgemeyen Isparta Bims Blok A.Ş. ye, Isparta Istem Şirketi ne, Sayın Ahmet SOYTÜRK e teşekkür ederim. Araştırma sonuçlarının elde edilmesinde yardımcı olan Ankara Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Malzeme Laboratuarı Personeline, Isparta Göltaş Çimento Fabrikası Çalışanlarına, Set Afyon Çimento Sanayi T.A.Ş. ye ve sayın Veli SEÇME ye teşekkür ederim YL-08 No lu proje ile tezimi maddi olarak destekleyen Süleyman Demirel Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Yönetim Birimi Başkanlığı na ve araştırmamı iz bırakanlar bursuyla destekleyen Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliğine teşekkür ederim. Şükrü ÖZKAN ISPARTA, 2009 viii

11 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1. Çimento hamurundaki hidrate yapı gelişimi.8 Şekil 2.2. Zaman içinde portland çimentosu hidratasyonuyla oluşan bileşenler...10 Şekil 2.3. Puzolanların sınıflandırılması..15 Şekil 4.1. İncelik standart kıvam su ihtiyacı ilişkisi..64 Şekil 4.2. Malzeme katkı oranı-standart kıvam su ihtiyacı ilişkisi..64 Şekil 4.3. Malzeme katkı oranı-priz süresi ilişkisi Şekil 4.4. Harçların su ihtiyacı malzeme katkı oranı ilişkisi Şekil 4.5. Çimento numunelerinin şahit numune ile kıyaslamalı malzeme katkı oranınumune yaşı-eğilme dayanımı ilişkisi Şekil 4.6.Diatomit grubu çimento numunelerinin şahit numune ile kıyaslamalı malzeme katkı oranı-numune yaşı-basınç dayanımı ilişkisi..73 Şekil 4.7. Andezit grubu çimento numunelerinin şahit numune ile kıyaslamalı malzeme katkı oranı-numune yaşı-basınç dayanımı ilişkisi...73 Şekil 4.8. Mermer grubu çimento numunelerinin şahit numune ile kıyaslamalı malzeme katkı oranı-numune yaşı-basınç dayanımı ilişkisi 74 Şekil 4.9. Çimento Harç Çubuklarına Ait Rötre-Numune Yaşı İlişkisi...79 Şekil mg/l Na 2 SO 4 çözeltisine maruz bırakılan örneklerde birim ağırlık değişimi...81 Şekil mg/l Na 2 SO 4 çözeltisine maruz bırakılan örneklerde birim ağırlık değişimi Şekil mg/l Na 2 SO 4 çözeltisine maruz bırakılan örneklerde birim ağırlık değişimi. 82 ix

12 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 2.1. Portland çimentosu ana bileşenleri 6 Çizelge 2.2. Portland çimentosunu oluşturan oksitler ve yaklaşık miktarları 6 Çizelge 2.3. Hidrate olmuş portland çimentosu pastasının bileşimi 12 Çizelge 2.4. Türk standartlarına göre uçucu küllerin kimyasal özellikleri 19 Çizelge 2.5. Uçucu küllerin beton katkı maddesi olarak kullanılabilmesi için gereken kimyasal değerler.22 Çizelge 2.6. Uçucu küllerin beton katkı maddesi olarak kullanılabilmesi için gereken fiziki değerler...22 Çizelge 2.7. Türkiye pomza yataklarının rezerv miktarları ve kategorileri.25 Çizelge 2.8. Amerikan beton enstitüsü tarafından tanımlanan sülfat ortamları ve kullanılacak maksimum su/çimento oranları..41 Çizelge 3.1. Klinkerin kimyasal, fiziksel ve modüler analiz sonuçları...44 Çizelge 3.2. Diatomitlerin fiziksel özellikleri..45 Çizelge 3.3. Diatomitlerin kimyasal analiz sonuçları..45 Çizelge 3.4. Pomzaların fiziksel özellikleri.47 Çizelge 3.5. Pomzaların kimyasal özellikleri..47 Çizelge 3.6. Isparta andeziti fiziksel özellikleri...48 Çizelge 3.7. Isparta andeziti kimyasal özellikleri 50 Çizelge 3.8. Deneylerde kullanılan mermer tozlarının fiziksel ve kimyasal özellikleri.50 Çizelge 3.9. Uçucu külün fiziksel ve kimyasal analiz sonuçları..51 Çizelge Katkılı çimentoların üretimi için kullanılan karışım oranları 54 Çizelge Kullanılan sodyum sülfat çözeltileri ve miktarları 61 Çizelge 4.1. Çimento harçları su ihtiyacı.63 Çizelge 4.2. Çimentoların priz başlangıcı, sonu ve hacim genleşmesi deney sonuçları.65 Çizelge 4.3. Çimentoların özgül ağırlık ve özgül yüzey değerleri..67 Çizelge 4.4. Çimentoların kimyasal analiz sonuçları...68 Çizelge 4.5. Çimento harçlarının su ihtiyaçları...69 Çizelge 4.6. Çimento harç çubuklarına ait 7, 28 ve 56 günlük eğilme ve basınç x

13 dayanımı değerleri...72 Çizelge 4.7. Sodyum sülfat (Na 2 SO 4 ) çözeltinde bekletilen çimento harç çubuklarının eğilme ve basınç dayanımı değerleri...76 Çizelge 4.8. Basınç dayanımının Na 2 SO 4 çözeltisi etkisi ile bağıl değişimi 76 Çizelge 4.9. ASTM C 596 ya göre hazırlanan numunelere ait rötre değerleri 78 Çizelge Az etkili çözelti ye maruz bırakılan numunelerin (1500 mg/l) birim ağırlık değişimi sonuçları...79 Çizelge Orta etkili çözelti ye maruz bırakılan numunelerin (9000 mg/l) birim ağırlık değişimi sonuçları...80 Çizelge Çok etkili çözelti ye maruz bırakılan numunelerin (13500 mg/l) birim ağırlık değişimi sonuçları..80 xi

14 SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ µ Mikron ASTM TS SEM DC AC MC S W RF PÇ C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF C-S-H CH Amerikan standard Türk standard Taray c elektron mikroskobu Diatomit ikameli çimento Andezit ikameli çimento Mermer ikameli çimento Sülfat çözeltisi Su Referans numune Portland çimentosu Trikalsiyum silikat Dikalsiyum silikat Trikalsiyum alüminat Tetra kalsiyum alümino ferrit Kalsiyum silika hidrat Kalsiyum hidroksit xii

15 1. GİRİŞ Çimentoların özelliklerini olumlu yönde etkilemesi beklenilen ikame malzemeler hem ekonomik hem de teknolojik olarak ele alındığında çimento sektöründe meydana getireceği yenilikler bugün ve gelecekte önemli bir role sahip olacaklardır. Bu malzemeler genellikle karşımıza puzolanik özelliğe sahip malzemeler olarak çıkmaktadır. Silisli veya silisli ve alüminli yapıda olup kendi başlarına bağlayıcı özelliğe sahip olmayan fakat değirmenlerde yeterli inceliğe getirildikten sonra ve rutubetli koşullarda kireçle reaksiyona girip bağlayıcılık özelliğine sahip bileşenler oluşturan puzolanik malzemeler, doğal ve yapay olmak üzere iki ana sınıfta ele alınmaktadır. Yapay puzolanlar; bunlar endüstriyel yan ürünlerdir. Uçucu küller, silis dumanı, granüle yüksek fırın cürufu, yapay puzolanlardır ( Erdoğan, 2003). Doğal puzolanlar; doğada bulunan volkanik küller, volkanik tüfler, volkanik camlar, ısıl işlem görmüş killer ve şeyler ve diatomlar bu grup içerisindeki puzolanlardır (Erdoğan, 2003). Toplumun gelişen ihtiyaçları ve günümüzdeki değişik teknolojik gelişmeler beton üretiminde değişik malzemelerin kullanımına olanak sağlamıştır. Çimento, betonun üretiminde kullanılan pahalı bir bileşen olduğu için çimentoların üretimi esnasında kullanılan değişik malzemelerin bu maliyetleri bir miktar düşürmesi ve çimentonun özelliklerinin olumlu yönde geliştirilmesi günümüz çimento üretim teknolojisi açısından büyük önem arz etmeye başlamıştır. Bu sebepledir ki betonun maliyetini azaltmak ve çeşitli özelliklerini geliştirmek amacıyla puzolanik malzemeler ya doğrudan katkı olarak ya da çimentonun bir kısmı yerine ikame etmek suretiyle betona katılmaktadır. Puzolanik malzemelerin çimento ve beton üretiminde kullanılması sadece maliyeti düşürmek için yapılmamaktadır. Genel bir çerçeveden bakıldığında puzolanik katkıların etkilerini şöyle sıralayabiliriz: Erken dayanımı bir miktar düşürmekle birlikte ileri yaşlardaki dayanımı artırmaktadır. 1

16 Priz süresini uzatır, Rötre ve sünmeyi azaltır, Yeterli bakım yapılmadığı takdirde, donma/çözünme direncini azaltır, Sertleşmiş betonun geçirimliliğini azaltır, Alkali silika reaksiyonunun olumsuz etkilerini azaltır, Karbonasyon ve sülfat direncini artırır, Zararlı kimyasal etkilere karşı direnci artırır, Hidratasyon ısısını azaltır, Çimentonun su ile reaksiyonundan dolayı açığa çıkan CaOH 2 le birleşerek daha çok çimentolaşabilen malzeme meydana getirir. Taze betonun terleme ve ayrışmasını azaltır, Böyle mineral katkıların kullanımının yukarıda ifade edilen teknik avantajlarının yanı sıra, bazı ekonomik ve çevresel faydaları ise şu şekilde sıralanabilir; Çimento üretiminde maliyeti azaltır, Atıkları faydalı bir zenginliğe dönüştürür, Hava ve su kirliliğindeki azalmaya katkı sağlar, Çok ihtiyaç duyulan yapı malzemelerinin varlığını artırır, Atık malzeme olarak birçok ciddi çevresel ve bu atıkların yok edilmesinde sorun oluşturabilecek endüstriyel ürünleri kullanarak, bu sorunları ortadan kaldırır, Sera gazından kaynaklanan küresel ısınmayı azaltır, Çimento hammaddesinin korunumunu sağlar Endüstriyel atıkların yok edilmesi için yapılacak masraftan tasarruf sağlar, Çimentoya mineral katkı ilave edilmesi çimento üretimini artırır ve her bir ton çimento üretimi için gerekli yakıt ve enerji ihtiyacını azaltır (Ulusu,2006). Yukarıda beton özellikleri üzerine olumlu etkileri belirtilmiş olan puzolanik malzemeler bakımından, ülkemiz önemli kaynaklara sahiptir. Fakat bu kaynakların kullanımı yeterli seviyede değildir. Ülkemizde puzolanlardan yaygın olarak çimento 2

17 endüstrisinde yararlanılmaktadır. Hem katkılı hem de traslı çimento üretiminde doğal bir puzolan olarak tras, uçucu küllü çimento üretiminde de yapay puzolan olarak uçucu kül kullanılmaktadır. Diğer doğal ve yapay puzolanların çimento üretim aşamasında kullanımı çok azdır. Diatomit hem öğütülmeden önce hem de öğütüldükten sonra puzolanik özellik göstermesinden dolayı çimento üretiminde katkı malzemesi olarak kullanılmaktadır. Belirli oranlarda Diatomit katkısı ile betonun basınç ve çekme dayanımlarının arttığı gözlenmiştir. Portland çimentosu mineral katkılar kullanmanın teknik, ekonomik ve çevresel avantajlarının yanında bazı dezavantajları da vardır (Ulusu, 2006). Özellikle düşük sıcaklıkta erken yaşlarda daha yavaş mukavemet kazanır, ancak 28 günlük hidratasyondan sonrada mukavemet kazanmaya devam eder. Cüruflu ve uçucu küllü betonlar erken yaşlarda yetersiz kür ve nem kaybına karşı çok hassastırlar. Bu şekilde ki dezavantajların kullanıcı ve araştırmacılar tarafından göz önünde bulundurulması ve bu yönde bu olumsuzluklara karşı önlem alınması son derece önemlidir. Diatomit, pomza taşı, tüf v.b. gibi betonda kullanılan doğal hafif agregalar arasında yer alan bir malzemedir. Diatomit, konu ile ilgili Türk standardı TS 1114 de ve Amerikan Standartlarında da doğal hafif agregalar grubunda yer almaktadır (Sezgin, 2001). Hafif agrega olmasının yanı sıra Diatomit, aynı zamanda volkanik orijinli olmayan tek doğal puzolandır ve ASTM C 618 de de doğal puzolanlar sınıfında yer almaktadır. İkinci bir hususta çimentolar ve bunlardan üretilen betonların sülfatlı ortamlara maruz kalmalarıdır. Sülfat yüklü ortamlar betonun dayanıklılığını etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Doğada sülfat temel olarak yeraltı sularında, deniz 3

18 suyunda ve toprakta bulunur. Bu kaynaklardan gelen sülfat iyonlarının beton içerisine nüfuz etmesi sülfat hücumu olarak tanımlanır. Bu penetrasyon betonun bozulmasına yol açar ve genleşme dayanım kaybı, pullanma ve çatlakların oluşmasıyla sonuçlanır (Kutlu, 2007) Amaç ve Kapsam Yapılan kaynak taramaları sonunda, çalışmada kullanılan doğal puzolanik malzemeler andezit, diatomit, pomza, mermer ve bunlara ilaveten yapay puzolan olan uçucu külün çimento ve betonda kullanımına ilişkin yapılan çalışmalara rastlanmıştır. Çimento ile ilgili yapılan araştırma çalışmalarında diatomit,pomza ve mermer atıklarının belirli oranlarda çimento endüstrisinde kullanılabileceği ve buna paralel olarak dayanım artışı ve enerji tasarrufu sağlandığı görülmüştür (Tonak, 1991). Bu araştırmanın amacını, Isparta ve çevresinde bulunan yerel puzolanik malzemelerin çimentolu sistemlerde bir mineral katkı olarak kullanılabilirliğinin belirlenmesi oluşturmaktadır. Bu amaçla Isparta ve çevresinden temin edilen malzemelerin değişik oranlarda (%10, 20, 30) çimentonun bir kısmı yerine ilave ederek elde edilen çimento hamuru ve harçların, çeşitli fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri tespit edilmiş ve bu malzemelerin çimento ve harçtaki performansları ile sülfat çözeltisinin dayanıma etkisi araştırılmıştır. Bu işlemler uygulanırken çimentolar birbirleri ile ve kontrol numunesi olan PK 42,5 ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Harçların sodyum sülfat (Na 2 SO 4 ) çözeltisine karşı mikro yapısındaki, değişiklikleri incelemek için taramalı elektron mikroskobu ile görüntüler alınmıştır. 2. KURAMSAL TEMELLER VE KAYNAK ARAŞTIRMASI Pomza, andezit, mermer, uçucu kül ve diatomitin çimento üretiminde kullanılması ile çimento üzerine yaptıkları etkilerin daha iyi anlaşılabilmesi ve puzolanik etkilerin daha iyi değerlendirilmesi bakımından çimento, çimentoların hidratasyonu, puzolanlar ve puzolanik tepkimeler hakkında genel bir bilginin verilmesinin faydalı olacağı düşünülmüştür. 4

19 2.1. Portland Çimentoları Portland çimentosu, kalker ve kil karışımı hammaddelerin pişirilmesi ile ortaya çıkan ve klinker olarak adlandırılan malzemenin çok az miktarda alçı taşı ile birlikte öğütülmesi sonunda elde edilen bir üründür; su ile birleştirildiğinde hidrolik bağlayıcılık özelliği kazanmaktadır (Erdoğan, 2003). Portland çimentosu olarak elde edilen ürün genellikle gri renktedir. Bu gri renk, çimento üretiminde kullanılan hammaddelerde çok küçük miktarda yer alan demir oksitten kaynaklanmaktadır. Pişirilmek için seçilen hammadde de demir oksit ve mangan oksit bulunmadığı takdirde, üretilen portland çimentosunun rengi beyaz ve beyaza yakın olmaktadır. Boyutları µm arasında olmaktadır.(erdoğan, 2003) 20. yüzyılda iyice yaygınlaşan dönel fırınlar esas olarak silika, kireç, alümina ve demir oksitten oluşan çimento hammadde karışımlarının yüksek sıcaklıklara kadar( C) pişirilmesine imkân sağlamışlardır. Hammadde karışımının içerisinde bulunan kil, C sıcaklıkta ayrışarak SiO 2 ve Al 2 O 3 gibi oksitlere dönüşmektedir. Kalker, C sıcaklık seviyelerinde CaO ve CaO 2 haline dönüşmektedir ( Moir, 2003). Sıcaklığın etkisiyle hammadde karışımından açığa çıkan CaO, SiO 2,Al 2 O 3 ve Fe 2 O 3 gibi oksitler, sıcaklık arttıkça (yaklaşık C) kendi aralarında kimyasal reaksiyona başlamaktadır C sıcaklıkta, hammadde karışımının %20-30 u sıvılaşma göstermekte ve klinker denilen irili ufaklı katı tanecikler haline dönüşmektedir. Oksitlerin C civarındaki kimyasal reaksiyonlardan sonra, çimentoyu oluşturan ve birbirinden farklı özelliklere sahip dört ana bileşenin oluşumu tamamlanmış olur. Bunlar; 5

20 Çizelge 2.1. Portland çimentosu ana bileşenleri (Duda, 1985) Mineral fazlan Kimyasal formülü Sembolleri Trikalsiyum silikat (alit) 3CaO.Si0 2 C 3 S Dikalsiyum silikat (belit) 2CaO.Si0 2 C 2 S Trikalsiyum alüminat (celit) 3CaO. Al C 3 A Tetra kalsiyum alüminoferrit (felit) 4CaO.Al 2 O 3.Fe 2 O 3 C 4 AF Çizelge 2.2. Portland çimentosunu oluşturan oksitler ve yaklaşık miktarları (Erdoğan, 1995) Oksitler Yaygın adı Kısaltılışı Miktarı (% ağırlıkça) CaO Kireç C Si0 2 Silis S A Alümin A 3,0-8,0 Fe Demir oksit F 0,5-6,0 S0 3 Kükürt trioksit S' 1,0-3,0 MgO Magnezyum oksit M 0,1-4,0 Na 2 0-K 2 0 Alkaliler N+K 0,2-1, Çimento Hidratasyonu Çimentoların su ile yaptığı kimyasal reaksiyona hidratasyon adı verilir. Diğer bir ifade ile anhidro kristallerin hidrate kristallere dönüşümüdür. Çimento su ile birleşir birleşmez her ana bileşen su ile ayrı ayrı reaksiyona girmekte ve hidratasyon sonunda her ana bileşen tarafından değişik hidratasyon ürünleri oluşmaktadır. Bu reaksiyonların etkisiyle çimento hamuru katılaşmakta(priz almakta) ve sertleşmektedir (dayanım kazanmaktadır). Çimento hamurunun özellikleri, kimyasal reaksiyonlar sonunda ortaya çıkan değişik özelliklerdeki hidratasyon ürünlerinin çimento hamuru içersinde ne oranda yer almış oldukları tarafından 6

21 belirlenmektedir. Çimento ve suyun karılmasıyla elde edilen çimento hamurunun hacmi, kullanılan çimentonun ve suyun hacimleri toplamına eşittir. Ana bileşenlerin hidratasyonu sonucu ortaya çıkan ürünlerin bu hacim içerisinde yer aldığı, yani çimento hamuru hacminin değişmediği varsayılmaktadır. Aşağıda, çimento ana bileşenlerinin hidratasyonu ve ortaya çıkan hidratasyon ürünlerinin özellikleri açıklanmaktadır. 7

22 Taze çimento C 2 S C 3 A Kalsiyum Sülfat C 3 S C 4 AF Suyla karıştırılmış çimento ~15 dakika Çözünmüş Kalsiyum Sülfat C 3 A üzerinde oluşan koruyucu etrenjit tabakası Priz almaya başlamış çimento pastası ~3 saat C 3 S üzerinde oluşan C-S-H Çökelmiş Kalsiyum hidroksit Sertleşmiş çimento pastası İri tanelerin reaksiyona girmemiş kısm ı s/ç ye bağlı boşluk ~28 gün C 2 S in oluşturduğu ilâve C-S-H C 4 AF C 3 A ya benzer hidratlar oluşturur. C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF C-S-H jeli Alüminat hidrat Kalsiyum Hidroksit Kalsiyum Sülfat Şekil 2.1. Çimento hamurundaki hidrate yapı gelişimi (Moir, 2003). 8

23 C 3 S ve C 2 S Ana Bileşenlerinin (Kalsiyum Silikatların) Hidratasyonu ve Hidratasyon Ürünlerinin Özellikleri Trikalsiyum silikat (C 3 S) ile su arasındaki reaksiyon dikalsiyum silikat (C 2 S) ile su arasındaki reaksiyon aşağıdaki denklemde gösterilmektedir. 2 C 3 S + 6H C 3 S 2 H 3 +3CH (2.1) 2 C 2 S + 4H C 3 S 2 H 3 +CH (2.2) Gerek C 3 S gerekse C 2 S, bir miktar su ile birleştiğinde ortaya çıkan hidratasyon ürünlerinin türü aynıdır. CH ve C 3 S 2 H 3.CH, kalsiyum hidroksittir.[cao.h 2 O =Ca(OH 2 ) ] C 3 S 2 H 3 (yani 3 CaO.2SiO 2.3 H 2 O), tobermolit olarak adlandırılmaktadır. Tobermolit ismi, bu hidratasyon ürününün, doğada aynı isimle anılan bir minerale benzediğinden verilmiştir. Kalsiyum silikahidrat olarak ortaya çıkan hidratasyon ürünü, son yıllarda sadece C-S-H (Kalsiyum silika - hidrat) jeli olarak adlandırılmaktadır. Jel sözcüğü, koloidal katı malzeme topluluğunu ifade etmektedir. Çimento hamurunun kazandığı dayanım C3S ve C 2 S ana bileşenlerinin hidratasyonu ile ortaya çıkan C-S-H jellerinin miktarına bağlıdır.(erdoğan 2003). Dolayısıyla C 3 S erken dayanım üzerinde C 2 S ise geç dayanım üzerinde etkilidir (Mehta, 1983). Bir portland çimentosu hidratasyonu sonucunda meydana gelen ürünler ve göreceli miktarları şekil 2.2 de gösterilmiştir. 9

