METİLEN MAVİSİ DEĞERİ YÜKSEK AGREGALAR VE FARKLI ÖZELLİKTEKİ KİMYASAL KATKILARLA YAPILAN BETON ÇALIŞMALARI

Transkript

1 METİLEN MAVİSİ DEĞERİ YÜKSEK AGREGALAR VE FARKLI ÖZELLİKTEKİ KİMYASAL KATKILARLA YAPILAN BETON ÇALIŞMALARI CONCRETE WORKS CARRIED OUT BY THE AGGREGATES WITH HIGH METHYLENE BLUE VALUE AND DIFFERENT BASED CHEMICAL ADMIXTURES Ata KÖKSAL Yapıchem Kimya Sanayi AŞ İstanbul Ömür ABİT Yapıchem Kimya Sanayi AŞ İstanbul Ercan KARATAŞ Konya Çimento Sanayi AŞ Konya ÖZET Beton üretiminde temel hammaddelerden biri olan agregaların, metilen mavisi değerinin yüksek olması halinde betonda kıvam koruma ve dayanım ile ilgili problemler yaşanır. Geleneksel polikarboksilat bazlı kimyasal katkılar, yüksek su kesme ve kıvam koruma özelliği sağlamakla birlikte, malzeme kirliliğine duyarlı olması nedeniyle kullanımı sınırlıdır. Kirli agrega ile yapılan betonda kıvam kaybı ve düşük dayanım dezavantajlarını bertaraf etmek için özel polikarboksilat bazlı kimyasal katkılar geliştirilmiştir. Metilen mavisi değeri yüksek agregalar için özel olarak geliştirilmiş, hassasiyeti düşük özel polikarboksilat bazlı kimyasal katkılar ile beton üretimi agrega sıkıntısı çeken beton üreticileri için faydalı bir çözüm olacaktır. Bu çalışmada, metilen mavisi değeri yüksek agregalar için özel olarak geliştirilmiş özel polikarboksilat bazlı kimyasal katkılar, modifiye polikarboksilat bazlı katkılar ve geleneksel süper akışkanlaştırıcılar ile yapılan betonların, laboratuvar ve saha denemeleri hakkında bilgi verilmiştir.

2 Anahtar sözcükler: Metilen mavisi değeri yüksek agrega, özel polikarboksilat bazlı kimyasal katkılar, kıvam koruma. Abstract In the production of concrete, if the methylene blue value of aggregates, one of the main raw materials of concrete, is high some problems related to slump retention and strength are encountered. Although traditional polycarboxilate based chemical admixtures supply high water reduction and slump retention, their usage is limited due to their sensitivity to material dirtiness. Special policarboxilate based chemical admixtures are developed in order to overcome the disadvantages of slump retention and low strength of concrete with dirty aggregate. Special polycarboxilate based chemical admixtures developed for the aggregates with high methylene blue value will be a beneficial solution for concrete producers who suffer from the lack of good quality aggregate. In this study, laboratory tests and site trial results of the concrete produced by using special polycarboxilate based chemical admixtures developed for the aggregates with high methylene blue value, modified polycarboxilate based chemical admixtures and traditional superplasticing chemical admixtures are given. Key words: Aggregates with high methylene blue value, special polycarboxilate based chemical admixtures, slump retention. 1. GİRİŞ Türkiye de, betonda kullanılan agregalarda kirlilik önemli bir sorun teşkil etmektedir. Ülkemizin birçok bölgesinde temiz agrega bulmakta güçlük çekildiğinden, metilen değeri yüksek agregalarla beton üretimi yapılmakta, bu da beraberinde bazı sıkıntılar getirmektedir. Bu makalede, ülkemizin beton hammadde kaynaklarını daha verimli kullanabilmek, teknik ve ekonomik açıdan standartlara uygun beton üretebilmek amacıyla metilen değeri yüksek agregaların betonda kullanımını sağlamak için özel olarak geliştirilmiş polikarboksilat bazlı kimyasal katkılarla yapılan laboratuvar ve saha denemelerini kapsayan bir çalışma sunulmuştur.

