Adıyaman Atık Mermer Tozlarının Gazbeton Üretiminde Kullanılabilirliğinin Araştırılması

Transkript

1 Yapı Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 12, No: 1, 2016 (21-29) Electronic Journal of ConstructionTechnologies Vol: 12, No: 1, 2016 (21-29) e-issn: x Makale (Article) Adıyaman Atık Mermer Tozlarının Gazbeton Üretiminde Kullanılabilirliğinin Araştırılması Osman GÜNAYDIN* - Kadir GÜÇLÜER**- Osman ÜNAL*** * Adıyaman Üniversitesi Müh. Fak. İnşaat Müh. Böl., Adıyaman/TÜRKİYE ** Adıyaman Üniversitesi Teknik Bilimler MYO, İnşaat Böl., Adıyaman/TÜRKİYE *** Afyon Kocatepe Üniversitesi, Müh. Fak. İnşaat Müh. Böl., Afyonkarahisar/TÜRKİYE kgucluer@hotmail.com Özet Mermer tozu mermer işleme tesislerinde blok halindeki mermer kütlelerinin işlenmesi sırasında açığa çıkan çok küçük taneli atık malzemelerdir. Mermer işleme tesisleri ortaya çıkan bu ürünün çok az miktarını geri dönüşümle üretime kazandırmakta, geri kalan kısmını ise atık alanlarında depolanmaktadırlar. Üretim sektöründe çevre korunumu ve atık malzemelerin tekrar geri dönüşümü amacıyla bu çalışmada Adıyaman ilinde faaliyet gösteren mermer işleme tesislerinden elde edilen atık mermer tozu ve uçucu kül katkılı gazbeton üretimi amaçlanmıştır. Öncelikle kullanılacak atık malzemenin kimyasal ve fiziksel özelikleri belirlenerek, bağlayıcı miktarı değiştirilmiş atık mermer tozu ve uçucu kül katkılı gazbeton örnekleri üretilmiştir. Fiziksel ve kimyasal özelikleri belirlemek amacıyla örnekler üzerinde ultrases geçiş hızı, birim hacim ağırlık, basınç dayanımı ve termal iletkenlik ölçüm deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak üretilen örneklerin birim hacim ağırlıklarının ile 0,61-0,72 gr/cm 3 aralığında basınç dayanım değerlerinin ise 1,35 1,62 ile 1,6-2,64 MPa aralığında ve termal iletkenlik katsayılarının ise 0,20 ile 0,15 W/mK arasında olduğu tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Atık Mermer Tozu, Uçucu Kül, Gazbeton, Fiziksel ve Mekanik Özellik An Investigation of Adıyaman Waste Marble Dust on The Utilization of Autoclaved Aerated Concrete Production Abstract Marble dust is the waste material which liberated during the processing of the masses in the form of marble blocks are very small grained marble processing plant. Marble processing plants to bring production of a small amount of the recycled these products out, while the rest are stored in the waste area. Manufacturing industry in environmental conservation and recycling of waste materials in order to re-obtained from processing plants operating in the province of Adiyaman, for purpose in this study aimed to waste marble dust added autoclaved aerated concrete production. Firstly, determining the chemical and physical properties of waste materials to be used in study, the amount of binder added modified autoclaved aerated concrete samples of waste marble dust is produced. Determine the physical and chemical properties of samples, ultrasonic pulse velocity, bulk density, compressive strength and thermal conductivity tests were carried out. As a result of produced samples of unit weight g / cm 3 while the compressive strength in the range of 1.35 to 1.62 MPa and thermal conductivity values 0,20 to 0,15 W/mK has been found. Keywords : Waste Marble Dust, Fly Ash, Autoclaved Aerated Concrete, Physical and Mechanical Properties Bu makaleye atıf yapmak için Günaydın, O. *, Güçlüer K. *, Ünal O., Adıyaman Atık Mermer Tozlarının Gazbeton Üretiminde Kullanılabilirliğinin Araştırılması Yapı Teknolojileri Elektronik Dergisi 2016, 12(1) How to cite this article Günaydın, O. *, Güçlüer K. *, Ünal O., An Investigation Of Adiyaman Waste Marble Dust On The Utilization Of Autoclaved Aerated Concrete Production Electronic Journal of Construction Technologies, 2016, 12 (1) 21-29