24 Şekil 2.2. Zaman içinde portland çimentosu hidratasyonuyla oluşan bileşenler (Mehta, 1983) C 3 A Ana bileşeninin Hidratasyonu ve Ortaya Çıkan Hidratasyon Ürünlerinin Özellikleri C 3 A ve su arasındaki reaksiyonlar çok büyük hızla yer almakta ve kalsiyum alümino hidratların oluşmasına yol açmaktadır. C 3 A + 21 H C4AH 13 + C 2 AH 8 (2.3) Yukarıda kalsiyum alümino hidratlar kararlı değildir ve kısa sürede kararlı formdaki kübik hidrogarnet (C 3 AH 6 ) durumuna dönüşmektedir. C 3 A ve su arasındaki reaksiyonlar çok büyük miktarda ısı açığa çıkartacak tarzda ve büyük bir hızda oluştuğundan, çimento hamurunun ani prizine yol açmaktadır. Ani priz sonucunda çimento hamuru derhal katılaşma gösterdiği gibi, önemli sayılabilecek bir dayanım da kazanmaktadır. 10

25 Çimento hamurunun ani priz yapmasını önlemek amacıyla, çimento üretimi esnasında, klinkere bir miktar (% 3 6) alçıtaşı katılmakta ve bu iki malzeme birlikte öğütülmektedir (Erdoğan, 2003). Alçılı ortamda (gerçek portland çimentoları) C 3 A nın hidratasyonu ile etringit ve monosülfat formu adı verilen hidratasyon ürünleri elde edilir.(lea, 1956) C 3 A + 3CSH 2 + nh C 6 AS 3 H 32 (etringit) (Taşkın, 1999) (2.4) C 3 A + CSH 2 + nh C 4 ASH 12 (monosülfat formu) (Leckebush, 1984) (2.5) C 4 ASH 12 (monosülfat formu) Ürünü, bünyesine 12 molekül su alarak oluşmaktadır. Bu kristalin oluşması, çimento hamurunun içerisinde bir miktar genleşmeye yol açmaktadır( Erdoğan, 2003). C 6 AS 3 H 32, Candlot tuzu veya daha popüler bir isim olan etrenjit olarak anılmaktadır. Bünyesinde 32 molekül su bulunduran etrenjitin oluşması, çimento hamurunun içerisinde çok büyük genleşmelerin yer almasına yol açmaktadır (Erdoğan, 2003) C 4 AF Ana Bileşeninin Hidratasyonu C 4 AF ana bileşeninin hidratasyonunun, C 3 A ana bileşeninin gösterdiği hidratasyona benzer olduğu belirtilmektedir. C 3 A nın hidratasyonundaki bir kısım alüminanın yerini demir oksit almaktadır. Ortaya çıkan kalsiyum alümino sülfohidrat ürünleri C 4 (A,F)SH 12 ve C 6 (A,F)S 3 H 32 kompozisyonuna sahip olmaktadır. Ortamdaki demir oksitin fazlalaşması, reaksiyonun daha yavaş yer almasına yol açmaktadır (Bye,1983). Çimento üretiminde alçı taşı kullanılmadığı veya gereğinden az kullanıldığı takdirde, C 4 AF ana bileşeninin göstereceği hidratasyon, C 3 A nın hidratasyonu kadar şiddetli 11

26 olmasa bile, oldukça hızlıdır ve açığa büyük miktarda ısı açığa çıkaran türdendir. Ani prize yol açabilmektedir. Bu olumsuz durum alçı taşı kullanılarak önlenebilmektedir (Erdoğan, 2003). Çizelge 2.3. Hidrate olmuş portland çimentosu pastasının bileşimi (Moir, 2003) Susuz Çimento Ağırlık (%) C 3 S 63 C 2 S 13 C 3 A 9.5 C 4 AF 7.5 CS 5 Hidrate Çimento Pastası Hacim (%) 3 gün 28 gün 365 gün Reaksiyona C 3 S Girmemiş C 2 S C 3 A Hidratlar C 4 AF Kalsiyum hidroksit (CH) C-S-H jeli Monosülfat (C 4 ASH 12 ) Etrenjit (C 6 AS 3 H 32 ) Puzolanlar Puzolanlar kendi başlarına bağlayıcılık özelliği olmayan, ancak ince öğütülmüş halde ve rutubetli ortamda kalsiyum hidroksitle reaksiyona girerek bağlayıcı özelliğe sahip bileşenler oluşturan, silisli veya silisli alüminli malzemeler olarak tanımlanmaktadır (Anonim, 2002). Puzolanların yapısında büyük miktarda yer alan silisin ve alüminin yanı sıra, bir miktar da demir oksit, kalsiyum oksit, alkaliler ve karbon bulunabilmektedir. 12

27 Puzolanik malzemeler köken, yapı, kimyasal ve mineralojik bileşenleri bakımından oldukça farklıdırlar. Sulu ortamlarda bağlayıcı özelliğe sahip kararlı yeni hidratasyon ürünleri oluşturmak için kireçle birleşme eğilimine sahiptirler ( Turriziani, 1964). Puzolanların genleşme oluşturan reaksiyonlara karşı etkili oldukları bilinmektedir. Kireç-puzolan reaksiyonunda boşluk çözeltisinin PH ının düşmesinde puzolanların etkili olduğu öne sürülmektedir. Puzolanların alkali-silika reaksiyonunu azaltmadaki etkisinin puzolanın reaktivitesine bağlı olduğu ve bu etkinin çimento yerine kullanılabilecek miktarı belirlediği ifade edilmektedir (Cook ve Swamy, 1986) Puzolanların Sınıflandırılması Puzolanların sınıflandırılmasına ilişkin günümüzde birçok sistem bulunmaktadır. Ancak en yaygın olarak kullanılan sınıflandırma sistemi, puzolanların kaynağını dikkate alarak yapılan sınıflandırma sistemidir. Bu sistemde puzolanlar doğal ve yapay olarak iki ana gruba ayrılırlar. Doğal puzolanlar öğütmenin dışında bir işlem gerektirmezler. Yapay puzolanlar ise çok az puzolanik özelliğe sahip olan veya hiç olmayan malzemelerin kimyasal ve/veya yapısal modifikasyonlarının bir sonucudur. Yapay puzolanlar ya belirli bir üretim metodunun kalıntısıdır ya da seçilmiş hammaddelerden özel olarak üretilirler (Massazza, 1998). Doğada bulunan volkanik küller, volkanik tüfler, volkanik camlar, ısıl işlem görmüş killer ve şeyler ile diatomlu topraklar bu grup içerisindeki puzolanlardır. Yapay puzolanlara örnek ise uçucu küller, silis dumanı, granüle yüksek fırın cürufu gibi endüstriyel yan ürünler verilebilir (Erdoğan, 2003). Daha yeni bir sınıflandırma şekil 3 te gösterildiği gibi Massazza tarafından yapılmıştır. Doğal puzolanlar bu sınıflandırmaya göre 3 ana gruba ayrılırlar, ilk grup olan proklastik kayaçlar (püskürük volkanik asıllı ) eriyik haldeki magmanın şiddetle dışarı atılması sonucu biçimlenir ve sonra hızla soğuması ile içerisinde gaz 13

28 kabarcıkları bulunan cam gibi bir malzeme meydana gelir. Bu nedenle, bu malzemelerin kimyasal kompozisyonu yeryüzüne çıkan magmanın kompozisyonuna bağlıdır (Swamy, 1986). Massazza nın sınıflandırmasına göre, doğal puzolanların ikinci grubu değişime uğramış yüksek miktarda silis içeren malzemelerden oluşur. Bu puzolanlar, su içinde eriyen oksitlerin ayrılması ile kimyasal değişime uğrayan genellikle açık renkli kayaların, durgun sularda farklı orjinli malzemelerle birlikte çökelmesiyle şekillenir. Bu malzemeler genellikle puzolanik özelliği azaltan kil ile karışık olarak bulunurlar (Swamy, 1986). Doğal puzolanların son grubu, diatomit ve kil toprağını da içine alan klastik (parçalardan oluşmuş) kayaçlardır. Bunlar yüksek silika içeriğine sahip olmakla birlikte, içlerinde önemli miktarsa kil ihtiva ederler. Kilin puzolanik davranışı yetersiz olduğundan, çimento ikame malzemesi olarak kullanılması mümkün olmamaktadır. Ancak, ısıl işleme tabi tutulması killerin puzolanik özelliğini önemli ölçüde artırmaktadır (Swamy, 1986). Diatomlar ise yüksek silisli organik çözeltiler olup daha çok kil ve diğer çökeltilerle karışık durumda bulunurlar. Diatomit toprağı gerek öğütülmeden önce gerekse öğütüldükten sonra puzolanik özellik göstermektedir. Ancak içinde kil bulunması durumunda, yeterli puzolanik özellik göstermesi için kalsinasyona ihtiyaç vardır. Aynı sınıflandırmada yapay puzolanlar, silis dumanı, uçucu kül, yanmış tarım atıkları, kalsine edilmiş şeyller, genleştirilmiş killer ve ısıl işlem uygulanmış kayaçlar olmak üzere altı gruba ayrılmaktadır (Swamy, 1986). 14

29 Şekil 2.3. Puzolanların sınıflandırılması 15

30 Puzolanik Aktivite Ve Puzolanik Reaksiyon Puzolanik malzemelerin söndürülmüş kireçle ve su ile ne ölçüde reaksiyona girebileceği ne ölçüde bağlayıcılık sağlayabileceği puzolanik aktivite olarak tanımlanmaktadır. Puzolanik malzemenin yeterli aktiviteyi gösterebilmesi için, yeterince ince taneli olması, amorf yapıya sahip olması ve yeterli miktarda silis + alümin + demir oksit içermesi gerekmektedir. Yapılan bir başka tanıma göre puzolanik aktivite, puzolanların bir takım maddelerde var olan kalsiyum hidroksitle rutubetli ortamda reaksiyona girme ve sertleşme kapasitesidir. Bir puzolanı kullanmak için onun puzolanik aktivitesini belirlemek gerekir. Puzolanik aktivite olayı üzerine sayısız araştırma yapılmıştır. Böyle bir aktivitenin belirlenmesi zordur ve bu nedenle karışık bileşenlerin teknik davranışlarını temsil edecek sonuçları bulmak için, birçok test yapılmalıdır ( Sersale ve Ghosh, 2002). Önerilen birçok metoda karşın, bu problem tam olarak çözülmüş sayılmaz. Çünkü hala, bütün puzolan tiplerine uygulanabilir ve aynı zamanda maddenin kullanım karakteristikleriyle uyumlu, hız ve hassasiyet açısından kabul edilebilir olan, genel bir test metodu yoktur. Fakat bu durum şaşırtıcı değildir; Çünkü puzolanik aktivite bir çok değişkene bağlıdır ( Massazza, 1980; Turanlı, 1983). Kimyasal ve mineralojik kompozisyon, morfoloji (şekli), camsı faz/kristallerden oluşan faz oranı ve öğütme inceliği aktif katkıların reaktivitesini belirleyen ana unsurlardır. Şimdilerde genellikle katkıların reaktivitesinin çoğunlukla onların tane karakteristiklerine ve minerolojiik bileşimlerine bağlı olduğu kabul edilmektedir (Sersale ve Ghosh, 2002). 16

31 Bir mineralin puzolanikliği, genellikle birkaç kimyasal metot (soğuk hidroklorik asit ya da hidroflorik asit veya bir hidroflorik ve nitrik asit karışımı içerisinde çözünürlük ile), fiziksel metotlar (x- ışınları difraksiyonu gibi) ile standart yöntemlere uygun olarak mineral içeren harç ve betonlar üzerinde yapılan basınç dayanımı deneyleri sonucunda belirlenir ( Aruntaş, 1996) Puzolanik Reaksiyon Ürünleri Genel olarak kabul edilen kalsiyum hidroksit- doğal puzolan reaksiyonlarının ürünler aşağıda verilmiştir.(sersale, 1980; Massazza, 1974) a. Kalsiyum silikat hidrat, C-S-H b. Kalsiyum alüminat hidrat, C 4 ASH x (x, 9-13 arasında değişken) c. Hidrate olmuş gehlenit, C 4 ASH 8 d. Kalsiyum karboalüminat, C 4 ACH 12 e. Etrenjit, C 6 AS 3 H 32 f. Monosülfat kalsiyum alüminat, C 4 ASH 12 Bununla birlikte, bütün ürünler aynı zamanda bulunmayabilirler. Bulunmaları ise kirecin (kalsiyum hidroksit) kullanılabilmesine, hidratasyon reaksiyonlarının derecesine, hidratasyon sırasında çevre koşulları ile puzolanın kimyasal ve mineralojik bileşenlerine bağlı olmaktadır Uçucu Kül Uçucu Külün Tanımı Uçucu kül, termik santrallerde, pulvarize kömürün yanması sonucu meydana gelen baca gazları ile taşınarak siklon veya elektrofiltrelerde toplanan önemli bir yan üründür. 17

32 Uçucu Külün Özellikleri Uçucu Külün Fiziksel Özellikleri Kömürün yüksek sıcaklıklarda yanması sonucu meydana gelen ergimiş malzeme soğuyarak, gaz akışı ille kısmen veya tamamen küresel şekilli kül taneciklerine dönüşmektedir. Bu kül tanecikleri çok ince ( mikron) olup baca gazları ile sürüklenmeleri nedeniyle, uçucu kül olarak adlandırılmaktadır (Kavas, 2003). Bir uçucu külün tane boyutları, termik santrallerdeki kül toplama yöntem ve ekipmanlarına bağlıdır. Uçucu külün renkleri açık bejden kahverengiye, griden siyaha kadar değişik tonlarda olabilir. İçindeki yanmamış karbon miktarı arttıkça uçucu küllerin renkleri koyulaşır (Kula, 2000) Uçucu kül, gözenekli veya dolu camsı küresel taneler ile yanmamış mineralleri içeren süngerimsi ve köşeli tanelerden meydana gelmektedir.(erbil,1997). Çimento inceliğinde olan bu maddenin genel olarak puzolanik özelliği vardır. Uçucu kül, santrallerde yakılan yakıt cinsine göre taş kömürü uçucu külü ve linyit uçucu külü olarak adlandırılır Kimyasal Özellikler Uçucu küllerin kimyasal özellikleri suda çözünürlük ve asitlerin etkisi olarak incelenebilir. Uçucu küller % 2 3 oranında suda çözünürler. Çözeltinin PH değeri artarsa çözünme kabiliyetinde bir artış meydana gelir. Oluşan çözelti, kalsiyum sülfat içerdiği için alkali tepkime verir. Diğer bileşenlerin suda çözünürlükleri azdır. Uçucu küllere asitlerin etkisi çok azdır (Ergüder, 2001). Uçucu küllerin kimyasal bileşimleri, kullanılan kömürün yapısı, jeolojik orjini ve üretim koşullarına (kömür hazırlama, toz toplama, desülfirizasyon gibi) bağlıdır. Uçucu külde bulunan başlıca bileşenler SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 ve CaO olup diğerleri SO 3, MgO ve alkali oksitlerdir. Ayrıca yanmamış karbon ve bunun yanı sıra titanyum, fosfor, berilyum, mangan ve molibten de eser bileşen olarak 18

33 bulunabilmektedir. Temel oksitler olan SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 ve CaO in miktarları uçucu külün silissi veya kireçsi yapıda olmasına göre geniş aralıkta değişmektedir. Buna göre, uçucu külde SiO 2 % 25 60, Al 2 O 3 %10 30, Fe 2 O 3 %1 15 olarak ve CaO %1 40 değerleri arasında bulunmaktadır (Anonim, 1987). Çizelge 2.4. Türk Standartlarına Göre Uçucu Kimyasal Özellikleri Kimyasal Bileşik % Ağırlıkça SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 MgO SO 3 Nem Kızdırma Kaybı 70 (en az) 5 (en çok) 3 (en çok) 3 (en çok) 10 (en çok) Uçucu Küllerin Sınıflandırılması ASTM C 618 Sınıflandırması ASTM C 618 standardına göre uçucu küller F ve C sınıflarına ayrılır (Türker v.d., 2003). a) F sınıfına bitümlü kömürden üretilen ve toplam SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 yüzdesi % 70 den fazla olan uçucu küller girmektedir. Aynı zamanda bu küllerde CaO yüzdesi % 10 un altında olduğu için düşük kireçli olarak da adlandırılır. F sınıfı uçucu küller puzolanik özelliğe sahiptirler. b) C sınıfı uçucu küller ise, linyit veya yarı bitümlü külden üretilen ve toplam SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 miktarı % 50 den fazla olan küllerdir. Aynı zamanda C sınıfı küllerde CaO > % 10 olduğu için bu küller yüksek kireçli uçucu kül olarak da adlandırılır. C sınıfı uçucu küller, puzolanik özelliğin yanı sıra bağlayıcı özelliğe de sahiptirler. 19

34 TS EN e göre sınıflandırma Bu sınıflandırmada uçucu küller silissi (V) ve kalkersi (W) olmak üzere iki gruba ayrılırlar. a) V sınıfı uçucu küller, çoğunluğu puzolanik özelliklere sahip küresel taneciklerden oluşan ince bir toz olup; esas olarak reaktif silisyum dioksit (SiO 2 ) ve aliminyum dioksitten (Al 2 O 3 ) oluşan geri kalanı demir oksit ve diğer bileşenleri içeren küllerdir. Bu küllerde, reaktif kireç (CaO) oranının % 10 dan az, reaktif silis miktarının % 25 den fazla olması gerekmektedir. b) W sınıfı uçucu küller ise, hidrolik ve/veya puzolanik özellikleri olan ince bir toz olup; esas olarak reaktif kireç (CaO), reaktif SiO 2 ve Al 2 O 3 den oluşan geri kalanı demir oksit (Fe 2 O 3 ) ve diğer bileşenleri içeren küllerdir. Bu küllerde, reaktif kireç (CaO) oranının % 10 dan fazla, reaktif silis miktarının da % 25 den fazla olması gerekmektedir Uçucu Küllerin Çimento Üretiminde Kullanılması Günümüzde inşaat sanayinde artan çimento ihtiyacını karşılamak için katkı maddeleri kullanılmaktadır. Bu katkılar tras gibi doğal veya cüruf ve uçucu kül şeklinde atık olarak bilinen yapay puzolanlar olabilir (Dheir v.d., 1984; Postacıoğlu, 1986). Puzolanik bir malzeme olan uçucu kül, bir katkı maddesi olarak bazı çimento, harç ve beton özelliklerini olumlu yönde etkilemekte ve değerlendirilmesi halinde, çimento üretiminde maliyetlerin düşürülmesi, hammadde kaynaklarından tasarruf sağlanması gibi ekonomik ve ekolojik yararlar sağlamaktadır (Erdoğan, 1991; Yeğinobalı, 1971). Uçucu küller kendi başlarına kullanıldıklarında bağlayıcılık özellikleri yok denecek kadar azdır. Ancak, alüminli ve silisli olan bu malzemeler kireçle birleştiği zaman bağlayıcı özellik gösteren yapılar oluştururlar. Puzolanik bir malzeme olan uçucu 20

35 küllerin bağlayıcılık özelliği kazanabilmesi için gerekli olan Ca(OH) 2 i portland çimentosunun hidratasyonu sonucu açığa çıkan üründe bulabilmekte ve yeni C-S-H jellerinin oluşmasına neden olmaktadır (Tokyay, 1993). Uçucu küllerin çimentoda kullanılması üreticiler açısından; Klinkerizasyon enerjisinde tasarruf Öğütme enerjisinde tasarruf Çevre dostu çabaların ve faaliyetlerin bir diğer göstergesi olması Ürün çeşitliliği sağlanması Elde edilecek çimentonun olası üstün özellikleri açısından faydalı olacaktır. Maliyet açısından bakıldığında, kullanılacak olan uçucu kül, miktarı ve tipine göre değişecek olmakla birlikte Sabit bir mamul madde (çimento) miktarı için daha az klinker üretimi Tras ve cüruf gibi mineral katkılara kıyasla zaten ince olan tane boyutları nedeniyle, daha az öğütme enerjisi gereksinimi sağlaması Yine tras ve cüruf gibi katkılarda gerekebilecek ön kurutmaya ihtiyaç göstermemesi gibi nedenler uçucu küllü çimento üretimiyle sağlanacak olan olası tasarrufların sebepleridir (Kula, 2000). 21