3 2. METİLEN MAVİSİ DEĞERİ YÜKSEK OLAN AGREGALARLA BETON ÜRETİMİNDE KARŞILAŞILAN SORUNLAR Kil ve siltin beton agregasında bulunması, iri agrega ve çimento hamuru arasındaki aderansı zayıflatarak agreganın özgül yüzey miktarını arttırır. Bunun sonuncunda karma suyu miktarı yani su / çimento oranı artar. Böylece dayanıklılık ve dayanım yönünden zayıf bir beton elde edilir. Su / çimento oranını sabit tutmak içinse fazladan çimento ve kimyasal katkı kullanılacağından 1 m 3 betonun maliyeti buna bağlı olarak artacaktır. Kil ve siltin önemli özelliklerinden biri de su tutma kabiliyetinin yüksek olmasıdır. Kil ve silt, su emme sonucunda hacim genişlemesine neden olur ve büzülmelerin meydana getireceği çekme gerilmelerine neden olur. Kil, çimento ile reaksiyona girerek aderansı önler, hidratasyonu ve prizi geciktirir. Bununla birlikte, az miktarda kil, mil ve silt, betonun işlenebilirliğini ve su geçirmezliğini biraz arttırır. Olumsuz etkileri nedeniyle mümkün olduğunca az miktarlarda olması tercih edilmelidir. Kirli agrega ile yapılan betonlarda, zamana bağlı olarak gerçekleşen kıvam kayıpları, pompalanabilmeyi güçleştirmektedir Amaç 3. DENEYSEL ÇALIŞMA Bu çalışmada, Antalya Bölgesi nde, aynı kaynak ve aynı eleme tesisinden, farklı zamanlarda, farklı metilen mavisi değerlerine sahip, ince ve iri agregalar alınarak yapılan laboratuvar ve santral deneme betonlarında kullanılan geleneksel süper akışkanlaştırıcıların, yeni nesil modifiye hiper akışkanlaştırıcıların ve metilen mavisi değeri yüksek agregalar için özel olarak geliştirilmiş polikarboksilat bazlı kimyasal katkıların, zamana bağlı olarak betonun kıvamına, basınç dayanımına ve hammadde maliyetine etkileri incelenmektedir Çimento Çalışmalarda, TS-EN e uygun olarak, Konya Çimento San. AŞ Konya Tesisleri nde üretilen CEM II 42,5 çimento kullanılmıştır. Kullanılan çimentonun özellikleri Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 1: Çimento Özellikleri Kimyasal Özellikler Değerler Kükürt Trioksit(SOӡ) 3,24% Klorür (Cl) 0,03% Fiziksel Özellikler 2 Günlük Basınç Dayanımı N/mm² 26,9 28 Günlük Basınç Dayanımı N/mm² 47,4 Priz Başlangıcı (dak.) 190 Hacim Genleşmesi( mm) 1