2 Teknolojik Araştırmalar: YTED 2016 (1) Adıyaman Atık Mermer Tozlarının Gazbeton Üretiminde Kullanı 1. GİRİŞ Günümüz dünyası enerji verimliliği ve hammadde korunumuyla birlikte üretimde bu kriterleri değiştirebilecek metodolojiler ve kaynak girdileri aramaktadır. İnşaat endüstrisi(sektörü), Türkiye açısından düşünüldüğünde, büyüme rakamları ve istihdam anlamında oldukça önemli bir yere sahiptir. Ülke bazında ve küresel anlamda üretimin devamlılığı, hem katma değer oluşturulması hem de dünya arenasında yer almayla birlikte önemli bir husus olarak değerlendirilmektedir. Gelişen teknolojik imkanlarla birlikte, sektörel yönde de önemli değişiklikler gerçekleşmektedir. Özellikle yapı malzemeleri alanında, enerji verimliliği, düşük maliyet, ekolojik verimliliğin arttırılması amacıyla mevcut üretim teknikleri ve kaynak kullanımına ikame teknik ve kaynak arayışı devam etmektedir. Sertleşmiş çimento hamuru veya harç içerisinde düşük yoğunluklu bir hücresel yapı oluşturmak için matriks içinde sürüklenerek oluşturulmuş boşlukları içeren betonlar havalandırmalı, hücresel, gaz, köpüklü ya da köpük beton olarak bilinirler [1]. TS 453[2] e göre Gazbeton, ince öğütülmüş silisli bir agrega ve inorganik bir bağlayıcı madde (kireç ve/veya çimento) ile hazırlanan karışımın gözenek oluşturucu bir madde ilavesi ile hafifletilmesi ve buhar kürü ile sertleştirilmesi ile elde edilen gözenekli hafif betondur. Gözenekli bu yapı malzemesinin yoğunluğu 300 ile 1000 kg/m 3 arasında olup basınç dayanımı 2.5 ile 10 MPa arasındadır [3]. Gözenek çapları, genel olarak, 100nm ile 4mm arasında değişmektedir [4]. Gazbetonun bir çok fiziksel özelliği yoğunluğuna bağlıdır, bu özelliklerin sınıflandırılması yoğunluk esaslıdır. Gazbetonun yoğunluğu belirlenirken nem durumunun bilinmesi gereklidir. Malzeme otoklavdan sonra kuru ağırlığından %15-25 oranında daha ağır olabilir. Bu değer çok düşük yoğunluklu gazbetonlarda %45 den fazla olabilir [5]. Gazbeton (AAC), Max Ginsberg tarafından 1920'lerin ortalarında icat edildi [6]. Daha sonra çevre dostu ve ihmal edilebilir bir çevresel etkiye sahip olmasıyla hızla yayıldı [7]. Ülkemizde Ytong Gazbeton Yapı Malzeme ve Elemanları ilk olarak 1950 lerde Hilton Oteli inşaatında, Almanya dan ithal edilerek uygulanmıştır. Bilahare, 1960larda ilk Ytong fabrikası İstanbul Pendik te, üretime geçmiştir. Bugün dünyada, proses ve kalite olarak bazen birbirinden çok farklı, 50 ye yakın, gazbeton markası mevcuttur [8]. Mermer tozu, en küçük boyutlu mermer atıklarıdır. Mermer işleme tesislerinde blokların ve plakaların kesilmesi sırasında oluşan, öğütme işlemine tabi tutulmadan kolloidal yapıda bulunan ve büyük çoğunluğu da 250 μm'nin altında olan mermer tanecikleridir. Kesme işleminde su kullanılması nedeniyle suyla birlikte çökeltme havuzlarına taşınır. Havuzlarda çökelen mermer tozu daha sonra atık sahalarına alınmaktadır [9]. Bunların değerlendirme alanları farklılık göstermektedir. İri boyutlu parça atıklar, inşaat sektöründe yapı elemanı olarak kullanılabilirken, toz atıklar ise doğrudan farklı endüstri dallarında kullanılabilme imkânı bulmaktadır [10]. Mermer tozları çeşitli sektörlerde ana hammadde veya dolgu maddesi olarak kullanılmaktadır. Atıklar, değişik özelliklere sahip mermer tozlarından ve içine karışan yabancı maddelerden oluşmaktadır. Bunu önlemek için atık sulardaki mermer tozlarını daha saf ve temiz olarak hidrosiklon uygulamaları en iyi sonuç olarak görülmektedir. İnşaat alanında mozaik, yapı taşı, çimento, harç ve sıva olarak kullanıldığı gibi kireç elde edilen en önemli hammaddelerden de birisidir. Kireç elde edilecek kireçtaşlarının mineralojik bileşimindeki oranı %5 i aşmamalıdır. Karo imalatında % oranında boyutu 0.5mm.'nin altında olan mermer tozu kullanılmaktadır[11]. 22