36 Çizelge 2.5. Uçucu küllerin beton katkı maddesi olarak kullanılabilmesi için gereken kimyasal değerler Uçucu küllerde Aranan TS 639 TS EN 450 ASTM C 618 kimyasal özellikler F sınıfı C sınıfı SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O S0 3 maks. (%) Nemlilik maks. (%) Kızdırma kaybı maks. (%) MgO maks. (%) Na 2 O olarak alkaliler maks. (%) CI - maks. (%) Çizelge 2.6. Uçucu küllerin beton katkı maddesi olarak kullanılabilmesi için gereken fiziki değerler TS 639 TS EN ASTM C 618 Uçucu küllerde Aranan fiziki özellikler 450 F sınıfı C sınıfı 45 µm elek üzerinde kalan maks. mik. (%) Özgül yüzey (Blaine) min. miktar (cm 2 /gr) Dayanım aktivite indisi minimum (%) Su ihtiyacı kontrol num. kıyasla mak. (%) Diatomit Diatomitin Tanımı Diatomit, su yosunları sınıfından tek hücreli mikroskobik alglerin fosilleşmiş silisli kavklarından meydana gelmiş bir çökeldir (Köktürk, 1991). Diatomit toprağı ve kizelgur olarak da bilinen bu malzeme, volkanik bölgelere yakın, tatlı ve tuzlu göl veya deniz sularında yaşayan tek hücreli, mikroskobik, silis yapılı, 22

37 çift karapaslı esmer bir yosun çeşidi olan diotemelerin ölmesi ve silis kabuklarının bir araya toplanması sonucunda meydana gelen bir mineral olarak da tanımlanmaktadır (Anonim, 1968) Diatomitlerin özellikleri Fiziksel Özellikler Diatomit, amorf silis (opal) yapılıdır (SiO 2 x nh 2 O). Tebeşir görünümünde olup kavkı iriliği mm arasında değişir. Doğada 15 bine yakın çeşidi vardır (Özbey ve Atamer, 1987). Biçimleri çok çeşitli olmakla beraber genel olarak yuvarlak tepsi veya uzun balık şeklinde olurlar. Diatomitlerin en önemli fiziksel özellikleri, kavkıdan aldığı yüksek gözeneklilik, düşük özgül ağırlık ve beyazlıktır. Isparta Keçiborlu ilçesinden temin edilen diatomit ocaktan alındıktan sonra üzerinde fiziksel analizler yapılmıştır analiz sonuçları bir sonraki bölümde sunulmuştur (Sezgin, 2001). Renkleri beyaz, açık sarı, bej, gri, olabileceği gibi organik malzemece zengin olanlar yeşil, kahverengi hatta siyaha yakın olabilirler (Uygun, 1976; Brady ve Clauser. 1977) Pomza Pomzanın Tanımı Pomza taşı volkanik faaliyetler esnasında ani soğuma ve gazların bünyeyi aniden terk etmesi sonucu oluşan, oldukça gözenekli bir yapı içeren ve dünya endütrisinde yeni olmamakla birlikte, ülkemiz endüstrisinde son yıllarda kullanılmaya başlayan volkanik kökenli bir kayaçtır ( 23

38 Pomzanın Özellikleri Fiziksel Özellikler Asidik ve bazik karakterli volkanik faaliyetler neticesinde oluşan pomza, fiziksel ve kimyasal etkenlere karşı dayanıklı, süngerimsi ve gözenekli bir yapıya sahip, camsı volkanik bir kayaçtır. Oluşumu sırasında ani soğuma ve bünyesindeki gazların bünyeyi ani olarak ter etmesi nedeniyle makro ölçekten mikro ölçeğe kadar sayısız gözenek içerir. İçerdiği gözenekler gözle görülebilecek boyutlardan mikroskobik boyutlara kadar sayısız olup her biri diğerinden camsı bir zarla yalıtılmıştır. Poröz yapısı ve gözeneklerin genelde bağlantısız olmasından dolayı, permeabilitesi düşük, ısı ve ses yalıtımı oldukça yüksektir. Sertliği mohs skalasına göre 5-6 dır ( Asidik ve bazik volkanik faaliyetler sonucunda iki tür pomza oluşmaktadır. Bunlar asidik ve bazik pomzalardır. Bazik pomzaya bazaltik pomza veya özellikle yurt dışında scoria da denilmektedir. Bazaltik pomza koyu renkli, kahverengimsi siyahımsı olup birim ağırlığı kg/m arasında değişmektedir. Yeryüzünde en yaygın olarak bulunan ve kullanılan türü olan asidik pomza, beyaz, kirli görünümünde ve grimsi beyaz renktedir. Asidik magmanın yoğunluğu bazik magmaya göre daha düşük olup asidik karakterdeki pomzanın birim ağırlığı, gözeneklik yapısına ve içyapı karakteristiğine göre kg/m 3 arasında değişim göstermektedir. Pomza kendisine özgü bazı özelikleri ile perlit, obsidyen ve peşk-tayn gibi volkanik camsı kayaçlardan farklıdır. Bunlardan rengi, gözenekliliği ve kristal suyunun olmaması ile pratik olarak ayırt edilebilmektedir ( 24

39 Kimyasal Özellikler Pomza, kimyasal olarak % 75 e varan oranlarda silis içerebilmektedir. Pomzanın genel kimyasal bileşimi % SiO 2, %13 17 Al 2 O 3, %1 3 Fe 2 O 3, %1 2 CaO, %7 8 Na 2 O-K 2 O ve eser miktarda TiO 2 ve SO 3 den oluşmaktadır. Kayacın içerdiği SiO 2 oranı kayaca abrazifik özelliği kazandırmaktadır. Bu özelliğinden dolayı çeliği rahatlıkla aşındırabilecek bir kimyasal yapı sergilemektedir. Al 2 O 3 bileşimi ise ateşe ve ısıya karşı yüksek dayanım özelliği kazandırmaktadır. Na 2 O ve K 2 O tekstil sanayinde reaksiyon özellikleri veren mineraller olarak bilinmektedir ( Türkiye Pomza Rezervi Ülkemiz pomza rezervleri açısından oldukça önemli bir potansiyele sahiptir. Araştırılmış alanlarda yaklaşık 3 milyar m 3 pomza rezervi olduğu tahmin edilmektedir. Pomza rezervlerinin İç Anadolu ve Doğu Anadolu Bölgelerinde yoğunlaşmış olmasına karşılık, Akdeniz ve Ege Bölgelerinde de pomza rezervlerine rastlanmakta ve üretim faaliyetleri görülmektedir. M.T. A Genel Müdürlüğü nce ülke çapında yapılan pomza ile ilgili detay jeolojik etüt çalışmalarına göre, ülkemizde varlığı bilinen pomza yatakları ve bunların rezerv durumları aşağıda çizelge 4.4. de verilmiştir. Çizelge 2.7. Türkiye pomza yataklarının rezerv miktarları ve kategorileri Yeri Rezerv Miktarı (m 3 ) Rezerv Kategorisi Nevşehir-Avanos-Ürgüp A+B Derinkuyu C Kayseri-Gömeç A+B Kayseri-Develi A+B Kayseri-Talas-Tomarza A Kayseri-Talas-Tomarza B Bitlis-Tatvan A+B Bitlis-Ahlat A+B Van-Erciş-Kocapınar A+B 25

40 Çizelge 2.7. (devam) Van-Mollakasım A+B Ağrı-Patnos A+B Ağrı-Doğubeyazıt A+B Kars-Iğdır-Kavaktepe B Kars-Digor B Kars-Sarıkamış B Ankara-Güdül-Tekköy A+B Isparta-Gölcük A+B Erzincan Pomzanın Çimento ve Beton Üretiminde Kullanılmasına Yönelik Önceki Yapılan Çalışmalar Uysal vd. (2004) in, farklı çimento dozajlarının slamplarının ve pomza agrega oranlarının beton basınç dayanımına ve yoğunluğuna etkileri üzerine yaptıkları deneysel çalışmasında; a) Normal agrega yerine hacim olarak %25, %50, %75 ve %100 oranlarında pomza agregası ikame etmişler b) Dozajı 200, 250, 350, 400 ve 500 kg/cm 3 te c) Slampı ise 3±1, 5±1 ve 7±1 cm. de sabit tutmuşlardır. Test sonuçlarının analizi pomza agregası artışının betonun yoğunluğu %3.2 ye kadar, basınç mukavemeti ise 200 kg/m 3 lük dozaja göre %265 e kadar azalmıştır. Hossain (2004), volkanik kül ve volkanik pomza tozunun katkılı çimento üretimi için uygunluğunun araştırıldığı çalışmasında kullandığı portland çimentosunu %0-%50 arasında değişen oranlarda volkanik kül ve volkanik pomza tozu ile ikame etmiştir. Araştırma taze ve sertleşmiş beton üzerinde yapılan testleri kapsamaktadır. Volkanik kül ve volkanik pomza tozu ikameli karışımlar üzerinde yapılan standart deneyler; uçucu küllü çimentolara kıyasla daha cesaret verici sonuçlar sağlamış ve %20 ikameye kadar daha yüksek priz süresi ve daha düşük hidratasyon ısısı sağlayan 26

41 katkılı portland volkanik küllü, çimento ve katkılı portland volkanik pomza çimentosu üretiminde iyi bir potansiyel göstermiştir. (Gündüz v.d., (1998) nin, pomza teknolojisi adı altında, ilki pomza karakterizasyonu, ikincisi inşaat sektöründe pomza kullanımı ile ilgili olmak üzere iki ciltlik, kitap olarak basılmış bir çalışması bulunmaktadır. Ayrıca Isparta yöresi pomzalarının kullanımıyla ilgili olarak; Davraz v.d. (1997), Isparta pomzasının hafif yapı elamanı olarak değerlendirilmesi üzerine yine Davraz (1998) in Isparta pomzasının hafif agrega olarak değerlendirilmesiyle ile ilgili bir çalışması vardır. Deniz (1997) ise Isparta yöresinden iki farklı pomza türünün kırılma özelliklerini araştırmıştır. Sarıışık ve Şahin (1997) Isparta pomzasının aşındırma-parlatma karakteristiğinin irdelenmesi ile ilgili bir çalışma yapmıştır. Kılıç v.d. (2004), bazaltik pomza agregası ile yapılan ve mineral katkı maddeleri içeren yüksek mukavemetli hafif beton üretmek için yaptıkları laboratuar çalışmasında, bağlayıcı olarak portland çimentosu kullanarak hafif bazaltik pomza agregası ile kontrol hafif beton karşılı hazırlamışlardır. Kontrol hafif beton karışımı çimentonun %20 si uçucu külle yer değiştirilerek ve çimentonun %10 u sis dumanı ile yer değiştirilerek ayrı ayrı modifiye edilmiştir. Ayrıca hafif beton karışımı çimentonun %20 si uçucu külle, %10 u da silis dumanı ile ikame edilerek tekrar modifiye edilmiştir. Kontrol amacıyla iki de normal ağırlıklı beton dökülmüştür. Laboratuar test sonuçları mineral katkılar ve bazaltik pomza birlikte kullanılarak yapısal hafif beton üretilebileceğini göstermiştir (Kılıç v.d., 2004) Mermer Mermerin Tanımı Halktan pek çok kimse mermerin gerçekte ne olduğunu bilmez. Kesilmiş parlatılmış beyaz siyah değişik renkli taş der kısaca taşları öğrenmiş insanlar ise mermeri kristalleşmiş kireç taşı (CaCO 3 )olarak kabul eder ve öyle bir sınırlama getirir oysa mermer çok daha geniş bir taş alanını kapsamakta olduğundan onu etraflıca izah etmekte fayda vardır (Önem, 1997) Gerçek anlamda yani bilimsel anlamda mermer, kalker ve dolamitik kalkerlerin ısı ve basınç altında metamorfizmaya uğrayarak kristalleşmesinden oluşmuş bir kayaçtır. 27

42 Yani geçmişte kireç taşı olarak teşekkül etmiş taşların uzun jeolojik süre içinde büyük basınç ve sıcaklıklarla zorlanıp başkalaşıma uğrayarak (İlk birikim şekillerini ve fosillerin görünüşlerini kaybetmesi) tamamen yeniden kristalleşmesi şeklinde oluşmuş bir metamorfik kayaçtır Mermerlerin Özellikleri Fiziksel Özellikler Mermer saf kalsiyum karbonat bileşiminde olduğu zaman beyaz ve yarı saydamdır. Kalsitin sertliği mohs skalasına göre 3 olduğu halde sıkışmanın getirdiği bir artışla, mermerin ki 3.5 dir ve özgül ağırlığı 2.5 ile 3.5 gr/cm 3 arasında değişir. Renkleri genellikle beyaz ve grimsidir. Fakat yabancı maddeler nedeniyle sarı, pembe, kırmızı, mavimtırak, esmerimsi ve siyah gibi renklerde de olabilirler. Mikroskop altında incelendiğinde, birbirine iyice kenetlenmiş "Kalsit Kristalleri"nden oluştuğu görülür. Mermerin içine ışığın nüfus edebilme kabiliyetine saydamlık denir. Saydam mermerler ince kristalli yağımsı bir yapı gösterirler bu özellikleri yüksek olan (ışığın nüfus edebileceği derinlik cm ye kadar olan) mermerler süs eşyası yapımında ve heykeltıraşçılıkta kullanılır. Mermerlerin bünyesindeki açık ve kapalı boşlukların tümüne porozite denir. Tüm yapı taşlarında porozitenin düşük olması istenir. Çünkü porozitenin artması ile atmosfer etkilerine dayanıklılığı azalır. İyi kalitede bir mermerin porozitesi % arasında değişir. Mermerin basınç mukavemeti, mermerin kırılmaya karşı göstermiş olduğu direnç olup aşınma yeteneğini, kristallerin durumu ve mermerin içinde bulunan çimento malzemesinin özelliğini gösterir. Genellikle kg/cm 2 arasında değişir. 28

43 Birim hacim ağırlık, değişmez kütleye kadar kurutulmuş kayacın boşlukları dahil olmak üzere birim hacmin kütlesidir. Mermerin birim hacim ağırlığının bilinmesi özellikle yüklemelerde, taşımada ve nakliye ücretlerinin hesaplanmasında kullanılır Kimyasal Özellikler Kimyasal bileşiminde büyük oranda kalsiyum karbonat, magnezyum karbonatın yanı sıra silisyum dioksit, değişik metal oksitleri ile silikat mineralleri bulunur. Bileşimlerinin %90-98'i CaCO 3 'ten (Kalsiyum karbonat) oluşmaktadır. Düşük oranda MgCO 3 (Magnezyum karbonat) içermektedir. CaCO 3 kristallerinden oluşan mermerlerde esas mineral Kalsit tir. Aynı zamanda az miktarda silis, silika, feldspat, demiroksit, mika, fluorin ve organik maddeler bulunabilir ( Mermer Kökenli Kayaçlar Kristalize kalkerler (kireçtaşları) Kimyasal çökelme veya içine kalkerli organik bakiyelerin girmesi ile meydana gelen bu cins mermerler, sonradan kristalleşirler. Bu arada bünyelerine grafit, kil, demir ve değişik metal oksitleri alabilirler. Bazı cinslerinde fosillere de rastlanır. Tektonik breşler ve pudingler de bu gruba dahildirler. Kristalize kalkerlerin birçokları tektonik hareketlerin tesiriyle değişik yön ve doğrultularda çatlar ve kırılırlar. Sonradan bu çatlak ve kırıklar madensel bir çimento ile dolar. Böylece tektonik breşler ve breşimsi mermerler meydana gelmiş olur Travertenler CaCO 3 'lü magma getiriminin (sıcak kaynak suları) atmosferle temas ettikleri yeryüzüne çıkış yerlerinde çıkış anındaki basınca, suyun sıcaklığına ve içerdikleri madensel tuzların yoğunluğuna bağlı olarak amorf veya çok küçük kristalcikler halinde CaCO 3 'lü çökelek meydana getirirler. Magma suyunun sıcaklığı çok fazla ve kalsiyum bikarbonat oranı çok yüksek olursa; çökelme hızla meydana gelecektir. Bu 29

44 şekilde meydana gelen oluşuma traverten çökelmesi denir. Bu taşları çok delikli, hafif ve fazla miktarda bitki sap ve yaprakları içerenlerine "Kalker Tüfü" denir Oniks mermerler Magma getirimi CaCO 3 'lü suyun sıcaklığı oldukça düşük, içeriği bakımından daha fazla madeni tuzlar içermekte ve su miktarı da az ise; çökelme işlemi daha yavaş bir şekilde gerçekleşecektir. Bu şartlarda meydana gelen taş; kristalize, yoğun ve oldukça saydamdır. Bu taşlara oniks mermer veya "Su Mermeri" denilmektedir. Genellikle beyaz, kırmızı, sarı ve yeşil renkte olup yarı saydamdırlar. Işık 1-3,5 cm derinliğine geçebilir. Gerçek Oniks; bileşimi silis olan bir Kalsedun taşıdır. Ziynet eşyası olarak kullanılır. Oniks mermeri ise; bünyesi Gerçek Oniks e az çok benzer olmakla beraber, bileşim olarak CaCO 3 'ten oluşmaktadır. Kristal taneleri aragonittir Mermerlerin Sınıflandırılması Mermerler, oluşum esnasındaki şartlara bağlı olarak farklı mineralojik, kimyasal ve yapısal özelliklere sahip olmaktadır. Buna bağlı olarak, mermerler aşağıdaki şekilde sınıflandırılmaktadır. 1) Mermerlerin oluşum sınıflandırılmasına göre sınıflandırılması. 2) Mermerin değişik özellikleri baz alınarak sınıflandırılması. 3) Mermerlerin endüstriyel hammadde olarak sınıflandırılması (Güneş, 2002) Mermerlerin Oluşum Şekillerine Göre Sınıflandırılması a ) Sedimander mermerleri: Bu mermerler; sedimanter,mağmatik ve metamerfik kayaçlardan kopan parçaların sürüklenerek ve bir yerde birikmesi ve daha sonra çimento maddesi ile birleşmesi sonucu oluşan kalkerin yanı sıra kanghomera, gre, arduvaz gibi dedritik veya kalsit kökenli mermerler olabileceği gibi, su kaynaklarından meydana gelen oniks mermerleri, traverten ve kireçtaşı gibi organik veya kimyasal kökenli mermerlerdir (Güneş, 2002). 30

45 b ) Mağmatik Mermerler Mermer olarak kullanılan mağmatik kayaçlar, sedimanter olanlara göre daha dayanıklıdır. Fakat, çıkartılmaları ve işlenmeleri zordur. Mağmatik kayaçlar içerisinde mermer olarak değerlendirilenler granit, siyenit, gabro ve serpantin gibi derinlik kayaçlarıdır. Yüzey kayaçlarından olan diyabaz da işlenme zorluğuna rağmen bileşinde bulunan piroksen mineralleri nedeni ile güzel bir yeşil renge sahip olduğu için mermer olarak değerlendirilmektedir (Güneş, 2002 ). c ) Metamorfik Mermerler Yer kabuğundaki her çeşit kayacın katı durumunu koruyarak fiziksel ve kimyasal şartlar altında ( alterasyon ortamı dışında ) derinliklerde diyajemez ortamında minarelerin daha farklı minarelerle dönüşerek farklı bir kayaç durumuna gelmesi ile oluşan kayaçlardır. Bunların içinde en önemli olanı bilimsel mermer tanımına uygun olan kireçtaşları ve dolomitlerin sıcaklık ve basınç altında yeniden kristalleşmeleri ile oluşan hakiki mermerlerdir (Güneş, 2002 ) Mermerlerin Değişik Özellikleri Baz alınarak Sınıflandırılması a ) Mineral tane boyutlarına göre 1. İnce taneli mermer (1 mm) 2. Orta taneli mermer (1-5 mm) 3. İri taneli mermer (5 mm ile 1-2 cm) b ) Mineral Bileşim ve Oranlarına Göre 1. Mermer; %95 kalsit (CaCO 3 ) içerir. Masif yapıda ve taneli dokuya sahiptir. Kuvars ve mika gibi diğer mineralleri içerebilir. 2. Kalkşist; %60 70 kalsit içerir. Şisti yapıda ve yönlü dokuya sahiptir. Klorit, epidot, mika ve lepidolit gibi diğer mineralleri içerebilir. 31

46 3. Spolen; %80 kalsit içerir. Şisti yapıda ve yönlü dokuya sahiptir. Flonopit, tremolit, diopsit, plajioklas ve gröna gibi diğer mineralleri içerebilir. 4. Mermer-Skarn; %80 90 kalsit içerir. Masif yapıda ve taneli dokuya sahiptir. Epidot, diopsit, gröna, olivin ve plajioklas gibi diğer mineralleri içerebilir. c ) Yapı ve dokularına göre 1. Masif mermer; kompakt görünümlü, ince ve iri tanelidir. 2. Laminal mermer; renkli şeritli görünümde, ince taneli şeritler farklı mineral veya elementler içerirler. 3. Şisti mermer; yapraklı yapıda ve önemli miktarda mika içermektedir. 4. Breşik mermer; tekrar kırılmış ikincil minerallerle dolgulanmıştır. Ana dolgular farklı renk ve mineral içerikli olabilirler ( d ). Jeolojik Sınıflandırılması I. Grup: Tam kristalleşmiş taşları içine alır. Renkleri genellikle beyaz ve açık gridir. Bileşimlerinde çok yabancı madde taşırlar. II. Grup: Oniks ve travertenleri içerir. Yapılarında yalnız CaCO 3 vardır. III. Grup: Mağmatik kökenli mermerleri içerir. Andezit, dasit, granit, siyanit, bazalt, diabaz, gabro, serpantin v.s. gibi (Güneş, 2002) Mermerlerin Çimento Üretiminde Kullanılmasına Yönelik Daha Önce Yapılmış Çalışmalar Mermer toz atıklarının değerlendirilmesi konusunda yapılan kaynak taraması sonucu, bu konuda yapılan çalışmaların oldukça az olduğu tespit edilmiştir. Ulaşıla bilen kaynaklara göre, daha önce bu konu ile yapılan çalışmalar ve kapsamları şu şekildedir: Kavas (2003), geleneksel yöntemlerle kalsiyum alümina (CA) çimentosu üretimi yapılırken kalsiyum kaynağı olarak kullanılan kireç hammaddesi yerine mermer atıkları ve alüminyum kaynağı olarak kullanılan boksit cevheri yerine de alüminyum 32