4 3.2. Agregalar Çalışmaların tamamında aynı kaynaktan ve aynı eleme tesisinden elde edilen %100 mermer kırma kum ve kırma taş, agregalardan elde edilmiştir. Çalışmalarda farklı zamanlarda alınmış ve farklı metilen değerlerine sahip kırma kumlar kullanılmıştır. Tablo 2 de Kasım 2011 de alınmış numunelere K.KUM1, Mart de alınmış numunelere K.KUM2, Temmuz de alınmış numunelere K.KUM3 ve Kasım de alınan numunelere K.KUM4 kodları verilmiştir. Metilen mavisi testleri TS-EN standardına göre, özgül ağırlık ve su emme testleri TS-EN standardına göre ve kum eşdeğerlilik testleri TS-EN standardına göre yapılmıştır. Tablo 2: Değişik Tarihlerde Alınan Kum Özellikleri Su Emme (%) Özgül Ağırlık (DYK) Metilen Mavisi Değeri g (boya) / kg (numune) Kum Eşdeğerliği K.KUM1 2,2 2,68 2,9 48 K.KUM2 2,6 2,66 3,0 44 K.KUM3 1,6 2,69 1,8 58 K.KUM4 2,1 2,68 2,7 50 Deneyde kullanılan iri agregalar yine tarih sıralarına göre Tablo 3 te verilmiştir. Deneyde 5 15 mm 1 No.lu ve mm 2 No.lu agregalar kullanılmıştır. Tablo 3: Değişik Tarihlerde Alınan İri Agrega Özellikleri Su Emme (%) Özgül Ağırlık (DYK) 1 NO 1 0,70 2,71 1 NO 2 0,72 2,71 1 NO 3 0,72 2,72 1 NO 4 0,66 2,71 2 NO 1 0,46 2,73 2 NO 2 0,52 2,73 2 NO 3 0,45 2,73 2 NO 4 0,49 2, Kimyasal Katkılar Metilen değerleri farklı bu kırma kumlarla yapılmış betonlarda TS-EN Çizelge 11.1 ve 11.2 ye uygun geleneksel süper akışkanlaştırıcılar (SA), modifiye hiper akışkanlaştırıcılar (MHA) ve metilen mavisi değeri yüksek agregalar için özel olarak geliştirilmiş polikarboksilat bazlı katkılar (ÖHA) kullanılmıştır. Kullanılan kimyasal katkıların bazı özellikleri Çizelge 1 de verilmiştir. Çizelge 1: Kimyasal Katkıların Özellikleri KİMYASAL ADI SA MHA ÖHA Katı Madde (%) 29,71 30,1 27,9 Yoğunluk(gr/cm3) 1,1679 1,1150 1,0715 ph (%10 luk çözelti) 7,8 6 5,8 Su Kesme (%) 14,3 17,1 21,4

5 3.4. Yapılan Deneyler Yapılan deneyleri, laboratuar ve saha denemeleri olarak iki gruba ayırabiliriz. Deneylerde 15*15*15 cm küp kalıp kullanılmıştır Laboratuvar Deneyleri Eşit su/çimento oranında yapılan deneyler için Tablo 4 teki değerler kullanılmıştır. Tablo 4: Eşit Su/Çimento Oranında Yapılan Denemeler Çimento Cinsi Çimento Miktarı (kg/m³) s/ç oranı Kırma Kum 1 No.lu Agrega 2 No.lu Agrega Katkı Konya CEM II 300 0,62 55% 17% 28% 1% Bu şartlara göre farklı zamanlarda yapılan deney sonuçları Tablo 5 te verilmiştir. Eşit kıvam deneylerinde slump (20 cm), çimento (300 kg) ve katkı (%1) sabit tutulup sadece su miktarı değiştirilmiştir. Eşit kıvam deneyleri Tablo 6 da verilmiştir.

6 Tablo 5: Farklı Tarihlerde Yapılan Deney Sonuçları No Tarih Çimento (kg) s/ç 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,6 0,6 0,6 0,62 0,62 0,62 Katkı Tipi Kıvam (cm) Birim Ağırlık (kg/m³) Hava Miktarı (%) Ortam Sıcaklığı ( C) Beton Sıcaklığı ( C) 3 gün 7 gün 28 gün SA MHA ÖHA SA MHA ÖHA SA MHA ÖHA SA MHA ÖHA ,412 2,425 2,435 2,404 2,409 2,410 2,419 2,415 2,434 2,403 2,408 2,415 2,2 1,9 1,6 2 1,9 1,5 2,4 2 1,6 2,2 1,9 1, BASINÇ DAYANIMI 12,4 16,6 17,2 13,5 15,2 17,2 16,6 19,2 20,4 10,3 11,5 13,2 21,6 23,5 26,6 21,9 23,4 25,5 24,6 28,0 26,0 22,3 24,2 23,2 28,0 29,5 31,2 30,2 31,1 33,2 33,4 35,5 38,2 32,3 32,7 34,1