3 Günaydın O., Güçlüer K., Ünal O. Teknolojik Araştırmalar: YTED 2016 (1) Bu çalışmada Adıyaman bölgesinde faaliyet gösteren mermer ocaklarından temin edilen atık mermer tozlarının gazbeton üretiminde kullanılabilirliği araştırılmıştır. 2. MALZEME ve METOT Çalışmada ana hammadde olarak mermer tozu ve katkı olarak Çayırhan(Ankara) uçucu külü, bağlayıcı olarak ise CEM I 42.5 R tipinde çimento, sönmemiş kireç, ham alçı ve gözenek oluşturmak amacıyla alüminyum tozu kullanılmıştır. Mermer tozu, uçucu kül ve çimentoya ait kimyasal bileşenler Tablo 1 de verilmiştir. Şekil 1 ve 2 de ise kullanılan mermer tozuna ve uçucu küle ait lazer tane boyut dağılımı gösterilmiştir. Mermer tozu tanelerinin d 90 değeri µm uçucu külün d 90 değeri ise 139,013 µm olarak belirlenmiştir. Çalışmada kullanılan malzemelere ilişkin fiziksel özelikler ise Tablo 2 de verilmiştir. Tablo 1. Mermer tozu ve çimentoya ait kimyasal özellikler Bileşen (%) SiO 2 CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO K 2 O Na 2 O Mermer Tozu 2,1 43,3 0,6 0,2 8,7-0,05 Çimento 19,2 62,8 3,8 4,2 3,4 0,3 0,2 Uçucu Kül 22,2 35,3 3,7 3,6 1,7 0,6 0,04 Şekil 1. Mermer tozuna ait lazer tane boyut dağılımı Şekil 2. Uçucu küle ait lazer tane boyut dağılımı 23