47 hidroksit kullanarak üretim şemasını değiştirmiştir. Bu sayede ocaktan ham madde üretme, nakliye, kırma, öğütme ve eleme gibi süreçler kullanılan ham maddelerin daha önce bir takım süreçlerden geçmiş ham maddeler olması nedeni ile doğrudan CA çimentosu üretimine başlanabilmiş ve büyük oranda enerji tasarrufu sağlamıştır. Türker v.d. (2000), mermer tozlarının çimentonun hidratasyonu ve mikro yapısı üzerine etkilerinin incelendiği çalışmada % 5 - % 30 mermer katkılı üretilen dört adet çimentonun 2 ve 28 gündeki SEM görüntüleri ile basınç dayanımları, priz süreleri ve normal kıvamlarını incelemiştir. Sonuçlar mermerli çimentolardaki reaksiyon ürünlerinin kalsit kristallerinin çevresinde birikmeye meyilli olduğunu ve CH morfolojisinin portland çimentosundan tamamen farklı olduğu belirtilmiştir. 2, 7 ve 28 günde yapılan testlerde çimentodaki mermer artışı ile dayanımın azaldığını ve dayanım kaybının erken yaşlarda daha az olduğu açıklanmıştır. Ayrıca çimentodaki mermer miktarının artışının priz sürelerini artırdığı belirtilmiştir. Özkan (1996), afyon mermerleri toz atıkları ile Etibank Kırka boraks atıklarının çeşitli oranlarda karıştırılarak yüksek sıcaklıkta pişirilmesi sonucu oluşan numunelerin dayanıklılığı üzerine bir araştırma yapmıştır. Uğur ve Gündüz (1995), çeşitli mermer atıkları ile katkılı portland çimentosunu değişik dozajlarda karıştırarak, elde edilen numunelerin farklı kür sürelerindeki tekno-mekanik özelliklerini araştırmıştır. Yıldız ve Eskikaya (1995), afyon mermerleri toz atıklarını katkı veya dolgu malzemesi olarak saf kalsit yerine, kalsit ile birlikte ya da tek başına kullanılabileceği alanlarla ile ilgili bilgiler içeren bir çalışma yapmıştır. Oliver (1980), kimyasal etkileşimlerin hidrate olmuş kalsiyum alüminat ve karbonat iyonları arasındaki bir reaksiyon tarafından oluşturulan kalsiyum alümünatların oluşmasına neden olan portland çimentosu pastası ve kalsit arasında meydana geldiğini buldu. Jambor (1980), kalkerli filler malzemelerin kalsit ve C 3 A nın hidratasonu tarafından geliştirilen önemli bir bağlayıcı özelliğe sahip oldukları sonucuna vardı. Bu bulguya 33

48 dayanarak Longuet (1983), standartlardaki tanımlara göre fillerize edilmiş çimentoların hidratasyonu durumunda, durgun ve aktif malzemeleri ayırt etmeyi gerekli görmekte, çimentodaki kararlı kalkerli fillerlerin potansiyel hidrolik reaktivitesini kullanmak için bir reaktif olarak C 3 A yı önermektedir. 2.7 Andezit Andezitin Tanımı Andezit taşı ya da Ankara taşı, tersiyer ve kuvaterner dönemlerdeki volkanik hareketlere bağlı olarak oluşmuş andezitlik bileşimdeki kor kayaçlardır. Ankara 'nın Gölbaşı bölgesinde bolca bulunduğu için Türkiye'de Ankara taşı olarak da bilinmektedir. Andezit, dioritin yüzey taşıdır; dioritin magması derinde kristallenmiş, yüzeye çıkıp lav olarak akan ise andeziti meydana getirmiştir. Bu bakımdan, dioritle bileşimleri aynıdır. Sadece kristal yapıları değişmiştir. Kütle olarak camsı doku hakim olup içinde az miktarda piroksen, hornblend ve biyotit gibi mafik minerallerin ve plajioklasların kristalleri bulunur. Porfirik (camsı) yapı hakim olduğu için, andezit levhaları parlatılamaz. Ancak bulunmaz değerde bir yapı taşıdır. Ankara da geçmiş zamanlarda ve cumhuriyet ten sonra, çok yaygın olarak kullanılmıştır. Halen de binalarda ve bordürlerde geniş şekilde yararlanılmaktadır. Bu yüzden bir adı da Ankara taşıdır. Kırmızı, kahverengi ve pembemsi kahvedir. Andezitin, albiti % 50 70, anortiti, % içeren bir plajioklas türüdür. Çoğunlukla ansezinden oluştuğu için, bu taş andezit adını almıştır. (Önem, 1997) Andezitin Özellikleri Fiziksel Özellikler Bazen poröz, gri, siyahımsı temel renk özelliklerini gösteren bu kayaçlar, değişik ayrışma derecelerine sahiptirler. Daha yaşlı unsurlarında değişimden dolayı yeşilimsi, kahverengimsi, kırmızımsı ve benekli bir görünüm arz ederler. Andezitlerdeki volkano-sedimenter yapıdan dolayı, akma düzlemleri, soğuma ve 34

49 tektonizma çatlakları gözlenir (Arkoç, 2002 ) Kimyasal Özellikler Traki-andezitler ve tüflerin SiO 2 içeriği % 52 ile % arasında değişmektedir. Bu kayaçların yüksek oranda Al 2 O 3 içeriğine sahiptirler. Genellikle yoğun bir yapıya sahiptirler. Bu taşlarda ortalama silis miktarı % 60 dır. Andezitin bileşimindeki feldispat hornblent, biyotit ve ojit mineralleri mikrolitik veya tamamen şekilsiz camsı bir hamur içindedirler (Köktürk, 1997) Andezitlerin Çimento Üretiminde Kullanılmasına Yönelik Daha Önce Yapılmış Çalışmalar. Andezit toz atıklarının çimento üretiminde kullanılmasına konusunda yapılan kaynak araştırması sonucunda, bu konuda yapılan çalışmaların oldukça az olduğu tespit edilmiştir. Ulaşılabilen kaynaklara göre, daha önce bu konu ile ilgili yapılan çalışmalar ve kapsamları şu şekildedir: Terzibaşıoğlu (1995), andezitin traslı çimento üretiminde tras olarak kullanılması adlı çalışmasında, İzmir Bornova ilçesi Yamanlar Dağı volkaniti olarak isimlendirilen oluşumun içerisinde yer alan andezit ocağından elde edilen andezitlerin, hem kalite hem de İzmir deki iki çimento fabrikasına yakın mesafede olmasının getirdiği düşük nakliye maliyeti açısından traslı çimento üretiminde tras olarak kullanılabileceğini belirtilmiştir. Yapılan mineralojik ve kimyasal incelemeler sonucunda andezitlerin yüksek puzolanik özellikte olduğu açıklanmıştır. Ayrıca bu çalışma kapsamında yaptığı deneyler sonucunda % 36.5 lik andezit kullanım oranı ile üretilen traslı çimentonun basınç mukavemeti, 34.7 N/mm 2 olarak bulmuştur Çimento ve Betonda Sülfat Etkisi Yeraltı suları ve sülfatlı topraklara maruz kalan beton yapı ve numunelerin şiddetli bozunmaları, birçok araştırmacı yazarın çalışmalarında bahsedilmiştir.(d.g.miller ve P.W.Mason, 1940; ACI SP 77, 1982). Geçen son on yıl süresince portland çimentosunun özellikleri değişmekte katkılı çimentoların formüle edilirken geniş 35

50 çapta mineral katkıların kullanımları araştırılarak devam etmektedir. Bugünün modern portland çimentoları daha yüksek C 3 s miktarına ve 40 yıl öncesinden daha büyük inceliğe sahiptir ve bu şekildeki değişiklikler betonun sülfat direncini etkileyebilmektedir (Mehta, 1991). Betona sülfat hücumu, farklı taşıma mekanizmaları ile boşluklar boyunca sülfat iyonlarının hareketini, çimento hamurunun bazı bileşenleri ile nüfuz edici iyonların etkileşimi ile çatlama, dayanım kaybı ve gevşeme üreten expansive bileşenlerin oluşumunu içeren karmaşık bir süreçtir (Ghosh, 2002). Sülfat hücumu deyimi, çevreden betona taşınan sülfat iyonlarıyla bağlantılı tahrip edici süreçleri tanımlamak için kullanılmaktadır. Sülfat tahribi çimentodaki fazla dozajdaki kireç taşı veya contaminated agrega yoluyla sülfatların karışıma dahil olması nedeniyle iç hücum yoluyla oluşabilir. Bu nüfuzu yönlendiren tehlikeli durumlar; a. Portland çimentosunun kompozisyonu (yüksek C 3 A ve SO 3 miktarı) b. Yüksek kür ısısı c. Nemli ortam maruz kalmadır (Y.Fu v.d., 1997). Sülfat yüklü ortamlar betonun dayanıklılığını etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Doğada sülfat temel olarak yeraltı sularında, deniz suyunda ve toprakta bulunur. Bu kaynaklardan gelen sülfat iyonlarının beton içerisine nüfuz etmesi sülfat hücumu olarak tanımlanır. Bu penetrasyon betonun bozulmasına yol açar ve genleşme dayanım kaybı, pullanma ve çatlakların oluşmasıyla sonuçlanır (Erdoğan, 2003). Beton yapıların dayanıklılığı, servis süreleri boyunca donma çözülme, donatıların korozyonu, alkali agrega reaksiyonları, sülfat hücumu, karbonatlaşma ve nötr veya asidik sular vasıtasıyla çözünme gibi çeşitli mekanizmalardan etkilenmektedir. Bunların arasında, sülfat hücumunun serleşmiş betonda dayanım kaybına, hacim genleşmesine, çatlama, yumuşama, pullanma ve tabakalaşmaya neden olduğu 36

51 bilinmektedir ( Tikalsky ve Carrasquillo, 1989; Amerikan Concrete Institute,1992). Sertleşmiş çimento hamurunda meydana gelen fiziksel ve kimyasal değişiklikler sonucunda beton bozulacak ve amaçlanan servis ömründen önce performansını yitirebilecektir. Çimentonun sülfat hücumuna karşı performansını esas olarak C 3 A ve C 4 AF bileşenleri belirler. Portland çimentonun sülfat direnci C 3 A miktarı ile yakından ilişkilidir. Dünyadaki çimento standartları sülfat dirençli portland çimentolar için % 3 ile % 5 üst sınırını koymuştur. Bu ilişki birkaç hızlandırılmış test metodu ile açıkça ortaya konmuştur (Ghosh, 2002). Çimento içerisindeki bu bileşenlerin oranları sülfat iyonlarının varlığında direkt olarak etrenjit ve monosülfoalüminat oluşumlarını etkiler. C 3 A miktarı ne kadar yüksek olursa, taze betonda oluşan monosülfoalüminat miktarı da o kadar yüksek olur. Monosülfoalüminatlar sertleşmiş betonda genleşmelere yol açacak olan etrenjit oluşumuna neden olmaktadır (Erdoğan, 2003). C 3 A miktarının düşürülmesi, klinker üretimi süresince hammaddelerdeki Al 2 O 3 / Fe 2 O 3 oranını azaltan demir bakımından zengin malzemeleri kullanarak sağlanabilir (Nadu, 1980). Betonun sülfat etkisine karşı direnci geçirimlilik, su çimento oranı (s/ç), çimento tipi, ortam şartları ve çevre gibi birçok faktöre bağlıdır. ( Skalny, 1999). Aynı çevresel etki sınıfında, çimento kimyası ve geçirimlilik belirli bir betonun sülfat direncini kontrol eden iki faktördür. Çimento kimyasını kontrol etmek için, sülfata dayanıklı ASTM Tip 5 çimentolarında C 3 A ve ( 2C 3 A + C 4 AF ) miktarları sırasıyla %5 ve %25 olarak sınırlandırılmıştır ( Anonim, 1995). Betonun geçirimliliğinin kontrolü içinse düşük s/ç oranı ve puzolan kullanımı önerilmektedir (Neville, 1995; Mehta, 1997). Çeşitli puzolanların sülfat direncine etkileri birçok araştırmacı tarafından çalışılmıştır. Puzolan kullanımı geçirimliliği azaltmakta ve klinker ile ikame edildiğinde C 3 A miktarını da azaltmaktadır. Puzolanların bir diğer avantajı da puzolanik reaksiyonlar sonucunda çimento hamuru içerisindeki kalsiyum hidroksit (CH) miktarını azaltmalarıdır (Erdoğan, 2003). 37

52 Mineral katkılar, uçucu külleri, granüle yüksek fırın cürufu, doğal puzolan, silis dumanı, kireç taşı orjinli dolgu ve diğer yan ürünler ile çok ince olarak parçalanmış maddeleri içerir. Mineral katkılar betona ya karışım esnasında doğrudan veya katkılı çimentoların bir bileşeni olarak portland çimento ile öğütülerek ilave edilebilir. Beton yeterli olarak kürlendiğinde yüksek fırın cürufu, uçucu kül ve doğal puzolanların normal portland çimentonun sülfat direncini geliştirdiği yönünde genel bir görüş vardır. Sülfat performansının artışı birkaç faktöre bağlanabilir; a. Puzolanik reaksiyonla kalsiyum hidroksit tarafından başlatılan CH ın taşınması b. Puzolanik reaksiyonlarla oluşan boşluk boyutu ilave özelliği c. Çimentoya kısmen ilave edilen malzemelerden dolayı C 3 A nın seyrelmesi d. Genleşme olmaksızın boşluklarda etrenjit oluşumu ve elverişsiz ortam e. Çimento hamuru-agrega geçiş bölgesinin gelişmesi (Ghosh, 2002) Mather (1980) e göre yüksek sisli, oldukça amorf silisli ve çok ince doğal puzolan sülfat dirençli çimentolarda en iyi performansa sahiptir, SiO 2 / Al 2 O 3 oranı arttığı zaman çimentonun dayanıklılığı artmaktadır. Çimentoların sülfat direncini belirlemek için birçok araştırmacı ASTM C452 ve ASTM C 1012 yi kullanmıştır. (Anonim, 2002). ASTM C 452 ye göre sonuçlar 14 gün içerisinde elde edilmesine rağmen, bu standart katkılı çimentolar için uygun değildir. Diğer yandan, ASTM C 1012 katkılı çimentolara uygulanabilir; fakat testlerin en az 6 ay devam etmesi gerekmektedir. Bu standartlarda çimentoların performansları, sülfata maruz kalan harç çubuklarının boy değişimlerinin ölçülmesiyle belirlenmektedir. Harçlar, çimentoların sülfat hücumu karşısındaki performansları ile ilgili bilgi vermesine rağmen, betonlardaki davranış aynı olmayabilir. USBR 4908 e göre (United States Bureau of Reclamation, A.B.D de bizim Devlet Su İşleri ile hemen hemen aynı görevi yapan kuruluştur.) betonların sülfat etkisine karşı performansları %10 luk Na 2 SO 4 çözeltisine maruz kalan beton numunelerin boylarındaki değişimlerin ölçülmesi ile test edilmektedir (USBR, 1986). Bu standart normal ve katkılı çimentolara uygulanabilmektedir. 38

53 Sülfat Hücumu Karşısında Betonda Yer alan Reaksiyon Mekanizması Klinkerin çok küçük miktarda açı taşı ile öğütülmesi sonucu elde edilen portland çimentosunda, C 2 S, C 3 S, C 3 A ve C 4 AF gibi ana bileşenler yer almaktadır. Çimento ve suyun birleşmesiyle bu ana bileşenler su ile ayrı ayrı reaksiyona girmekte ve değişik hidratasyon ürünlerinin ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Çimentodaki C 2 S ve C 3 S ana bileşenlerinin hidratasyonu çimento hamuruna bağlayıcılık sağlayan kalsiyum-silika-hidrat jellerinin yanısıra, kalsiyum hidroksit (CH) oluşmasına yol açmaktadır. C 4 AF ve özellikle C 3 A ile çimento içerisinde yer alan alçının ve suyun arasındaki reaksiyonlar ise etrenjit (C 6 AS 3 H 32 ) ve kalsiyum-aluminomonosülfohidrat (C 4 ASH 12 ) gibi ürünlerin ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Özetle çimento ve su arasındaki reaksiyonlar sonucunda, çimento hamurunun yapısında yer alan başlıca hidratasyon ürünleri, C-S-H, CH ve kalsiyum-aluminosülfohidratlardır. Hem C 4 ASH 12 hem de C 6 AS 3 H 32 çimento hamurunun genleşmesine yol açmaktadır. Özellikle C 6 AS 3 H 32 çok büyük genleşme yaratma kapasitesine sahiptir. Sertleşmiş betonun içine sızan sularda sodyum sülfat ve magnezyum sülfat gibi sülfatlar bulunduğu takdirde, betonda iki tür veya iki aşamalı reaksiyonların yer almasına neden olmaktadır bunlar; 1. Sertleşmiş çimentonun bünyesinde hidratasyon ürünü olarak yer almakta olan kalsiyum hidroksit ile sülfatlar arasındaki reaksiyonlar sonucunda alçı taşı oluşmasına yol açan reaksiyonlar; CH + NS + 2H CSH 2 + NH (2.6) CH + MS + 2H CSH 2 + MH (2.7) 2. Sertleşmiş çimentonun bünyesinde bulunan yarı kararlı yapıdaki C 4 ASH 12 ile sülfat etkisiyle oluşmuş olan alçı taşı arasındaki reaksiyonlar sonucunda C 6 AS 3 H 32 oluşmasına yol açan reaksiyonlar; C 4 ASH CSH H C 6 AS 3 H 32 (2.8) (Yukarıdaki formüllerdeki CH, NS, H, CSH 2, MS, NH, MH, C 4 ASH 12 ve C 6 AS 3 H 32 39

54 sırasıyla, kalsiyum hidroksitin, sodyum sülfatın, suyun, alçı taşının, magnezyum sülfatın, sodyum hidroksitin, magnezyum hidroksitin, kalsiyum-aluminomonosülfohidratın ve etrenjitin çimento kimyasındaki sembollerle gösterilmiş halidir.). Sertleşmiş beton içerisinde bir miktar alçı taşı oluşması genleşmeye yol açmaktadır. Ancak asıl genleşme, alçı taşı ve yarı kararlı durumdaki kalsiyum-aluminomonosülfohidrat arasındaki reaksiyonlar sonucunda yer almaktadır. Serleşmiş beton içerisinde etrenjit kristallerinin oluşması, çok büyük genleşmeler oluşturmakta, betonun çatlayıp parçalanmasına yol açmaktadır Suda ve Toprakta Yer Alan Sülfat Konsantrasyonunun Sülfat Hücumu Hızına Etkisi Betonla teması bulunan topraktaki ve sudaki sülfat miktarı ne kadar yüksek olursa sülfat hücumu daha şiddetli olmakta ve beton daha kısa süre içerisinde hasar görmektedir. Topraktaki sülfat konsantrasyonu toplam SO 3 ve SO 4 miktarının ağırlık olarak bir milyonda kaç kısım oluşturduğu belirtilerek ifade edilmektedir. Atom ağırlıklarına göre SO 4 =SO 3 x 1.2 dir. Topraktaki sülfat miktarı, çözünebilir SO 3 ve SO 4 ün % olarak ifadesi şeklinde olmaktadır. Amerikan Beton Enstitüsü (ACI), suda veya toprakta bulunabilecek sülfat konsantrasyonuna bağlı olarak, betonun sülfat hücumuna maruz kalacağı ortamları, az (yumuşak) etkili ortam, etkili ortam, çok etkili ortam ve aşırı etkili ortam olarak çizelge 3.1 deki gibi tanımlamaktadır. Bu çizelgede değişik sülfat ortamlarında kullanılacak betonlar için maksimum su/çimento oranlarına da yer verilmektedir. 40

55 Çizelge 2.8. Amerikan beton enstitüsü tarafından tanımlanan sülfat ortamları ve kullanılacak maksimum su/çimento oranları (Anonim, 1994). Sülfat Ortamı Topraktaki Suda Sudaki SO 4 Betondaki Çözünebilir SO 4 miktarı (ppm)* Maksimum miktarı (%) Su/Çimento Oranı Az Etkili Etkili Çok Etkili Aşırı Etkili > 2.00 > Sülfat Hücumunu Azaltıcı Önlemler Sülfat hücumunu azaltmak için alınacak bazı önlemler şunlardır: Beton mümkün olduğu kadar geçirimsiz olarak üretilmeli ve beton üretiminde uygun türde bir çimento ve/veya puzolanik özellikli mineral katkı malzemesi kullanılmalıdır. Betonun geçirimsiz olmasının etkisi: Topraktaki ve yeraltı sularındaki sülfatlar, betonun içerisine sızan sularla birlikte girmektedir. O nedenle betonun geçirimliliğinin az olması betona girecek olan sülfatın az olmasını sağlamaktadır. Çizelge 2.4 den görüleceği gibi, sülfat konsantrasyonu yüksek olan ortamlarda kullanılacak betonların üretiminde su/çimento oranı 0.45 den fazla olmamalıdır. Çimento Tipinin Etkisi: Çimentodaki C 2 S ana bileşeninin hidratasyonu sonucu oluşan kalsiyum hidroksit miktarı, C 3 S ana bileşeninin hidratasyonu sonucu oluşan kalsiyum hidroksit miktarından daha az olduğuna göre, C 2 S miktarı nispeten daha *ppm: part per million (bir milyon içerisindeki kısım). 41