7 Tablo 6: Eşit Kıvamdaki Deney Sonuçları No Tarih Çimento (kg) s/ç oranı 0,60 0,58 0,55 0,61 0,58 0,55 0,6 0,55 0,51 0,62 0,58 0,53 Katkı Tipi SA MHA ÖHA SA MHA ÖHA SA MHA ÖHA SA MHA ÖHA Kıvam (cm) Kıvam (cm) 60 dk Birim Ağırlık (kg/m³) Hava Miktarı (%) Ortam Sıcaklığı ( C) Beton Sıcaklığı ( C) 3 gün 7 gün 28 gün ,385 2,405 2,435 2,377 2,409 2,442 2,395 2,425 2,432 2,362 2,384 2,405 2,3 1,8 1,7 2 1,9 1,7 2,4 2 1,9 2,2 1,9 1, BASINÇ DAYANIMI 13,1 18,9 23,7 8,5 16,2 20,3 14,8 18,5 23,5 16,2 22,4 25,5 20,4 27,3 32,5 18,1 24,5 27,6 24,4 29,6 36,5 25,6 28,2 31,2 28,4 34,2 37,1 26,3 29,5 35,2 33,1 36,2 42,1 31,6 32,7 36,6

8 Saha Denemeleri Yapılan saha denemeleri Tablo 7 de verilmiş olup, özellikle kıvam korumaya bakılmıştır. Buna bağlı olarak dizaynlarda çimento dozajları değişmektedir ve kullanılan ÖHA su kesmesi yüksek olduğundan, çimento miktarlarında kesintiler yapılmıştır. Tablo 7: Saha Deneme Sonuçları No Tarih Çimento (kg) s/ç oranı 0,57 0,57 0,57 0,55 0,55 0,55 0,54 0,54 0,54 0,62 0,58 0,53 Katkı Tipi SA MHA ÖHA SA MHA ÖHA SA MHA ÖHA SA MHA ÖHA Katkı dozajı (%) Kıvam (cm) Kıvam (cm) 60 dk Birim Ağırlık (kg/m³) Hava Miktarı (%) Ortam Sıcaklığı ( C) Beton Sıcaklığı ( C) 3 gün 7 gün 28 gün 1,30% 1,20% 1,00% 1,30% 1,20% 1,00% 1,40% 1,30% 1,10% 1,30% 1,20% 1,20% ,365 2,385 2,389 2,388 2,409 2,412 2,395 2,425 2,432 2,354 2,388 2,401 2,3 1,8 1,7 2 1,9 1,7 2,2 2 1,8 2 1,7 1, BASINÇ DAYANIMI 10,3 15,6 16,5 12,05 14,5 20,3 18,3 22,1 24,4 28,6 25,5 23,6 22,6 28,5 32,2 24,4 30,5 34,7 23,3 26,5 31,7 33,3 32,1 34,3 31,2 33,4 36,2 37,5 38,9 41,3 30,3 31,2 35,7 40,5 42,5 43,6

9 4. DENEME SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ Eşit kıvam çalışmasında (Tablo 6) metilen değeri yüksek agrega ile yapılan betonlarda, süper akışkanlaştırıcı ve modifiye hiper akışkanlaştırıcı (MHA) katkılı betonların, zamana bağlı kıvam kaybettikleri gözlenmiştir. Metilen mavisi değeri yüksek agregalar için özel olarak geliştirilmiş polikarboksilat bazlı katkıyla (ÖHA) yapılan betonlarda herhangi bir kıvam kaybı olmamıştır. Şekil 1, bu ilişkiyi göstermektedir. Şekilde 1 deki 1 no.lu çalışmada süper akışkanlaştırıcılı (SA) betonun kıvamı 20 cm den 9 cm e, 2 no.lu çalışmada modifiye hiper akışkanlaştırıcılı (MHA) betonun kıvamı 20 cm den 11 cm e düşmüş ve yaklaşık %50 kıvam kayıpları gözlenmiştir. Aynı şartlarda ÖHA lı beton kıvam kaybetmemiştir. Şekil 1. Farklı kimyasal katkılarla üretilen betonlarda zamana bağlı kıvam kaybı. Metilen değeri yüksek agregalar için özel olarak geliştirilmiş polikarboksilat bazlı katkıların (ÖHA), eşit su deneyinde (Tablo 5) dayanım olarak diğer akışkanlaştırıcılardan daha yüksek dayanım sağlaması, agrega içerisindeki kil içeriğinin tutulmasıyla mümkün olmuştur. Şekil 2 de 28 günlük sonuçlar göz önüne alındığında %10 luk dayanım artışı gözlenmiştir.