4 Teknolojik Araştırmalar: YTED 2016 (1) Adıyaman Atık Mermer Tozlarının Gazbeton Üretiminde Kullanı Tablo 2. Malzemelere ait fiziksel özellikler Malzeme Özgül Ağırlık(gr/cm 3 ) Blaine İnceliği(cm 2 /gr) Mermer Tozu 2, Çimento 3, Uçucu Kül 2, Alçı 2, Kireç 2, Karışımlar üretilirken, hazırlanan reçetelerde mermer tozu ile mermer tozu+uçucu kül karışımlarında çimento miktarı değiştirilirken alçı, kireç ve alüminyum tozu sabit tutulmuşur. Üretim aşamasında öncelikle agrega, çimento ve alçı homojen biçimde kuru karışıma tabi tutulmuşlardır. Karışım homojen hale geldikten sonra su eklenerek mikser yardımıyla malzemeler tekrar karıştırılmıştır. Karışımın kıvamı hazır duruma geldikten sonra, kireç ve alüminyum tozu karışıma ilave edilerek 1-2 dakika arası mikser yardımıyla karıştırılmıştır. Daha sonra karışım, önceden hazır hale getirilmiş olan 7cm kenarlı küp kalıplar içerisine kalıp yüksekliğinin 2/3 ünü dolduracak seviyede yerleştirilmiştir. Kalıplara yerleştirilen numuneler, 75 0 C ye ayarlanmış etüv içerisinde kabarmalarının ve sertleşmelerinin devam etmesi için 9 saat bekletildikten sonra kalıplardan çıkarılarak C sıcaklıktaki otoklav içerisinde 8 bar buhar basıncı altında 8 saat süreyle kür işlemine tabi tutularak fiziksel ve mekanik deneyler için hazır hale getirilmişlerdir (Şekil 3). Şekil 3. Numunelerin otoklav ve etüv içerisinde bekletilmesi Kür işlemi tamamlanan numuneler birim hacim ağırlıklarının belirlenmesi amacıyla 24 saat süresince C sıcaklıktaki etüv içerisinde bekletilmişlerdir. Kuruma işlemi tamamlanan numuneler 0.1gr hassasiyetli terazide tartılarak ağırlıkları belirlenmiştir. Birim hacim ağırlıkları belirlenen numuneler üzerinde daha sonra ise 20 tonluk hassasiyete sahip basınç presi ile basınç dayanımı deneyleri gerçekleştirilmiştir (Şekil 4). 24

5 Günaydın O., Güçlüer K., Ünal O. Teknolojik Araştırmalar: YTED 2016 (1) DENEYSEL ÇALIŞMALAR Şekil 4. Numunelerin basınç dayanımlarının belirlenmesi 3.1 Birim Hacim Ağırlık (B.H.A) Deneyi Numunelerin birim hacim ağırlıkları Eşitlik (1) yardımı ile hesaplanmıştır. : Birim Hacim Ağırlık (gr/cm 3 ) W: Etüv Kurusu ağırlığı (gr) V: Numunenin Hacmi (cm 3 ) 3.2 Basınç Dayanımı Deneyi Numunelerin basınç dayanımları Eşitlik (2) yardımıyla belirlenmiştir. = W V (gr/cm3 ) (1) f b = P k A 0 (2) f b = Basınç dayanımı (MPa) A 0 = Yüzey alanı (mm 2 ) P k = Kırılma anındaki yük (N) 3.3. Ultrases Geçiş Hızı Deneyi Ultrasonik test cihazı, ses üstü dalgaların, dalga gönderici ve alıcı başlıklar arasındaki bir mesafeyi ne kadar zamanda geçtiğini mikrosaniye birimiyle otomatik olarak belirlemekte ve cihazın üzerindeki ekranda göstermektedir [12]. Ses üstü dalganın geçiş süresi makine üzerinde okunduktan sonra Eşitlik (3) yardımıyla dalga hızı hesap edilmektedir. V = L t (3) V= Ses üstü dalga hızı (km/sn) L = Problar arası mesafe (m) t = Zaman (µs) 25