56 büyük olan çimentoların kullanılması, bu çimentoların hidratasyonu sonucunda daha az kalsiyum hidroksitin meydana gelmesine yol açmaktadır. ASTM Tip II, Tip IV ve Tip V çimentolarda nispeten daha fazla C 2 S bulunmaktadır. Böylece sülfat hücumu etkisiyle daha az alçı taşı oluşmaktadır. Bilindiği gibi portland-puzolan tipi çimentolar, çimento üretimi esnasında klinkerle birlikte bir miktar puzolanın da öğütülmesi sonucunda elde edilmektedir. Bu tip çimentoların içerisindeki puzolanlar, bağlayıcılık kazanabilmek için, çimentodaki kalsiyum silikatlı ana bileşenlerin hidratasyonu sonucunda oluşmuş olan kalsiyum hidroksitle kimyasal reaksiyona girerek yeni kalsiyum-silika-hidrat (C-S-H) jelleri üretmektedirler. Böylece portland-puzolan tipi çimentolarla yapılan betonların içerisinde puzolan içermeyen çimentoların içerisinde bulunan kalsiyum hidroksitten daha az kalsiyum hidroksit bulunmaktadır. Portland-puzolan tipi çimentolarla yapılan betonların içerisinde, sonradan sülfat hücumu ile alçı taşı oluşması ve genleşmelere yol açan reaksiyonlara devam etmesi olasılığı daha düşüktür. (ASTM IP, IS ve Türk çimentolarından katkılı çimento KÇ 32.5, traslı çimento TÇ 32.5, cüruflu çimento CÇ 32.5 ve CÇ 42.5 bu tip çimentolardandır.) Daha önce bahsedildiği gibi, dışarıdan sızan sülfatların beton içerisinde oluşturduğu alçı taşı, çimento hamurunun içerisindeki yarı kararlı halde mevcut olan kalsiyumalumino-monosülfohidrat ile reaksiyona girerek çok büyük genleşme gösteren etrenjit oluşmasına yol açmaktadır. Normal olarak çimento hamuru içerisindeki kalsiyum-alumimo-sülfohidratlar, çimento ana bileşenlerinden C 3 A ile çimentodaki alçı taşının su ile reaksiyonu sonucunda ortaya çıkmaktadır. Çimentodaki C 3 A oranı düşük olduğu takdirde doğal olarak hidratasyon sonucu oluşan etrenjit ve kalsiyumalumino-monosülfohidrat miktarı da az olacaktır. Bir başka deyişle bu tür bir çimentonun hidratasyonu sonucunda ortaya çıkan kalsiyum-alumino-sülfohidrat oranı azdır, dolayısıyla sülfat hücumu etkisiyle ortaya çıkan etrenjit oluşumu azdır. O nedenle sülfata dayanıklı beton üretiminde C 3 A miktarı düşük olan çimentolar kullanılmalıdır. (ASTM Tip V ve ASTM Tip II çimentolarındaki maksimum C 3 A miktarı sırasıyla % 5 ve % 8 olarak sınırlandırılmıştır.) İnce Taneli Puzolanik Katkı Maddelerinin Etkisi: Öğütülmüş tras, öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufu, silis dumanı ve uçucu kül gibi puzolanik katkı maddeleriyle 42

57 üretilen betonlar, sadece portland çimentosuyla üretilen betonlara göre genel olarak daha az miktarda portland çimentosu içermektedir. Bir başka deyişle, puzolan katkılı betonlarda sülfat reaksiyonuna yol açacak C 3 A miktarı daha azdır. Ayrıca daha önce de bahsedildiği gibi, puzolan katkılı betonlardaki hidratasyon önce portland çimento ile su arasında başlamaktadır. Puzolanların reaksiyon gösterebilmesi C 3 S ve C 2 S ana bileşenlerinin 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 alçı taşı miktarının az olmasına neden olmaktadır (Erdoğan, 2003). BÖLÜM 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1. Deney Programı 3.2. Kullanılan Malzemeler Deneysel çalışmalarda, Isparta Göltaş Çimento Fabrikası ndan temin edilen klinker ve alçı taşı, Isparta Keçiborlu İlçesinden diatomit, Isparta Sav Kasabası Metamar Mermer İşletmesi mermer tozları, Isparta Istem andezit tozu, Isparta Isbaş Bims Blok üretim tesislerinden alınan pomza, Kütahya Emet termik santralinden getirtilen uçucu kül ve Pınarhisar standart rilem cembureau kumu kullanılmıştır Klinker Çalışmada kullanılan klinker, Isparta Göltaş çimentosu klinkeridir. Bu klinkerin fiziksel, kimyasal ve modüler özellikleri çizelge 3.1 de verilmiştir. 43

58 Çizelge 3.1. Klinkerin kimyasal, fiziksel ve modüler analiz sonuçları Kimyasal Bileşenler (%) SiO Al 2 O Fe 2 O CaO MgO 2.44 SO CI Serbest CaO C 3 S C 2 S C 3 A 5.13 C 4 AF LF HM 2.20 SM 2.36 ALM 1.09 LSF DK μ elek üstü kalan (%) μ elek üstü kalan (%) 1.84 Özgül Ağırlık (gr/cm 3 ) 3.16 Özgül Yüzey (Blaine, cm 2 /gr)

59 Diatomit Çimento ve harçların üretilmesinde Isparta Keçiborlu Değirmendere mevkiinden alınan diatomitler kullanılmıştır. Diatomitlere ait fiziksel ve kimyasal özellikler aşağıda çizelge 3.2 ve 3.3 de sunulmuştur. Çizelge 3.2. Diatomitlerin fiziksel özellikleri (Sezgin, 1998) Özgül ağırlık (kuru halde) 2.35 gr/cm3 Birim hacim ağırlık 0.67 gr/cm3 Görünür porozite % Su emme (ağırlıkça) % Basınç mukavemeti (kg/cm2) Renk 60 kg/cm2 Açık krem, beyaz 200 μ elek üstü kalan (%) μ elek üstü kalan (%) Çizelge 3.3. Diatomitlerin kimyasal analiz sonuçları (Sezgin, 1998) Kimyasal Bileşenler Miktarı (%) SiO Al 2 O Fe 2 O CaO 1.51 MgO 0.29 K 2 O 0.75 SO TiO Na 2 O 0.70 Kızdırma Kaybı

60 Çimento deneyleri ve harç deneyleri, % bağıl nem ve 25 ± 2 0 C sıcaklığa sahip Isparta Göltaş Çimento Fabrikası Laboratuarı, Afyon Set Çimento Fabrikası Laboratuarı ve Süleyman Demirel Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Yapı Bölümü Beton Laboratuarı nda gerçekleştirilmiştir. Tartma işlemleri 0.1 ve 0.01 gr. Hassasiyetli Dikomsan ve Radwag dijital marka terazilerde, kurutma işlemi ise laboratuara ait etüvde yapılmıştır Diatomitlerin Ocaktan Alınması Isparta Keçiborlu Değirmendere bölgesindeki diatomit ocağına Keçiborlu-Ankara karayolu aracılığıyla ulaşılarak, malzemeler çuvallandıktan sonra beton laboratuarına nakliyesi yapılmıştır. Diatomitler ocaktan alındığı sırada genellikle irili ufaklı halde, hafif ve açık sarı renktedir. Alınan numunelerin ocağın bütününü temsil etmesi için ocağın değişik yerlerinden alınmasına dikkat edilmiştir Kimyasal Bileşim Diatomitleri kimyasal bileşimleri TS EN e göre belirlenmiştir. Kimyasal analiz sonuçlarına göre SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 toplamı 70 olarak standarda uygun bulunmuştur Pomza Çimento ve harçların üretim aşamasında Isparta Isbaş Bims Blok üretim tesislerinde kullanılan pomzalardan yararlanılmıştır. Pomzalara ait fiziksel ve kimyasal özellikler çizelge 3.4 ve 3.5 de aşağıda verilmiştir. 46

61 Çizelge 3.4. Pomzaların fiziksel özellikleri (Davraz, 2005) Gevşek birim hacim ağırlık 356 kg/m 3 Gerçek özgül ağırlık gr/cm 3 Renk Kirli beyaz-sarımtırak Sertlik (Mohs a göre) Organik madde Su emme (5-10 dk. lık/2cm-7.5 cm arası agrega için-ort.) Yabancı taş oranı Yok (Andezit Traki-andezit) 200 μ elek üstü kalan (%) μ elek üstü kalan (%) Çizelge 3.5. Pomzaların kimyasal özellikleri (Davraz, 2005) Kimyasal Bileşenler Miktarı (%-Ort.) SiO Al 2 O Fe 2 O CaO 4.68 MgO 2.09 K 2 O 4.54 SO TiO Na 2 O 4.30 Kızdırma Kaybı <

62 Pomzaların Temin Edilmesi Isparta Isbaş Bims Blok üretim tesislerinde kullanılan Gelincik Pomzası olarak adlandırılan pomzalar tesise gidilerek değişik kalınlıktaki eleklerden birer miktar alınarak poşetlerle deneylerin yapılacağı beton laboratuarına getirilmiştir. Pomzalar tesisten üç farklı boyutta alınmış olup genellikle nemli oldukları gözlenmiştir Kimyasal Kompozisyon Pomzaların kimyasal kompozisyonu TS EN e göre belirlenmiştir. Kimyasal analiz sonuçlarına göre Isparta pomzasının SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 toplamı 70 olarak standarda uygun bulunmuştur Andezit AC1, AC2 ve AC3 numaralı çimentolar ile bunların harçlarının üretilmesinde Isparta Istem andezit taşı işleme tesislerinde işlenen andezit taşı toz atıklarından yararlanılmıştır. Andezitlere ait fizksel ve kimyasal özellikler aşağıda çizelge 3.6 ve 3.7 de verilmiştir. Çizelge 3.6. Isparta andeziti fiziksel özellikleri Ebat Andezit Taşının Deney Metotları Deney Sonuçları 200 μ elek altı Birim Hacim Ağırlığı ( TS 699 ) 2,58 g / cm mm Hacimce Atmosfer Basıncında Su Emme ( TS EN ) Hacimce Kılcal Etkiyle Su Emme ( TS EN 1925 ) % 2,99 ( ) 13,63 g / m 2 s 0,5 ( ) mm Basınç Dayanımı ( TS EN 1926 ) 887 kg / cm mm Tek Eksenli Yük Altında Eğilme Dayanımı ( TS EN ) 236 kg / cm μ elek altı Toplam Gözeneklilik Tâyini ( TS EN 1936 ) % 14,27 ( ) mm Donma/Çözülme Sonucu Basınç Mukavemeti ( TS 699 ) 706,60 kg / cm mm Darbe Mukavemeti ( TS 699 ) 56 kgf. cm / cm mm Donma Anında ( 30 0 C ) Basınç Mukavemeti 908,10 kg / cm 2 ( ) 48

63 mm mm Termal Şok Etkisiyle Yıpranmaya Karşı Direncin Tâyini ( TS EN ) Donma / Çözülme Sonucu Kütle Kaybı Tâyini ( TS EN ) % 0,36 ( kütle kaybı ) % 1,41 ( kütle kaybı ) mm Saplama Deliğinde Kırılma Yükünün Tâyini ( TS EN ) ( d 1 = Saplama deliği ile kuvvet doğrultusu yüzeyi arasındaki mesafe mm ) ( b A = Saplama deliği ile en uzak kırılma doğrultusu arasındaki mesafe mm ) d 1 b A F( N ) 1. Numune 86 mm 60 mm 2250 N 2. Numune 86 mm 65 mm 2400 N 3. Numune 86 mm 47 mm 2150 N mm Böhme Yüzey Aşınma Kaybı ( TS 699 ) % 0.02 ( aşınma kaybı ) Şekilsiz Numuneler mm mm Şekilsiz Numuneler Pas Tehlikesinin Tâyini ( TS 699 ) Su Geçirimliliği ( Permeabilite ) ( TS 699 ) Porozite ve Görünen Porozite Tâyini ( TS 699 ) Ağırlıkça Sodyum Sülfat Don Kaybı Tâyini ( TS 699 ) Renk kaybı yok 1 atm basınçta : ıslanma gözlendi 3 atm basınçta : 11 gr. damlama gözlendi 7 atm basınçta : 17 gr damlama gözlendi % 85,73 doluluk oranı % 5,93 don kaybı ( ) 200 μ elek üstü kalan (%) μ elek üstü kalan (%) Andezit Tozlarının Temin Edilmesi Isparta Istem Yazısöğüt Köyü ndeki andezit işleme tesisindeki andezitlerin işlendikten sonra makinelerden atık olarak çıkan tozları poşetlere doldurularak deneylerin yapılacağı beton laboratuarına getirilmiştir. Andezit tozları alındığında daha sonra herhangi bir öğütme işlemine gerek olmayacak incelikte olup tamamen kuru olarak alınmıştır Kimyasal Bileşim Andezitlerin kimyasal bileşimleri TS EN e göre belirlenmiştir. Kimyasal analiz sonuçlarına göre Isparta andezit taşının SiO2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 toplamı 70 olarak standarda uygun bulunmuştur. 49

64 Çizelge 3.7. Isparta andeziti kimyasal özellikleri (Bilgin v.d., 1990) Kimyasal Bileşenler Miktarı (%) SiO Al 2 O Fe 2 O CaO 4.90 MgO 3.20 FeO 1.08 MnO 0.10 Na 2 O 4.50 K 2 O 6.40 P 2 O Kızdırma Kaybı Mermer MC1, MC2 ve MC3 numaralı çimentolar ile bunların harçlarının üretiminde Isparta Sav Kasabasında bulunan Metamar mermer işleme tesisinde işlenmiş mermer toz atıkları kullanılmıştır. Mermerlere ait fiziksel ve kimyasal özellikler aşağıda verilmiştir Çizelge 3.8. Deneylerde kullanılan mermer tozlarının fiziksel ve kimyasal özellikleri (%) SiO Al 2 O Fe 2 O CaO MgO 1.16 CaCO μ elek üstü kalan (%) μ elek üstü kalan (%)

65 Mermer Tozların Temin Edilmesi Isparta Sav Kasabasında faaliyet gösteren Metamar mermer işleme tesisinde kesilen mermerlerin makinelerden suyla karışık olarak çıkan ve toplama havuzlarında biriken tozları poşetlenerek deney laboratuarına getirilmiştir. Elde edilen tozlar ıslak ve içinde bir miktar yabancı malzeme olup incelikleri her hangi bir öğütme işlemi gerektirmeyecek şekildedir. Malzeme etüvde kurutulduktan ve eleklerde elendikten sonra deneylerde kullanılacak halde getirilmiştir Kimyasal Bileşim Mermerlerin kimyasal bileşimi TS EN e göre belirlenmiştir. Kimyasal analiz sonuçlarına göre mermer tozlarının SiO2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 toplamı 70 olarak bulunmuştur Uçucu Kül Üretilen on adet çimentonun tamamında sabit % 10 oranında kullanılan uçucu kül Kütahya Emet termik santralinden toplanmıştır. Uçucu küle ait fiziksel ve kimyasal özellikler aşağıda çizelge 3.9 da verilmiştir. Çizelge 3.9. Uçucu külün fiziksel ve kimyasal analiz sonuçları Kimyasal Bileşim Miktarı (%) Standart SiO Al 2 O Fe 2 O CaO MgO 0.88 < 5 K 2 O SO < 5 51

66 Çizelge 3.9. (devam) P 2 O Na 2 O S+A+F > 70 CI Kızdırma Kaybı 8.30 < μ elek üstü kalan μ elek üstü kalan Uçucu Külün Temin Edilmesi Kütahya Emet termik santralinin baca gazları ile taşınan, mekanik (siklon) veya elektrostatik filtrelerde çok ince tanecikli uçucu kül olarak tutulan malzemesinden alınmıştır. Malzeme çok ince tanecikli olduğundan herhangi bir öğütme işlemine ihtiyaç duyulmamıştır Kimyasal Bileşim Uçucu küllerin kimyasal bileşimi TS EN e göre belirlenmiştir. Kimyasal analiz sonuçlarına göre uçucu külün SiO2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 toplamı 70 olarak standarda uygun bulunmuştur Standart Kum ve Su Harç numunelerinin hazırlanmasında TS 819 Rilem Cembureau Pınarhisar standart kumu kullanılmıştır. Standart kum, Set Trakya Çimento Sanayi T.A.Ş. ürünüdür. Harç ve beton karışımlarında kullanılan suların, çimentoya zararlı olabilecek organik malzeme ve madensel tuzları içermemesi gerekmektedir (Anonim, 1984). Deneylerde Isparta ve Afyon içme suları kullanılmıştır. 52

67 3.3. Yöntem Deneysel çalışmanın ilk bölümünün on farklı çimentonun üretiminde kullanılacak malzemelerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin belirlenmesi ile puzolanik özelliğe sahip olup olmadıklarının belirlenmesi oluşturmaktadır. Malzemelerin kimyasal bileşimleri ilgili Türk standartlarına göre belirlenmiştir. PÇ 42.5 çimentosunun fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri TS EN çimentoların fiziki ve mekanik deney metotları (Anonim, 1985) ve TS EN çimentoların kimyasal analiz metotları (Anonim, 1977) ye uygun olarak belirlenmiştir. İkinci kısımda ise, laboratuarda üretilen ikameli çimento ve harç deneyleri yer almaktadır. Bu deneylerin bir kısmı Süleyman Demirel Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Yapı Malzemeleri ve Beton Laboratuarı ve Isparta Göltaş Çimento Fabrikası ile Set Afyon Çimento Fabrikası laboratuarlarında sıcaklık ve nemi klima yardımıyla ayarlanabilen, %50 60 bağıl nem ile 25 ± 2 0 C sıcaklığa sahip laboratuar ortamlarında gerçekleştirilmiştir. Bütün tartma işlemlerinde 0.1 ve 0.01 gr. Duyarlı Dikomsan ve Radwag marka dijital teraziler, kurutma işleminde laboratuara ait etüv kullanılmıştır. Çimentoların adlandırılmasında, şahit numune RC olarak adlandırılmış olup katkılı çimentolarda, kullanılan malzemenin baş harfi çimento kodunun başına, daha sonra ise ikame yüzdesine göre %10 katkı için C1, %20 katkı oranı için C2, %30 katkı oranı içinse C3 olarak isimlendirmeye eklenmiştir. Örneğin; % 10 diatomit katkılı numune DC1 olarak, %20 andezit katkılı çimento AC2 olarak isimlendirilmiştir. Numunelerin kodlanmasındaki bir diğer hususta; suda kürlenen numunelerin isminin başına W, sülfat çözeltisinde bekletilen numunelerin isminin başına çözeltinin etki derecesine göre az etkili çözelti için S1, orta etkili çözelti için S2, çok etkili çözelti içinse S3 kodlamasının eklenmiş olmasıdır. 53

68 3.4. Çimentoların Üretilmesi Çimento hazırlanmadan önce malzemeler etüvde kurutulduktan sonra diatomit, pomza gibi öğütme gerektiren malzemeler maden mühendisliği cevher hazırlama atölyesinde önce büyük sonra küçük çeneli kırıcıdan geçirildikten sonra her bir malzeme ortalama üçer kilogram olacak şekilde birer kilogram olarak bilyeli değirmende birer saat öğütülmüştür. Öğütme süresi, elde edilecek çimentoların ortalama özgül yüzey alanlarının kontrol çimentosu olan PÇ 42.5 in özgül yüzey alanı civarında olması için, 75 er dakika olarak belirlenmiş ve malzemelerin her biri bu süreye yaklaşık olarak öğütülmüştür. Malzemeler öğütüldükten sonra laboratuarda çizelge 3.9 da verilen oranlarda poşetlere konulmuş, homojenliğin sağlanması için poşet içindeki karışımlar bir süre sallanarak karıştırılmıştır. Daha sonra ağızları kapatılarak poşetler halinde rutubetsiz ortamda saklanmıştır. Çizelge Katkılı çimentoların üretimi için kullanılan karışım oranları PUZOLAN TÜRÜ ÇİMENTO TÜRÜ (%) RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC3 KLİNKER ALÇITAŞI DİATOMİT POMZA ANDEZİT MERMER UÇUCU KÜL