10 Şekil 2. Farklı kimyasal katkılarla üretilen betonlarda farklı yaşlardaki dayanım sonuçları. Yapılan saha denemelerinde (Tablo 7) metilen değeri yüksek agregalar için özel olarak geliştirilmiş polikarboksilat bazlı katkılar (ÖHA) ile çok ciddi çimento tasarrufları sağlanmış ve yüksek dayanım değerleri elde edilmiştir. Bu durum Şekil 3 te gösterilmiştir. 4, 5 ve 6 no.lu çalışmalar göz önüne alındığında süper akışkanlaştırıcılar (SA) ile üretilen betona göre 30 kg ve modifiye hiper akışkanlaştırıcılar (MHA) ile üretilen betona göre 20 kg çimento tasarrufu yapılmış olup MHA lı betona göre %5 ve SA lı betona göre %10 dayanım artışı gözlemlenmiştir. Şekil 2. Saha denemelerinde farklı kimyasal katkılarla üretilen betonlarda farklı yaşlardaki dayanım sonuçları.

11 Ayrıca, yine saha denemelerinde metilen değerleri yüksek olmasına rağmen metilen değeri yüksek agregalar için özel olarak geliştirilmiş polikarboksilat bazlı katkılar (ÖHA) ile muazzam kıvam koruma sağlanmıştır. Şekil 4 te ortam sıcaklığının 42 C olduğu; 7, 8 ve 9 no.lu çalışmalarda SA lı betonda %40 ve MHA lı betonda %35 kıvam kaybı gözlenirken, ÖHA lı betonda kıvam kaybı gözlenmemiştir. Şekil 4. Saha denemelerinde farklı kimyasal katkılarla üretilen betonlarda zamana bağlı kıvam kaybı. 5. SONUÇLAR Bu çalışmada ince agregada bulunan ve beton kalitesini düşüren kil ve silt gibi istenmeyen agrega içeriklerinin tutularak, betonun hem dayanım hem de işlenebilme kayıplarının giderildiği düşünülmektedir. Agrega için yapılan metilen mavisi deneyleri göz önüne alındığında, metilen değeri arttıkça betonun ihtiyaç duyduğu kıvam suyu artmaktadır. Özel geliştirilmiş polikarboksilat bazlı katkılar (ÖHA) kullanıldığında, Antalya Bölgesi ndeki metilen mavisi değeri yüksek agregalarla üretilen betonlarda, kıvam koruma gözlendiğinden herhangi bir redoz maliyeti oluşmamış, betonlarda mükemmel kıvam koruma sağlandığı gözlenmiştir. Metilen mavisi değeri yüksek agregalarla üretilen betonlarda, özel geliştirilmiş polikarboksilat bazlı katkılar (ÖHA) kullanıldığında kıvam koruma artmasına rağmen erken dayanımlar olumsuz yönde etkilenmemiştir.

12 Toplam beton maliyeti açısından ÖHA kullanılan betonlarda %15 e varan çimento tasarrufu sağlandığı gözlenmiştir. ÖHA lı beton numunelerinde diğer katkılı betonlara göre 3, 7 ve 28 günlük basınç dayanımlarında artış gözlenmiştir. 6. KAYNAKLAR 1. ÖZBEBEK, H., AÇIK, H., İnce Agregalarda Yapılan Metilen Mavisi ve Kum Eşdeğerliği Deney Sonuçlarının Beton Özelliklerine ve Maliyetine Etkisi, Adana, SEVİN, H., L., YURDAGÜL, M., Beton Agregası Üretiminde Yaşanılan Temel Sorunlar ve Hazır Beton Kalitesine Etkileri, Bursa, HASDEMİR S., Metilen Mavisi Deney Sonuçlarının Basınç Dayanımlarına Etkisi, İstanbul 4. RAMYAR, K., Portland Çimentosu-Süper Akışkanlaştırıcı Katkı Uyumunu Etkileyen Faktörler İzmir