69 3.5. Çimento Deneyleri Standart Kıvam Tayini Standart kıvam tayini vicat aleti ve sondası kullanılarak TS EN e uygun olarak yapılmıştır (Anonim, 2002). Her bir deney için 500 gram çimento kullanılmıştır. Malzemeler ayrı ayrı tartıldıktan sonra homojenliği sağlamak amacıyla bir miktar kuru olarak harmanlanmıştır. Tahmini olarak tartılan kıvam suyu (çimento ağırlığının yaklaşık % 25 i olacak şekilde kıvam suyu tartımına başlandı) çimento harç karıştırma mikserine konulduktan sonra üzerine hazırlanan çimento hamuru katılarak standarda uygun olarak karışımlar hazırlandı. Hazırlanan karışım vicat halkasına yerleştirilerek sondanın 30 sn. içerisinde vicat halkasının altındaki cam levhaya 6 ± 1 mm. uzaklığa gelinceye kadar kıvam suyu ayarlaması yapıldı. Yapılan deney basamakları on çimento türü içinde uygulanarak çimentoların standart kıvam su miktarları bulundu. Elde edilen sonuçlar hem ağırlık hem de yüzde olarak Çizelge 4.1 de sunulmuştur Priz Süreleri Priz başlangıcı ve sona erme süreleri TS EN e göre, vicat aleti kullanılarak belirlenmiştir (Anonim, 2002). Deney, standart kıvamın belirlenmesinde kullanılan çimento hamuru numunesi üzerinde gerçekleştirilmiştir. Vicat iğnesinin cam levhaya 4 ± 1 mm. uzaklıkta kaldığı an priz başlangıcı; çimento hamuruna en çok 0.05 mm. girebildiği an da priz sonu düresi olarak kaydedilmiştir. Veriler bilgisayar aracılığıyla kayda aktarılmıştır. Sonuçlar Çizelge 4.2 de gösterilmiştir Hacim Genleşmesi Hacim genleşmesi deneyleri TS EN e uygun olarak, Le Chatelier aleti kullanılarak yapılmıştır (Anonim, 2002). Deney numunesi olarak standart kıvam tayini için hazırlanan çimento hamurundan bir miktar kullanılmıştır. Le Chatelier 55

70 aletine harç, içinde hava kabarcığı yapmayacak şekilde yerleştirildi. Altı ve üstü cam levhayla kapatıldıktan ve üzerine ağırlıkları konulduktan sonra 24 saat beklemesi için kür havuzuna alındı, 24 saat sonra ilk ölçüm yapıldı, daha sonra 4.5 saat kaynadıktan sonra 2. ölçüm yapıldı. Son olarak yarım saat numunelerin soğuması beklendikten sonra 3.ölçüm yapıldı. İlk ölçümle 3. ölçüm arasındaki fark, genleşme olarak kabul edildi. Ayrıca yapılan deneyde standardın öngördüğü Le Chatelier aleti çubukları arasındaki mesafe 10 mm yi geçmemesi koşuluna dikkat edildi. Deneyden elde edilen veriler Çizelge 4.2 de gösterilmiştir Özgül Ağırlık Çimentoların özgül ağırlık deneyleri 64 gr numune alınarak Le Chalatier balonu ile ASTM C e göre Test Method For Density of Hydraulic Cement (Anonim, 2002) yapılmıştır. Numuneler balona dikkatlice yerleştirildikten sonra suda balon içerisinde malzemenin 1 saat çökmesi beklendi. Çöktükten sonra ölçüm yapılıp darası çıkarıldıktan sonra laboratuarda hesaplanmış Çizelgeye göre özgül ağırlık belirlendi. Çıkan sonuçlar Çizelge 4.3. de verilmiştir Özgül Yüzey Özgül yüzey deneyleri, Toni Technic marka blaine cihazı ile TS EN ya göre belirlenmiştir (Anonim, 2002). Özgül ağırlık deneyinde elde edilen verilere göre numune miktarları tartıldı daha sonra numune blaine cihazı aparatına yerleştirildi, özgül ağırlık değerleri cihazın veri girme kısmına girildikten sonra blaine incelikleri cm 2 /gr cinsinden otomatik olarak alındı. Elde edilen veriler çizelge 4.3. de gösterilmiştir Kimyasal Analiz Çimentoların kimyasal kompozisyonları, TS EN e göre Çimento Deney Metotları-Bölüm 2: Çimentonun Kimyasal Analizi (Anonim, 2002) Isparta Göltaş Çimento Fabrikası kimya laboratuarında tespit edildi. Çimentoların kimyasal 56

71 özellikleri, ilgili standart sınır değerleri ile birlikte Çizelge 4.4. de belirtilmiştir Elek Analizi Çimento sanayinde yapılan Blaine tayininin yanı sıra klinker çimento değirmenlerinde öğütülürken istenilen inceliğe kadar öğütülüp öğütülmediğini anlamak ve hidratasyon özelliklerinin gelişmesini sağlayabilmek amacıyla standartlarda tanımlanış elek analizleri yapılır. (Kavas, 2003) Yapılan elek analizi açısından tanımlanması elek üstü bakiyeleri ile belirlenmiştir. Yapılan deneyde standarda uygun 90 mikrona en yakın değer olan 80 mikron ve 200 mikronluk elekler kullanılmıştır. Deneylerin bir kısmı Süleyman Demirel Üniversitesi Teknik Eğitim Beton Laboratuarında, bir kısmı da Maden Mühendisliği Cevher Hazırlama Laboratuarında gerçekleştirilmiştir. Elek analizi deney sonuçları malzemelerin fiziksel analiz sonuçlarında, bölüm 3 te her bir malzeme için ayrı ayrı sunulmuştur Harç Deneyleri Belirlenen malzeme oranlarına göre üretilen harçlar üzerinde yapılan deneyler; rötre deneyi ve 30 adet 28 gün suda kür edilen numuneler ile 90 gün sodyum sülfat (Na 2 SO 4 ) çözeltisinde bekletilen numunelerin eğilme ve basınç dayanımları deneyleri haricinde kalanları Set Afyon Çimento ile Isparta Göltaş Çimento Fabrikası laboratuarında yapılmış olup rötre ve diğer deneyler Yapı Eğitimi Beton Laboratu arında yapılmıştır Harç Su İhtiyacı Harç karışımların su ihtiyacı, ASTM C 1437 standart Test Method For Flow Of Hydraulic Cement Mortar (Anonim, 2002) standardında belirlenen esaslara göre, akma tablası kullanılarak % 110 ± 5 akma olacak şekilde belirlenmiştir. Deney istenilen akma değeri elde edilinceye kadar farklı numuneler ile tekrarlanmıştır. Her çimento tipi için TS EN e göre 450 gram çimento ve 1350 gram standart kum kullanılmıştır (Anonim, 2002). Harç karışımından önce çimento ile toz halindeki 57

72 malzemeler, şişirilmiş naylon poşet içerisinde 1 dakika harmanlanmıştır. Çalışmada Yüksel Kaya marka sarsma tablası kullanılmıştır. Karışıma giren su miktarı, akma oranına göre her harç için ayrı ayrı deney yapılarak belirlenmiştir. Deney sonucunda elde edilen harç su ihtiyacı değerleri Çizelge 4.5. de verilmiştir Harç Numunelerin Kalıplanması ve Bakımı Eğilme ve basınç dayanımlarının tespit edilmesi için kullanılacak numunelerin hazırlanmasında TS EN e uygun 160 x 40 x 40 mm. boyutlarında üçlü çelik harç kalıpları kullanılmıştır (Anonim, 2002). İlgili standarda göre hazırlanan harçların kalıplara yerleştirilmesinde, saniyede 1 vuruş yapabilen Toni Technic marka otomatik sarsma tablası kullanılmıştır. Kalıplar, fazla harç alınıp yüzeyi spatula ile düzeltildikten sonra kalıp numaraları üzerlerine yapıştırılarak sıcaklığı 20 ± 1 0 C ve % 90 dan fazla nem bulunan kür odasında 24 saat bekletilmiştir. Bundan sonra, kalıplardan çıkarılan harç prizmaları, deney gününe kadar 20 ± 1 0 C sıcaklıkta suda kürlenmiştir. Su içerisinde kür edilmelerinden sonra basınç ve eğilme dayanımı deneyleri yapılmıştır. Yine kimyasal zararlı sulara dayanıklılıklarını belirlemek üzere 90 gün Na 2 SO 4 çözeltisi içerisinde kür edildikten sonra basınç ve eğilme dayanımları belirlenmiştir. Çözeltiler 1500mg/l, 9000 mg/l ve mg/l Na 2 So 4 içerecek şekilde hazırlanmıştır. Harç çubukları bu çözeltiler içerisinden 15 günde bir çıkartılarak ağırlık değişimleri takip edilmiştir. Ayrıca çözeltiler 15 günde bir yenilenmiştir. Kürlemede Isparta şehir şebeke suyu kullanılmıştır. Sodyum sülfat (Na 2 SO 4 ) çözeltisinde bekletilecek olan numuneler ise yukarıda belirtilen şekilde hazırlandıktan sonra 3 farklı orandaki (1500mg/l, 9000 mg/l, mg/l) sodyum sülfat çözeltilerinde 90 gün bekletilmiştir. Çözeltiler her 15 günde bir yenilenmiştir. 58

73 Eğilmede Çekme Dayanımı Eğilmede çekme dayanımı deneyleri, Toni Technic ve Baz Makine markalı deney cihazları kullanılarak TS EN (Anonim, 2002) e göre yapılmıştır. Suda kürlenen numuneler 7, 28 ve 56 günlük süreler dolduğunda her bir harç grubundan üçer adet kırılarak sonuçlar çizelge 4.6. da gösterilmiştir. Sodyum sülfat çözeltilerinde ise 90 gün sonunda çözeltiden çıkartılan numuneler 3 farklı çözeltinin (1500mg/l, 9000 mg/l, mg/l) her biri için hazırlanmış olan ( her bir harç grubundan 9 adet üretilen numunelerin 3 tanesi az etkili, 3 tanesi orta etkili, 3 tanesi de çok etkili çözeltide bekletildi.) numunelerin deneyi yapılarak dayanım değerleri elde edildi. Elde edilen veriler Çizelge 4.7. de gösterilmiştir Basınç Dayanımı Basınç dayanımı deneyleri, Toni Technic ve Baz Makine markalı deney cihazları kullanılarak TS EN standardına göre yapılmıştır. Deney, eğilmede çekme dayanımı deneyi uygulanarak ikiye bölünen harç prizmaları üzerinde, bu deneyden hemen sonra yapılmıştır. Çimento tiplerine ait basınç dayanımı değerleri, eğilme dayanımı sonrası elde edilen çubuk numunenin bölünmüş iki parçası üzerinde elde edilen maksimum yük değerlerinin aritmetik ortalamaları alınarak ilgili standartta verilen formülde yerine konulmasıyla elde edilmiştir. Suda kürlenen numunelerin 7, 28 ve 56 günlük basınç dayanımı değerleri Çizelge 4.6. da verilmiştir. Sodyum sülfat çözeltisinde bekletilen numunelere de aynı işlem basamakları uygulanmış olup bu numunelere ait basınç dayanımı verileri ise Çizelge 4.7. de gösterilmiştir. 59

74 Rötre Rötre deneyi, PÇ 42.5 ile beraber 56 günlük basınç dayanımı değerleri 32.5 Nmm 2 yi geçen DC1, DC2, DC3, AC1 ve MC1 kodlu numuneler ile referans numunesi RC olmak üzere toplam altı adet numuneye uygulanmıştır. Deney 40 x 40 x 160 mm. boyutlarındaki üçlü harç kalıpları kullanılarak ASTM C 157 Standart Test Method For Length Change Of Hardened Hydraulic Cement Mortar and Concrete (Anonim, 2002) standardına göre yapılmıştır. Harç karışımları TS EN e göre hazırlanmıştır. Numunelerin hazırlanmasında kullanılacak su miktarı ise TS 3322 Çimento Harcı ve Beton Numunelerinde Boy Değişim Tayini (Anonim, 1979) e göre akma tablası kullanılarak %110 ± 5 yayılma sağlayacak şekilde saniyede bir vuruş yaptırılarak iki tabaka halinde koni şeklindeki kalıba yerleştirilen harcın toplam otuz vuruş sonrasındaki yayılması deneme yapılarak belirlenmiştir. Tespit edilen karışım suyu oranından sonra harçlar, kalıplara 60 vuruş yapılarak iki tabaka halinde yerleştirildikten sonra numaralandırılıp kür odasına alınarak üstleri nemli bir bezle örtülerek 24 saat süreyle uygun sıcaklıkta bekletilmiştir. Numuneler 24 saat sonunda kalıplardan çıkarıldıktan sonra elektronik boy ölçerle 0 gün yaş okumaları yapılarak kaydedilmiştir. Numuneler sonraki yaşlarda yapılacak olan okumalar için standartta istenen ortam koşullarında havada bekletilerek günler arasındaki boy ölçümleri alınıp kaydedilmiştir. Her çimento harç grubu hazırlanan üç deney numunesinden elde edilen okuma değerleri düzenlenip ASTM C 157 de verilen formülde yerine konularak birim deformasyonları tespit edilmiştir. Son olarak bu değerlerin ortalamaları alınmıştır. Rötre deneyi sonucu elde edilen veriler Çizelge 4.9 da gösterilmektedir. B d = (L d L 0 ) / L d * 100 (5.1) Burada; B d : Belirli bir yaştaki boy değişim oranı L d: Numunenin belirli bir yaştaki boyu (mm) L 0 : Numunenin başlangıçtaki boyu (mm) 60

75 Ağırlık Değişimi Deneyi Deneysel çalışmalar başlangıçta, 0., 15., 30., 45., 60 ve 75., günlerde 40x40x160 mm. boyutlu numuneler tartılarak yapılmıştır. Numunelerin tartımında Radwag marka terazi kullanılmıştır. Onar adet toplam otuz adet numune üç farklı orandaki sodyum sülfat çözeltisinde bekletilerek, iki haftada bir çözeltiler yenilenerek tartım işlemleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler aşağıda verilen formülde yerine konularak birim ağırlık değişimleri hesaplanmıştır. Sonuçlar Çizelge 4.10., Çizelge ve Çizelge de gösterilmiştir. m = (m son m ilk ) *100/ m ilk (5.2) Burada; m: Belirli bir yaştaki ağırlık değişim oranı (%) m son: Numunenin belirli bir yaştaki ağırlığı (g.) m ilk : Numunenin başlangıçtaki ağırlığı (g.) Çizelge Kullanılan sodyum sülfat çözeltileri ve miktarları Çözeltinin Niteliği Sodyum sülfat Miktarı (mg/l) Az Etkili Çözelti 1500 Orta Etkili Çözelti 9000 Çok Etkili Çözelti S.E.M (Taramalı Elektron Mikroskobu) Analizi Elektron mikroskobu 0.25 mm. Çapında bir elektron akımı demetini yönlendirip örnek üzerine gönderen bir sistemdir. Bu işlem elektron tabancaları denilen manyetik mercekler yardımıyla olur. Elektron bombardımanına uğramış malzeme içerisinde uyarılan element atomları, X- ışınları ile uyarılmada olduğu gibi ikincil flüoresans X-ışınları yayarlar. Bu nedenle sistem, gerçekte bir X-ışınları flüoresans spektrometresidir; ancak bu yöntemde X- 61

76 ışını tüpü yerine elektron tabancası kullanılır. Üzeri parlatılmış ve kaplanmış inceleme yapılacak numune parçası ya da parlatma işlemi yapılmamış bir numune parçası sisteme bağlı bir mikroskop yardımı ile incelenir. İnceleme esnasında numune yatay ve düşey eksende hareket ettirilerek istenilen yapılar ya da oluşan fazlar detaylı bir şekilde incelenir. İncelemesi yapılan numunenin istenilen noktası analiz edilebilir (Kavas, 2003) Deneyler Jeol 6060 LV SEM Back scaretted Mode markalı cihaz ile Ankara Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Malzeme Laboratuarında yapılmıştır. Elde edilen mikro görüntülerin yorumlanmasına ilişkin değerlendirmeler Bölüm 5. te yer almaktadır. 4. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA 4.1. Kullanılan Atık Maddelerin Standart Kıvam Suyu İhtiyacına Etkileri Atık malzemelerin mineral katkı olarak kullanılması suretiyle üretilen çimentoların standart kıvam için ihtiyaç duydukları su miktarları, çimento + kullanılan malzemenin ağırlığının yüzdesi olarak çizelge 4.1 de verilmiştir. Ayrıca üretilen çimentolarda, katkı malzemesi miktarı ile standart kıvam suyu arasındaki ilişki şekil 4.1 de gösterilmiştir. Çizelge 4.1 de görüldüğü üzere, diatomit katkılı DC1, DC2 ve DC3 çimentolarında, andezit katkılı AC1, AC2, AC3 çimentoları ile mermer katkılı MC1, MC2, MC3 çimentolarında katkı oranlarına bağlı olarak standart kıvam suyunda doğru orantılı bir artış gözlenmiştir. Çizelgedeki verilere göre en fazla kıvam suyuna diatomit katkılı çimentolar ihtiyaç duymaktadır. Bunun nedeni diatomitlerin gözenekli mikro yapıya sahip olması ve özgül ağırlığı gösterilebilir. Diatomitlerin özgül ağırlığı kullanılan diğer malzemelere daha az olduğundan, çimentoların yerine ikame edilen diatomitin hacmi daha fazla olacaktır bunun sonucunda standart kıvam için ihtiyaç duyulan su miktarını artıracaktır. 62

77 Gerek diatomit gerekse andezit ve mermer katkısı arttıkça su ihtiyacının da buna bağlı olarak artışın göstermesinin diğer bir nedeni de, ikame edilen malzemelerin oransal artışı nedeniyle daha fazla malzemenin çimentolu sistemde yer alması olabilir. Dolayısıyla bu malzemelerde mevcut olan gözenek yapısı birimce daha fazla çimento bileşimine girmektedir. Böylece standart kıvam için ilave edilen suyun bir kısmı bu malzemeler tarafından emilip içyapılarında mevcut olan gözeneklerinde muhafaza edilmektedir. Çizelge 4.1. Çimento harçları su ihtiyacı PUZOLAN TÜRÜ ÇİMENTO TÜRÜ (%) RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC3 KLİNKER ALÇITAŞI DİATOMİT POMZA ANDEZİT MERMER UÇUCU KÜL SU MİKTARI (gr) SU MİKTARI (%)

78 standart kıvam su miktarı (%) RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC incelik (cm2/gr) Şekil 4.1. İncelik standart kıvam su ihtiyacı ilişkisi 80 Standart kıvam su ihtiyacı (%) RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC malzeme katkı oranı (%) Şekil 4.2. Malzeme katkı oranı-standart kıvam su ihtiyacı ilişkisi 4.2. Kullanılan Atık Maddelerin Priz Sürelerine Etkileri Diatomit, pomza, andezit, mermer, uçucu kül ve klinker ile üretilen on çeşit çimento türüne ait priz başlangıç ve sona erme süreleri Çizelge 4.2 de verilmiştir. Üretilen tüm çimentoların priz sürelerinin TS EN de (Anonim, 2002) verilen sınır değerlere uygun olduğu görülmüştür. 64

79 Çizelge 4.2. Çimentoların priz başlangıcı, sonu ve hacim genleşmesi deney sonuçları ÇİMENTO TÜRÜ RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC3 Priz başlangıcı (saat : dakika) 3:40 2:36 2:32 2:38 2:43 2:34 2:18 2:32 2:23 2:18 Priz sonu (saat : dakika) 4:05 3:01 3:12 3:03 3:23 3:12 2:54 2:57 2:48 2:44 Hacim genleşmesi(mm) Şekil 4.3 de priz süreleri- kullanılan malzemelerin oranları ile ilişkilendirilmiştir. Genel bir değerlendirme yapıldığında katkılı bütün çimento türlerinde atık malzeme katkı oranına bağlı olarak katkı oranının artışı ile birlikte priz başlangıç sürelerinde bir azalma eğilimi vardır. Priz bitiş süreleri için de genel olarak benzer bir eğilim sergilenmektedir. En kısa priz başlangıç süresi % 30 andezit ve mermer katkılı AC3 ve MC3 çimentolarında 2:18 (saat:dakika) olarak kaydedilmiştir. priz süreleri (dakika) Malzeme katkı oranı (%) Şahit Numune Priz başl. Şahit Numune Priz Sonu Diatomit Grubu Priz Bbaşl. Diatomit Grubu Priz Sonu Andezit Grubu Priz Bbaşl. Andezit Grubu Priz Sonu Mermer Grubu Priz Bbaşl. Mermer Grubu Priz Sonu Şekil 4.3. Malzeme katkı oranı-priz süresi ilişkisi Diatomit, mermer ve andezit kendi aralarında priz süreleri bakımından incelendiğinde, andezit katkılı çimentoların prize daha geç başladığı ve prizini diatomit ve mermere göre daha geç tamamlamaktadır. Mermer ve diatomitli çimentoların ise priz başlangıç ve bitiş süreleri birbirine yakın değerler göstermektedir. 65

80 Dikkat edilmesi gereken bir diğer hususda diatomit katkılı çimentolarda katkı oranı ile priz süresi doğru orantılı olarak artarken, mermer ve andezit katkılı çimentolarda bu durum tersine dönmektedir. Diatomit katkılı çimentolardaki katkı-priz süresi ilişkisindeki doğru orantılı artış, katılaşma devam ederken diatomit taneciklerinin gözeneklerinde bulunan normal kıvam suyunun, boşluklardan ayrılarak çimento hamuru içinde dağılması ile açıklanabilir (Aruntaş, 2001) Kullanılan Atık Maddelerin Hacim Genleşmesine Etkileri Diatomit, pomza, andezit, mermer ve uçucu kül ile üretilen çimentolar için hacim genleşmeleri deney sonuçları çizelge 4.2 de priz süreleri ile beraber verilmiştir. Çizelgede görüldüğü üzere hacim genleşmeleri TS EN de verilen sınır değerinin (<10 mm.) çok altında bulunduğundan standarda uygun veriler elde edilmiştir. Bu sebeple çimento katkısı olarak kullanılan malzemelerin hacim genleşmeleri yönünden istenilen katkıyı yaptığı söylenebilir Kullanılan Atık Maddelerin Özgül Ağırlığa Etkileri Diatomit, pomza, andezit, mermer ve uçucu kül ile üretilen çimentoların özgül ağırlıklarına ilişkin veriler çizelge 4.3 de gösterilmiştir. Diatomit, andezit ve mermerin çimentolardaki oransal artışına bağlı olarak çimentoların özgül ağırlıkları azalmaktadır. Sadece klinker ve alçı taşı (% 96 klinker, % 4 alçı taşı) ile üretilen RC kodlu çimentonun, andezit mermer ve diatomit katkılı çimentoların özgül ağırlıklarından yüksek olduğu görülmektedir. Diğer bir kıyaslamada ise andezit ve mermer katkılı çimentoların özgül ağırlıkları yakın değerler verirken, diatomit katkılı çimentoların diatomitin özgül ağırlığından dolayı bu iki malzeme ile üretilen çimentodan daha küçük özgül ağırlığa sahip olduğu görülmektedir. 66

81 Çizelge 4.3. Çimentoların özgül ağırlık ve özgül yüzey değerleri ÇİMENTO TÜRÜ RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC3 ÖZGÜL AĞIRLIK( g/cm 3 ) NUMUNE MİKTARI(gr) İNCELİK (BLAİNE) (cm 2 /gr) Kullanılan Atık Maddelerin Çimentoların Kimyasal Kompozisyonları Üzerine Etkileri Diatomit, pomza, andezit, mermer ve uçucu külün katkı maddesi olarak kullanılmasıyla elde edilen çimentoların kimyasal kompozisyonları Çizelge 4.6 da verilmiştir. Üretilen çimentoların kimyasal özelliklerine ait sayısal veriler Çizelgede birlikte verildikleri sınır değerleri sağlamaktadır. Başka bir ifade ile üretilen on farklı ikameli çimentonun tamamı kimyasal bileşenlerin miktarları bakımından TS EN e uygundur. 67

82 Çizelge 4.4. Çimentoların kimyasal analiz sonuçları KİMYASAL BİLEŞENLER (%) ÇİMENTO TÜRÜ RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC3 TS EN SiO Al 2 O Fe 2 O CaO MgO SO <4.0 S.CaO CI <0.10 CaCO PKCACKAL T. KATKI Kullanılan Atık Maddelerin Harçların Su İhtiyacına etkileri Diatomit, andezit, mermer, pomza ve uçucu kül kullanılarak üretilen çimentolar ile kontrol çimentosunun harçlarının ASTM C 109 da belirtilen akma testi uygulaması sonucu bulunan su ihtiyaçları Çizelge 4.5 de verilmiştir. Üretilen çimentolara sabit bir kıvam kazandırmak için ( ASTM C 109 a göre %110 ± 5 akma sağlanmalı.) gerekli olan su ihtiyacı, üretilen çimentoların standart kıvam için gerekli olan su miktarına benzer bir özellik göstermektedir. Bu sebeple çimentoların standart kıvam su ihtiyacına etki eden unsurlar, bu çimentoların harçları için de geçerlidir. 1 PKCACKAL: Çözünmeyen kalıntı 2 TKATKI: PKCACKAL+CaCO 3 68

83 Çizelge 4.5. Çimento harçlarının su ihtiyaçları PUZOLAN TÜRÜ ÇİMENTO TÜRÜ (%) RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC3 KLİNKER ALÇITAŞI DİATOMİT POMZA ANDEZİT MERMER UÇUCU KÜL SU İHTİYACI Şekil 4.4 de verilen malzeme katkı oranı harç suyu ilişkisinden de anlaşılacağı üzere, üretilen çimentoların bileşimine giren malzemelerin katkı oranındaki artışa paralel olarak harç suyu ihtiyacı artış göstermektedir. Bunun sebebini iki şekilde açıklayabiliriz; birincisi, malzemelerin özgül ağırlıklarının klinkerin özgül ağırlığından düşük olması, ikincisi ise, kullanılan atık maddelerin klinker partiküllerine göre daha boşluklu bir yapıya sahip olmasıdır. harçların su ihtiyacı (%) malzeme katkı oranı (%) Şahit Numune Su İhtiyacı Diatomit Grubu Su İhtiyacı Andezit Grubu Su İhtiyacı Mermer Grubu Su İhtiyacı Şekil 4.4. Harçların su ihtiyacı malzeme katkı oranı ilişkisi Çimento özgül yüzey alanının harç için ihtiyaç duyulan su miktarına etkisi, standart kıvam suyuna olan etkisiyle benzerlik göstermektedir. Bu durum şekil 4.1 de verilen 69

84 çimento inceliği standart kıvam suyu ilişkisinde açıkça görülmektedir. Harç suyu ihtiyaçlarında diatomit grubu harçlar, su ihtiyaçları birbirine benzerlik gösteren andezit ve mermer grubuna göre daha çok gereksinim duymuştur. Bu durumu diatomitlerin özgül ağırlığının, andezit ve mermere oranla daha düşük olmasıyla açıklayabiliriz. Yer değiştirme ağırlıkla yapıldığından, aynı katkı oranı için daha fazla diatomit kullanılacaktır bu da daha fazla harç suyuna ihtiyaç duyulacağı anlamına gelmektedir. Ayrıca diatomitlerin gözenekli yapısının da su ihtiyacını artırıcı etkisi unutulmamalıdır Kullanılan Atık Maddelerin Dayanımlara Etkisi Eğilmede Çekme Dayanımı Üretilen numuneler TS EN e uygun olarak, eğilmede çekme dayanımı deneyine tabi tutulmuştur. Üretilen çimentoların suda kürlenen ve 90 gün Na 2 SO 4 sodyum sülfat çözeltisinde bekletilen numunelere ait sayısal veriler sırayla çizelge 4.6 ve çizelge 4.7 de basınç dayanımları ile beraber verilmiştir. Ayrıca eğilmede çekme dayanımı - malzeme katkı oranı numune yaşı ilişkisi şekil 4.5 de gösterilmiştir. Üretilen çimentoların 7, 28 ve 56 gün suda kürlenmesi ve daha sonra eğilmede çekme dayanımı deneyinden elde edilen sayısal verilere göre; 7. günde % 20 diatomit katkılı DC2 numunesi, referans çimentosu olan RC ye göre daha yüksek eğilme dayanımı değerine sahip olduğu (4.51 N/mm 2 ), 28. günde en yüksek eğilme dayanımını, %10 diatomit katkılı örnekler sağladığını (7.63 N/mm 2 ), 56. günde en yüksek eğilme dayanımı değerinin % 10 diatomit katkılı DC1 numunesinden elde edildiği, Bütün yaşlarda, andezit ve mermer grubu numunelerin aynı katkı yüzdelerinde birbirlerine yakın sonuçlar verdiği, 70

85 7. ve 28. günlerde, en küçük eğilmede çekme dayanımının % 30 mermer katkılı MC3 numunelerinden (2.35 2,95 N/mm 2 ), 56. günde ise %30 andezit tozu katkılı AC3 numunesinden elde edildiği (4.70 N/mm 2 ), Genel olarak bakıldığında diatomit, andezit ve mermer gruplarında eğilmede çekme dayanımlarının katkı oranındaki artışa bağlı olarak azaldığı görülmektedir Eğilme dayanımı 5 (N/mm2) Malzeme katkı oranı (%) Günler Şekil 4.5. Çimento numunelerinin şahit numune ile kıyaslamalı malzeme katkı oranınumune yaşı-eğilme dayanımı ilişkisi Basınç Dayanımı Üretilen numunelerin bir kısmı 7, 28 ve 56 gün suda kürlendikten sonra, bir kısmı da üç farklı orandaki Na 2 SO 4 çözeltisinde bekletildikten sonra TS EN e uygun olarak basınç dayanımı testine tabi tutulmuştur. Suda ve çözeltide bekletilen numunelere ait basınç dayanımı verileri sırayla Çizelge 4.6 ve Çizelge 4.7 de belirtilmiştir. Ayrıca basınç dayanımı malzeme katkı oranı numune yaşı ilişkileri Şekil 4.6, Şekil 4.7 de ve Şekil 4.8 de her bir malzeme için ayrı ayrı sunulmuştur. 71

86 Çizelge 4.6. Çimento harç çubuklarına ait 7, 28 ve 56 günlük eğilme ve basınç dayanımı değerleri SUDA KÜRLENEN ÇİMENTO HARÇ KALIPLARI Deney Numune Yaşı (gün) RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC3 Basınç Dayanımı (N/mm 2 ) Eğilme Dayanımı (N/mm 2 ) , 28 ve 56 gün suda kürlenen ikameli numunelerden basınç dayanımı deneyi sonucunda elde edilen verilere göre; 7, 28 ve 56. günlerde referans numunelerden (RC) yüksek bir değere ulaşılamamıştır. Bununla birlikte 7, 28 ve 56. günlerde en yüksek basınç dayanımı değerini, diatomit katkılı grubun verdiği (sırasıyla 27.1 N/mm 2 %10 diatomit katkılı örneklerde, N/mm 2 %20 diatomit katkılı örneklerde, N/mm 2 %30 diatomitli örneklerde 7. günde elde edilmiştir. Aynı sıra ile 28. günde N/mm 2 olarak kaydedilmiştir. 7. ve 28. günde % 10 diatomit katkılı DC1 numunesinin, 56. günde ise %20 diatomit katkılı DC2 numunesinin en yüksek dayanım değerini verdiği (43.85 N/mm 2 ), En düşük basınç dayanımı değerini, 7., 28. ve 56. günlerde % 30 andezit tozu katkılı AC3 numunesinin verdiği görülmektedir. Basınç dayanımlarında da eğilmede çekme dayanımında olduğu gibi, kullanılan malzemelerin katkı oranındaki artışla beraber dayanımlarda bir azalmanın olduğu görülmüştür. Bu azalma eğilimi, katkı malzemesinin artışına bağlı olarak malzemelerin artan poröz içyapılarına bağlanabilir. 72

87 Bas ınç dayanımı (N/mm2) Malzeme katkı oranı (%) Günler Şekil 4.6.Diatomit grubu çimento numunelerinin şahit numune ile kıyaslamalı malzeme katkı oranı-numune yaşı-basınç dayanımı ilişkisi Bas ınç 25 dayanımı Malzeme katkı oranı (%) Günler Şekil 4.7. Andezit grubu çimento numunelerinin şahit numune ile kıyaslamalı malzeme katkı oranı-numune yaşı-basınç dayanımı ilişkisi 73

88 Bas ınç dayanımı (N/mm2) Malzeme katkı oranı (%) Günler Şekil 4.8. Mermer grubu çimento numunelerinin şahit numune ile kıyaslamalı malzeme katkı oranı-numune yaşı-basınç dayanımı ilişkisi 4.8. Sülfatın Dayanımlara Etkisi Sülfatın Eğilme Dayanımına Etkisi 90 günlük üç farklı orandaki Na 2 SO 4 çözeltilerinde bekletilen numunelerin eğilmede çekme dayanımı deney sonuçlarını irdeleyecek olursak; 90 gün sonunda az etkili çözeltide bekletilen numuneler arasında en yüksek eğilme dayanımı değerini % 10 diatomit katkılı SDC1 numunesinin verdiğini (6.44 N/mm 2 ), 90 gün sonunda orta ve çok etkili olarak adlandırdığımız çözeltilerde bekletilerek eğilme dayanımı deneyine tabi tutulan numunelerde ise en yüksek dayanım değerini andezit grubu numunelerinin verdiği, Orta etkili çözeltide % 20 andezit katkısı (6.71 N/mm 2 ), çok etkili çözeltide ise % 10 andezit katkısının en yüksek eğilmede çekme dayanımı değerini (7.17 N/mm2) verdiği görülmektedir. Bütün çözelti türlerinde sülfata karşı en az dayanımı % 30 diatomit katkılı SDC3 numunesinin gösterdiğini bu durumun nedeni olarak artan diatomit 74

89 miktarına bağlı olarak daha fazla gözenekli yapının çimento içeriğine girmesi gösterilebilir. İstisnalar olmakla birlikte genelde kullanılan malzemelerin katkı oranları ile eğilme dayanımları arasında ters bir orantının varlığından söz edilebilir. Yani katkı oranı arttıkça eğilme dayanımlarında bir azalma görülmektedir Sülfatın Basınç Dayanımına Etkisi Sülfat etkisinin anlaşılmasına yardımcı olan basınç dayanımı deneylerinde, 90 günlük Na 2 SO 4 çözeltisinden çıkartılan numunelere ait basınç dayanımları, suda kürlenen 28 ve 56 günlük şahit numunelerde elde edilen dayanım değerlerlerine oranla beklendiği gibi düşük sonuçlar vermiştir. 90 gün boyunca sodyum sülfat çözeltilerine maruz bırakılan çimento harç çubuklarını basınç dayanımlarından elde edilen verilere göre; Bütün çözeltilerde, en iyi performansı referans numuneleri (RC) göstermiştir, Az etkili çözeltide (1500 mg/l) bekletilen numunelerde sülfata karşı en yüksek dayanım değeri, N/mm 2 ile %10 diatomit katkılı DC1 numunelerinden elde edilmiştir, Orta etkili çözeltide (9000 mg/l) bekletilen numunelerde en yüksek dayanım değerini, az etkili çözeltide olduğu gibi %10 diatomit katkılı DC1 numunesi vermiş olup (34.4 N/mm 2 ), daha sonra sırasıyla %10 katkı oranlarına mermer ve andezit tozu katkılı numuneler daha iyi sonuçlar vermiştir, Çok etkili çözeltide (13500 mg/l) saklanan numuneler içerisinde en yüksek dayanımları %10 mermer katkılı MC1 numuneleri göstermiş olmakla beraber (yaklaşık 31 N/mm 2 ) %10 katkı oranlarında sırasıyla andezit (AC1) ve diatomit tozu katkılı örnekler (DC1), bunu takip etmişlerdir. 75

90 Çizelge 4.7. Sodyum sülfat (Na 2 SO 4 ) çözeltinde bekletilen çimento harç çubuklarının eğilme ve basınç dayanımı değerleri Na 2 SO 4 ÇÖZELTİSİNDE KÜRLENEN ÇİMENTO HARÇ KALIPLARI Deney Çözelti Derişimi RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC3 Basınç Dayanımı (N/mm 2 ) Eğilme Dayanımı (N/mm 2 ) 1500 mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Çizelge 4.8. Basınç dayanımının Na 2 SO 4 çözeltisi etkisi ile bağıl değişimi RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC3 Az etkili çözeltideki numunelerin dayanım kaybı (%) Orta etkili çözeltideki numunelerin dayanım kaybı(%) Çok etkili çözeltideki numunelerin dayanım kaybı (%) Deneylerden elde edilen verilere göre, Sülfata maruz bırakılan numunelere ait bu dayanım kaybı, etrenjit oluşumu ile açıklanabilir. Sertleşmiş çimento harçlarındaki dayanım kaybının ana nedeni etrenjit oluşumu olsa da, alçı taşı da sertlik ve dayanım kaybına yol açabilmektedir. Bununla birlikte, alçı taşı oluşumunun dayanıma etrenjit kadar zarar vermediği belirtilmiştir (Al-Dulaijan v.d., 2003). Ayrıca sertleşmiş çimento harçlarında alçı taşı oluşumu ile başlayan bozulma, sertlik ve dayanım kaybına neden olan prosesler oluşturmakta ve bu durum genleşme ile devam etmektedir (Sahmaran v.d., 2007). 76

91 4.8. Kullanılan Atık Maddelerin Rötreye Etkisi Rötre deneyine tabi tutulacak numuneler, 56 gün suda kürlenen numunelerin basınç dayanımlarında diğer numunelere oranla daha iyi performans gösteren numuneler arasından seçilmiştir. PÇ 42.5, %10,20 ve 30 diatomit katkılı DC1, DC2 ve DC3 numuneleri ile %10 andezit katkılı AC1 ve %10 mermer katkılı MC1 numune harç çubukları 13 hafta (125 gün) nemli ortamda, havada kürlenmiştir. 125 gün sonunda elde edilen rötre birim deformasyon sonuçları Çizelge 4.9 da verilmiştir. Hazırlanan harç çubuk numunelerin rötre-numune yaşı ilişkisi Şekil 4.10 ve de gösterilmiştir. Şekil 4.10 ve 4.11 den de görüldüğü gibi rötre değerleri inişli-çıkışlı bir seyir izlemiştir. Sonuçlara bakıldığında diatomit grubunda (DC1, DC2, DC3) katkı miktarının artışına bağlı olarak rötre değerlerinde düşüşler gözlenmiştir.125 gün sonunda en düşük rötre değeri %30 diatomit katkılı DC3 numunesinde % olarak belirlenmiştir. En yüksek rötre değeri ise %10 mermer katkılı MC1 numunesinden % olarak elde edilmiştir. Dolayısıyla diatomit katkı miktarının en fazla olduğu %30 luk DC3 numunesi, katkı miktarlarının az olduğu sırasıyla %10 luk andezit ve mermer örnekleri olan AC1 ve MC1 ile şahit numune olan RC ye göre daha düşük rötre değeri vermiştir. Sonuç olarak diatomitli numunelerdeki katkı oranlarından yola çıkarak, diatomit katılmasının çimentonun rötresini, diatomit katkı oranındaki artışa bağlı olarak azalttığı söylenebilir. Numunelerde inişli-çıkışlı bir rötre seyri izlenmesi ise kürleme imkânlarından kaynaklandığı tahmin edilmektedir. Deneylerde kullanılan su miktarı çimentoların su ihtiyacı deneyi ile belirlendiğinden, çimento içerisindeki malzeme taneciklerinin bünyesindeki gözenekler tamamen suya doygun hale gelmiştir. İlerleyen yaşlarda su, buharlaşma ve hidratasyon yolu ile tüketilirken ortam koşullarındaki etkenlerin standart bir şekilde kontrol edilerek rötre ölçümlerinin daha uzun bir süre takip edilmesi yerinde olacaktır. Bunun için daha geniş kapsamlı araştırma yapılmasında yarar vardır. 77

92 Çizelge 4.9. ASTM C 596 ya göre hazırlanan numunelere ait rötre değerleri Çimento tipi Numune Yaşı (gün) 0 RC - DC1 - DC2 - DC3 - AC1 - MC

93 Rötre (%) 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0-0,05-0,1-0, Gün 28.Gün 45.Gün 77.Gün 108.gün 125.gün Günler RC DC1 DC2 DC3 AC1 MC1 Şekil Çimento harç çubuklarına ait rötre-numune yaşı ilişkisi 4.9. Kullanılan Atık Maddelerin Ağırlık Değişimine Etkisi Numunelerin saklandığı sülfat çözeltileri 14 gün ara ile değiştirilmiş ve aynı gün tartımları yapılmıştır. Üretilen numunelerin az etkili (1500 mg/l), orta etkili (9000 mg/l) ve aşırı etkili (13500 mg/l) sodyum sülfat çözeltilerinden çıkarıldıktan sonra ağırlık değişimleri belirlenmiştir. Elde edilen deney sonuçları Çizelge 4.10., Çizelge ve Çizelge de gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlara ait grafikler ise Şekil 4.12., Şekil ve Şekil de sunulmuştur. Çizelge Az etkili çözelti ye maruz bırakılan numunelerin (1500 mg/l) birim ağırlık değişimi sonuçları (%) RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC3 Başlangıç tartım tartım tartım tartım tartım

94 Çizelge Orta etkili çözelti ye maruz bırakılan numunelerin (9000 mg/l) birim ağırlık değişimi sonuçları (%) RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC3 Başlangıç tartım tartım tartım tartım tartım Çizelge Çok etkili çözelti ye maruz bırakılan numunelerin (13500 mg/l) birim ağırlık değişimi sonuçları (%) RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC3 Başlangıç tartım tartım tartım tartım tartım mg/l Na 2 SO 4 çözeltisi etkisinde bırakılan katkılı çimento örneklerinden DC1, DC2, AC1, AC3 kodlu örnekler 45. gün sonunda birim ağırlık değişimi bakımından % arasında artış göstermiştir. RC, DC3, AC2, MC1, MC2,MC3 kodlu örnekler ise % arasında artış sergilemiştir. 80

95 0,45 Birim Ağırlık Değişimi(%) 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC3 0, Gün 14.Gün 28.Gün 35.Gün 45.Gün Günler Şekil mg/l Na 2 SO 4 çözeltisine maruz bırakılan örneklerde birim ağırlık değişimi 0,6 Birim Ağırlık Değişimi(%) 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC Gün 14.Gün 28.Gün 35.Gün 45.Gün Günler Şekil mg/l Na 2 SO 4 çözeltisine maruz bırakılan örneklerde birim ağırlık değişimi 81

96 Orta etkili çözeltiye(9000 mg/l) 45gün maruz bırakılan katkılı çimento örneklerinden RC, AC1, AC2, AC3, MC3 kodlu örnekler için birim ağırlık değişiminde % oranlarında artış kaydedilmiştir. DC1, DC2, DC3, MC2, MC3 kodlu örnekler ise 45 gün sonunda yaklaşık aynı oranlarda olmak üzere % arasında bir artış göstermiştir. 0,45 0,4 Birim Ağırlık Değişimi(%) 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 RC DC1 DC2 DC3 AC1 AC2 AC3 MC1 MC2 MC Gün 14.Gün 28.Gün 35.Gün 45.Gün Günler Şekil mg/l Na 2 SO 4 çözeltisine maruz bırakılan örneklerde birim ağırlık değişimi Çok etkili çözeltiye (13500 mg/l) maruz bırakılan katkılı çimento çeşitleri AC1ve AC2 kodlu örnekler hariç, 45. gün sonunda yaklaşık aynı değerlerde ağırlık değişimi göstermişlerdir. Buradaki ağırlık değişimi % 0,177 0,196 artış oranlarında değişmiştir. Ancak %10 20 andezit katkılı olarak üretilen AC1 ve AC2 de bir ağırlık değişimi kaydedilmemiştir. Sülfat çözeltilerinde bekletilen katkısız, diatomit, andezit ve mermer katkılı grupların ağırlıkları zamana bağlı artış göstermiştir. Her üç çözeltideki ağırlık değişimleri istisnalar olmakla beraber katılan malzeme oranıyla orantılı olarak artmıştır. Ağırlık artış miktarları çok küçük değerlerde olup şahit numunelere (RC) ye göre diatomit 82

97 katkılı grupta özellikle de %30 diatomit katkılı numunelerde(dc3) daha fazladır. Bu durumun diatomitlerin su tutma yeteneğinden ileri geldiği söylenebilir. Montgomey v.d., (1981) e göre uçucu küllü harçlardaki ağırlık değişiminin, uçucu kül parçacıklarının çekirdek noktalar olarak hareket ederek mikro çatlakları azaltma eğiliminde olan mekanizmalara yardımcı olduğu şeklinde yorum getirmiştir. 90 günlük deney süresi sonunda numunelerde gözle görülür yumuşama, çatlama, dökülme ve parçalanma görülmemiştir. Fakat numunelerin mikro yapılarını gösteren SEM resimlerine bakıldığında sülfat etkisinin numunelerde yaptığı etki daha iyi anlaşılmaktadır SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) Sonuçları C 4 AF ve özellikle C 3 A ile çimento içerisinde kullanılan %5 lik alçıtaşı ve su arasındaki reaksiyonlar etrenjit ve kalsiyum-alümino-monosülfohidrat gibi ürünlerin oluşmasına neden olmaktadır. C 4 ASH 12 kristalinin oluşması çimento hamurunun içerisinde bir miktar genleşmeye yol açmaktadır. Plaka şekline sahip olan bu kristaller yarı kararlı özelliğe sahiptir. Üretilen örnekler sülfat çözeltisinin yoğun olduğu bir ortama bırakıldığı için, numunelerde oluşan bu malzeme kararlı bir hal alarak hekzagonal kesitli ve çubuk şekilli etrenjit kristallerine dönüşmüştür. Ekler kısmındaki resimlerde de görüldüğü üzere etrenjit oluşumu genleşmelere yol açarak çatlamalar oluşmuştur. Bu olay literatürde sülfat hücumu olarak adlandırılmaktadır (Erdoğan, 2003). Özellikle diatomitli numunelere ait SEM görüntülerinde (Ekler), poröz içyapılar nedeniyle sülfat çözeltisinin bu yapılara sızarak boşluklardan başlayarak zararlı bileşiklerin oluşumuna ortam hazırladığı ve sülfat hücumunun zararlı etkilerine karşı numuneleri dirençsizleştirdiği düşünülmektedir. Üretilen katkılı çimentoların kullanılması ile elde edilen harç çubuk numuneleri 90 gün sülfat çözeltisine maruz bırakıldıktan sonra harç çubuk numunelerinin mikro 83

98 yapılarının incelenmesi için çekilen SEM resimleri Ekler kısmında sunulmuştur. 56 gün suda kürlenen numunelerinin mikro yapılarını gösteren SEM resimleri yine aynı şekilde ekler kısmında verilmiştir. 84

99 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER 5.1. Sonuçlar Bu çalışmada atık olarak mermer ve andezit kaplama taşlarının üretimi sırasında ortaya çıkan andezit ve mermer tozları ile termik santrallerin bacalarından elde edilen uçucu kül, pomza ve diatomit tozları değişik oranlarda kullanılarak katkılı çimentolar üretilmiş ve bu katkılı çimentolar üzerinde; Standart kıvam suyu ihtiyacı, Priz süreleri, Hacim genleşmesi, Özgül ağırlık, Kimyasal kompozisyonlar belirlenmiş, Bu çimentolarla üretilen harçların; Su ihtiyacı Eğilmede çekme dayanımı, Basınç dayanımı ve Rötresine etkileri PÇ 42.5 referans çimentosu RC ile karşılaştırmalı olarak araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar başlıklar altında aşağıda sıralanmıştır Standart Kıvam Suyu İhtiyacı Diatomit, andezit ve mermer tozlarının, çimento üretiminde çimentonun bir kısmı yerine ikame edilmesi, çimentoların standart kıvam suyunu bu malzemelerin kullanım oranına paralel olarak artırmaktadır. Bu artış malzemelerin katkı oranlarının doğrusal bir fonksiyonu şeklindedir. 85

100 Ayrıca diatomit katkılı çimentoların standart kıvam su ihtiyacı mermer ve andezitli çimento gruplarına göre biraz daha fazla olmakla beraber, yapılan deney sonucunda andezit ve mermer tozu ikameli çimento gruplarının standart kıvam su ihtiyacı birbirine çok yakın sonuçlar vermiştir Priz Süreleri Diatomit tozu, kullanım oranıyla orantılı olarak prize başlama süresini ve priz sonu süresini azaltmaktadır. Bu sonuç andezit ve mermer grubu çimentoları için de geçerlilik göstermektedir Hacim Genleşmesi Deneyden elde edilen sonuçlar ilgili standartta belirtilen hacim genleşmesinin 10 mm den küçük olması gerektiği şartını sağlamıştır. Çimentolarda diatomit, andezit ve mermer tozu katkı oranının artması hacim genleşmesini olumsuz etkilememiştir Özgül Ağırlık Üretilen çimentolarda diatomit, andezit ve mermer tozu kullanım oranı arttıkça çimentoların özgül ağırlıkları ters orantılı bir şekilde azalmıştır. Katkılı çimentolar içinde özgül ağırlığı en az olanlar, diatomitlerin özgül ağırlığının hafifliğinden dolayı diatomit ikameli çimentolardır Kimyasal Kompozisyon Üretilen çimentoların kimyasal kompozisyonlarının, TS EN de istenilen oranlara uygun olduğu görülmüştür Harçların Su İhtiyacı Diatomit, andezit ve mermer tozlarının her üçünde de katkı oranındaki artışa bağlı 86

101 olarak harçların su ihtiyacında artış gözlenmiştir. Bu artış diatomit tozu içeren çimentolarda biraz daha fazla olmakla beraber, andezit ve mermer tozu içeren çimentoların su ihtiyaçları birbirine yakın sonuçlar vermiştir Basınç Dayanımı Çimento içerisinde diatomit, andezit ve mermer tozu kullanılması, bu malzemelerin katkı oranındaki artışla beraber üretilen numunelerin basınç dayanımlarını azaltmıştır. İlerleyen yaşlarda malzemelerin puzolanik özellikleri sebebiyle basınç dayanımlarında önemli miktarda artışlar görülmüştür. % 10 ve % 20 diatomit tozu içeren katkılı çimentolar referans numunesi RC ye yaklaşık değerler vermiştir. Ancak dayanım sınıfı olarak sadece %10 ve %20 diatomit katkılı çimentolar 28 günlük basınç dayanımlarında TS EN standardında belirtilen puzolanik çimento 32.5 (CEM IV B) tipi çimento özelliklerini sağlamıştır. Benzer katkı oranı basınç dayanımı ters orantısı sülfatlı çözeltilerde de görülmekle beraber Na 2 SO 4 miktarının çözeltilerde artırılması numunelerin dayanımlarını düşürmüştür. Bu çözeltilerde malzemelerin katkı oranının az olduğu (% 10 malzeme ikamesi içeren katkılı çimentolar) numunelerde daha iyi neticeler alınmıştır. Sonuçta suda kürlenen numunelere oranla bütün katkı türlerinde bir dayanım düşüşü gözlenmiştir Eğilmede Çekme Dayanımı Basınç dayanımlarındaki gibi ikame oranının artması eğilme dayanımlarında azalmalara neden olmuştur. Burada da daha az ikameli (% 10 ve % 20) numuneler hem çözeltilerde hem de suda kürlenen numunelerde daha iyi neticeler vermiştir. Çözeltilerdeki andezit ve mermer tozu katkılı numunelerde sülfatların etkisi daha az bulunmakla beraber diatomit grubu numunelere göre daha iyi sonuçlar alınmıştır. 87

102 Rötre Rötre deneyi PÇ 42,5(RC), %10,%20 ve %30 diatomit içeren DC1, DC2 ve DC3 numunelerine ve %10 andezit ve mermer katkılı AC1 ile MC1 numunelerine uygulanmıştır. Deneylerden elde edilen sonuçlar, diatomit tozu katılmasının çimentonun rötresini, diatomit katkı oranındaki artışa bağlı olarak azalttığını göstermektedir. 88

103 5.2. Öneriler Bu çalışma kapsamında yapılan deneysel çalışmalar ışığında aşağıda verilen önerilerin yapılması uygun görülmüştür. 1. Deneylerden elde edilen sonuçlar, diatomit, andezit ve mermer tozunun çimento üretiminde katkı maddesi olarak kullanılabileceğini göstermektedir. 2. Yapılan deneysel çalışmalarda diatomit, andezit ve mermer tozlarının küçük oranlarda (% 10, % 20) çimentoya ikame edilmesinin standartlara daha yakın sonuçlar verdiği görülmektedir. Bu sebeple küçük oranlarda çalışmaların yürütülmesi yararlı olabilir. Ayrıca klinker miktarının arttırması da yerinde olacaktır. 3. Çimento ve harç üretiminde diatomit, andezit ve mermerin etkilerini daha iyi analiz edebilmek bakımından % 0 - % 40 ara değerlerinde hem çimentoya ikame yöntemiyle hem de klinkerle bu malzemeleri öğüterek çimento katkı malzemesi olarak kullanmak suretiyle etkileri incelenebilir. 4. Sonraki çalışmalarda, bu malzemelerin klinkerle birlikte sabit bir incelikte öğütülerek çimento üretilmesi üzerine çalışılması faydalı olabilir. 5. Yapılan çalışmalarda andezit ve mermerin tozlarının diatomit tozuna nazaran sülfat çözeltisinde dayanım bakımından daha iyi sonuçlar vermesi sonucundan yola çıkarak bu konudaki çalışmalar daha da detaylandırılabilir. 6. Kullanılan atık maddelerin rötre üzerine etkileri, % 10, % 20 ve % 30 oranlarında çimentoya ikame edilmeleri suretiyle araştırılmıştır. Bu malzemeler diğer katkı oranlarında çimento üretimlerinde kullanılması güvenilirlik açısından olumlu sonuçlar verecektir. 7. Andezitin tozunun bu çalışmada kullanımı sadece Isparta yöresi andezitini kapsamaktadır. Andezitin çimento üretimine yapacağı katkıların iyi anlaşılması bakımından yurdumuzun diğer yörelerindeki andezit taşları içinde benzer çalışmaların yapılması fayda getirecektir. 8. Bu çalışmada her çimento tipi için pomza tozu ve uçucu kül % 10 oranında sabit malzeme olarak ikame edildi. Gerek bu oranın değiştirilerek çalışmalar 89

104 yapılması gerekse de sabit malzeme olarak başka malzemelerin denenmesi, atıkların katkılı çimento üretimindeki etkinliğinin belirlenmesi açısından yerinde olacaktır. 9. Ülkemiz kaynaklarının verimli kullanılması ve değerlendirilmesi açısından, sanayi ve enerji sektöründe atık ürün olarak ortaya çıkan maddelerin, çimento ve beton araştırmalarında kullanılması ile elde edilecek bulgulara göre atıkların değer kazanması, ülkemiz ekonomisine katkı yapacaktır. Ayrıca atık maddelerin çevre kirliliğini minimize edebileceği de göz önünde bulundurulmalıdır. 90

105 KAYNAKLAR ACI Committee 226, Use of fly ash in concrete, ACI Metarials Journal, C.84 5, s. Aruntaş. Y., Diatomitlerin çimentolu sistemlerde puzolanik malzeme olarak kullanılabilirliği, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 122 s., Ankara ASTM C ,2002. Test Method for Density of Hydraulic Cement, Annual Book of ASTM Standards, Pennsylvania. ASTM C , Standart test method for flow of hydraulic cement mortar, Annual Book of ASTM Standards, Pennsylvania. Brady, G.S., Clauser. H.R., Materials Handbook, Elevent edition Graw-Hill. Ceylan, H., Mermer toz atıklarının ekonomik olarak değerlendirilmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi 53s, Isparta. Cook, D. J., Naturel Pozzolanas, Calcined Clay, Shale and Other Soils, Rice Husk Ash Cement Replecament Materials, Swamy, R. N. (Edit.)Surrey University Press, Dheir, R.K., Munday, J.L., Ong L.T., Investigation of theengine ering properties OPC/Pulverised-Fuel-Ash Concrete : Strength devolepment and maturity, Proceedings International Engineers, 77 Part 2, s. Duda, H. W., Cement data book, Volume 1: İnternational Process Engineering in the Cement Industry, 656 p., Bauverlag Gmbh-Wiesbaden und Berlin. Erdoğan T. Y., Strength properties of low- lime fly-ash concretes, Proceedings of the Nineth İnternetional Ash Use Symposium, Volume 1, Concrete and related products, American Coal Ash Association, 16-1, 16-12, Washington. Erdoğan, T. Y., Türkiye de üretilen çimentolar, özellikleri ve kullanımları, Çimento sempozyumu, TMMOB inşaat ve kimya mühendisleri odası, 67-68s., Ankara. Erdoğan, T.Y., Beton. Ankara, Semih Ofset Matbaacılık yayıncılık ve Ambalaj San. Tic. Ltd. Şti., ISBN X, 760 s., Ankara. Ergüder, E., Bazı anorganik katkı maddelerinin çimentonun kalitesi üzerindeki ekisinin incelenmesi. Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, Yüksek lisans tezi, 152s, İstanbul. Ghosh, S. N., Portland cement: Introduction, composition and properties, Advences in Cement Technology, Ghosh, S. N., Tech Books International, 1-26, New Delhi. Gündüz, L., Sarıışık, A., Davraz, M., Uğur ve Çankıran, O., Pomza Teknolojisi, Cilt I, SDÜ-ISBAS, 14-31, Isparta. Güneş, A.N., Mermerlerin mineralojik-petroğrafik özellikleri ve endüstriyel önemi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, seminer, Isparta. Hossain, K. M. A., Properties of volcanic pumice based cement and lightweight concrete, Cement and Conrete Research, 34 (2): İnternet: Pomza nedir? Pomza ve Çevre, 12/07/2008. İnternet: Pomzanın Endüstriyel Kullanım Alanları, 12/07/

106 İnternet: Mermerler Hakkında Genel Bilgi, 15/07/2009. Kavas, T., Atık mermer ve alüminyum hidroksit kullanarak refrakter çimento üretimi. Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi 126s, Eskişehir Kılıç, A., Atıs, C. D., Yasar, E. And Özcan, F., High-Strength Lightweight Concrete Made with Scoria Aggregate Containing Mineral Admixtures, Cement and Concrete Research, 33 (10): Köktürk, U.,1991. Endüstriyel Hammaddeler,D.E.Ü. Müh. Mim. Fak. Yayın No:205, İzmir. Kula, İ., 2000, Bor Endüstri atıklarının çimento üretiminde katkı maddesi olarak değerlendirilmesi, Doktora tezi Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 118 s. (yayımlanmamış), Sakarya. Lea, F. M., The Chemistry of Cement and Concrete, Edward Arnold Ltd., London. Lea, F. M., The Chemistry of Cement and Concrete, Edward Arnold, , London. Leckebus, R., Türkiye deki Doğal Puzolanların Çimento Katkı Maddesi Olarak Kullanımı Üzerine İncelemeler, Çimento Araştırma ve Geliştirme Merkezi, Ankara. Massazza, F., Chemistry of Pozzolanic Additions and Mixed Cements, Principal Paper, Proc. 6th Int. Cong. On the Chemistry of Cements, Moscow. Massazza, F., Puzolanlı Çimnetolar ve Kullanım Alanları Semineri, T.Ç.M.B., , Ankara. Massazza, F., Pozzolana and Pozzolanic Cements, Lea s Chemistry of Cement and Concrete 4 th. ed., John Wiley and Sons Inc, , New York. Mehta, P.K., Pozzolanic and Cementitious By-products as Mineral Admixtures for Concrete-a Critical Rewiev, ACI SP-79. Önem, Y., Sanayi madenleri kitabı, Kozan Ofset Ve Matbaacılık San. Ve Tic. Ltd. Şti., 163s.,Ankara. Özmal, F., Bor endüstri atıkları, uçucu kül, taban külü ve alünit mineralinin çimento üretiminde katkı maddesi olarak değerlendirilmesi. Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi 146s, Kütahya. Postacıoğlu, B., 1986, Beton: Bağlayıcı maddeler, Cilt 1, Teknik Kitaplar Yayınevi, İstanbul. Sahin, R., Demirboga, R., Uysal, H. and Gül, R., The Effects of Different Cement Dosages, Slumps and Pumice Aggregate Ratios on the Compressive Strength and Densities of Concrete, Cement and Concrete Research, 33 (8): Sersale, R., Aspects of the Chemistry of Additions in Advences in Cement Technology, Ghosh, S.N (editör), Pergamon, 537, Oxford. Sersale, R., Aspect of Chemistry of Additions, Advences in Cement Technology, Ghosh, S. N., Tech Books International, , New Delhi. Sezgin, M., Diatomitlerin hafif beton üretiminde kullanılabilirliği.süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 132s, Isparta. 92

107 Sipahi, T.,F., Atay, Y., Diatomitin uçuşu külle birlikte çimento üretiminde kullanımı ve sağladığı tasarruflar, TÇMB. Çimento Bülteni, 29, Swamy, R.N, Cement Replacement Materials, Surrey Univ. Pres, London. The American Institute of Mining and Metallugical Engineers, Industrial Minerals and Rocks (Nonmetallic other than fuels), third edition, New York. Tokyay M., 1993, Betonda uçucu kül kullanımı (Türkiye deneyimi), Endüstriyel atıkların inşaat sektöründe kullanılması sempozyumu bildiri kitabı, TMMOB İnşaat Müh. Odası, Ankara, s. Tonak, T., Atay, Y., Ertürk, F., Diatomit atıklarını çimento endüstrisinde kullanılabilirliği ve sağladığı tasarruflar, TCMB. Çimento Bülteni, 29, TS EN 196-1, Çimento deney metotları-bölüm 1: Dayanım tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara. TS EN 196-2, Çimento deney metotları-bölüm 2: Çimentonun kimyasal analizi, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara. TS EN 196-3, Çimento deney metotları-bölüm 3: Priz süresi ve genlesme tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara. TS EN 196-6, Çimento deney metotları-bölüm 6: incelik tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara. TS EN 197-1, Çimento-Bölüm 1: Genel çimentolar-bilesim, özellikler ve uygunluk kriterleri, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara. Turanlı, L., Effects of Naturel Pozzolan Addition on the Properties of Portland Pozzolan Cement and the Concrete Made with those Cements, Doktora Tezi, O.D.T.Ü., Ankara, Turriziani, R., Aspects of Chemistry of Pozzolanas, The Chemistry of Cements, Taylor, H. F. W. (Edit.), Academic Press, London, Türker, P., Erdoğan B., Katnaş F., Yağınobalı A., 2003, Türkiye deki uçucu küllerin sınıflandırılması ve özellikleri, Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği Yayınları, Ankara, 76 s. Maden Tetkik ve Arama Kurumu, Türkiye Diatomit Envanteri, Yayın No: 138, Ankara. Ulusu, H., 2006, Erzincan ve Nevşehir yöresi pomzalarının çimentolu sistemlerde kullanılabilirliği, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yapı Eğitimi Ana Bilimdalı, 177 s., Ankara. Uygun, A., Diatomit, Jeolojisi ve Yararlanma Olanakları, Madencilik, 15, Yeğinobalı, A., Uçucu kül, traş ve yüksek fırın cürufunun betonda katkı maddesi olarak kullanılması ve optimum uçucu kül oranlarının tayini, Tübitak, Ankara. 93

108 EKLER 94

109 SRC numunesi mikro görüntüleri SRC numunesinin mikro görüntüleri SDC1 numunesi mikro görüntüleri 95

110 SDC2 numunesi mikro görüntüleri SDC2 numunesi mikro görüntüleri 96

111 SDC3 numunesi mikro görüntüleri SAC1 numunesi mikro görüntüleri 97

112 SAC2 numunesi mikro görüntüleri 98

113 SAC3 numunesi mikro görüntüleri SMC1 numunesi mikro görüntüleri 99

114 SMC2 numunesi mikro görüntüleri SMC3 numunesi mikro görüntüleri 100

115 WRC numunesi mikro görüntüleri 101

116 WDC1 numunesi mikro görüntüleri WDC2 numunesi mikro görüntüleri 102

117 WDC3 numunesi mikro görüntüleri 103

118 WAC1 numunesi mikro görüntüleri WAC2 numunesi mikro görüntüleri 104

119 WAC3 numunesi mikro görüntüleri 105

120 WMC1 numunesi mikro görüntüleri WMC2 numunesi mikro görüntüleri 106

121 WMC3 numunesi mikro görüntüleri 107

122 ÖZGEÇMİŞ Adı Soyadı: Şükrü ÖZKAN Doğum Yeri ve Yılı: Dinar, 1980 Medeni Hali: Bekâr Yabancı Dili: İngilizce Eğitim Kurumu Lise Lisans : Senirkent Teknik Lisesi : Süleyman Demirel Üniversitesi Yüksek lisans : Süleyman Demirel Üniversitesi Çalıştığı Kurum/ Kurumlar ve Yılı: - Yayınları