6 Teknolojik Araştırmalar: YTED 2016 (1) Adıyaman Atık Mermer Tozlarının Gazbeton Üretiminde Kullanı 3.4. Termal İletkenlik Deneyi Deney, Afyon Kocatepe Üniversitesi TUAM laboratuvarında TCİ- Thermal Conductivity Analyzer model termal iletkenlik katsayısı ölçüm analizi cihazı ile 7cm kenarlı küp örnekler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Cihaz 3cm çapa sahip hassas sensörü ile sensör üzerine koyulan malzemenin termal iletkenlik sabitini ( k ) W/mK cinsinden belirlemektedir (Şekil 5) [13]. 4. TARTIŞMA Şekil 5. Numunelerin termal iletkenlik katsayılarının belirlenmesi Mermer tozu katkılı serilere ait B.H.A. değerleri Şekil 6 da verilmiştir. Serilerin B.H.A. değerleri 0.74 ile 0.67 gr/cm 3 aralığında olup karışımdaki çimento miktarının azalmasıyla birlikte B.H.A. değerlerinde düşüş gözlenmiştir. Mermer tozuna uçucu kül ilavesi ile üretilen serilere ait B.H.A değerleri ise Şekil 7 de verilmiştir. Serilerin B.H.A. değerlerinde uçucu kül ilavesi ile, uçucu külün özgül ağırlığının mermer tozundan düşük olması ve çimento miktarının azalmasıyla düşüş gerçekleşmiştir. Mermer tozu ile üretilen serilerin basınç dayanım değerleri 1,62 ile 0,91 MPa aralığında değişmektedir (Şekil 8). Çimento miktarındaki düşüş dayanımı da etkilemektedir. Uçucu kül ilavesi ile birlikte serilerin dayanım değerlerinde artış gözlenmiş olup dayanım değerleri 2,64 MPa seviyesine kadar ulaşmıştır. (Şekil 9). Uçucu külün mermer tozuna göre daha ince tane yapısına sahip olması, çimento ile birlikte çalışmasının mermer tozuna göre daha iyi olması, otoklav içerisinde hidratasyon sonucu açığa çıkan serbest kireç ile reaksiyona girerek ilave bağlayıcı jel üretmiş olabilmesi dayanımdaki bu artış durumunu meydana getirmiş olabilir. 26

7 Günaydın O., Güçlüer K., Ünal O. Teknolojik Araştırmalar: YTED 2016 (1) Şekil 6. Mermer tozu ile üretilen serilerin B.H.A bulguları Şekil 7. Mermer tozu ve uçucu kül katkılı serilere ait B.H.A bulguları Şekil 8. Mermer tozu katkılı serilere ait basınç dayanımı bulguları 27

8 Teknolojik Araştırmalar: YTED 2016 (1) Adıyaman Atık Mermer Tozlarının Gazbeton Üretiminde Kullanı Şekil 9. Mermer tozu ve uçucu kül katkılı serilere ait basınç dayanımı bulguları Numunelerin ultrases geçiş hızı değerleri Tablo 3 de verilmiştir. Karışıma uçucu kül ilavesi ile birlikte ultrases geçiş hızı değerlerinde artış gerçekleşmiştir. Otoklav sürecindeki çimento ve uçucu kül arasındaki reaksiyon sonucunda, malzemenin poroz yapısında değişiklik olduğu söylenebilir. Tablo 4 de ise numunelere ait termal iletkenlik katsayısı ölçüm değerleri verilmiştir. Malzemenin uçucu kül ilavesi ile birlikte poroz yapısında meydana gelen değişiklik termal iletkenlik katsayılarını da etkilemiş olup sadece mermer tozundan üretilen serilere göre yüksek değerler ölçülmüştür. Tablo 3. Serilere ait ultrases geçiş hızı değerleri Seri Adı MT1 MT2 MT3 MTUÇ1 MTUÇ2 MTUÇ3 Geçiş hızı(km/sn) 1,31 1,23 1,13 1,61 1,60 1,45 Tablo 4. Serilere termal iletkenlik katsayısı değerleri Seri Adı MT1 MT2 MT3 MTUÇ1 MTUÇ2 MTUÇ3 Termal İletkenlik (W/mK) 0,20 0,17 0,16 0,18 0,20 0,20 5. SONUÇ VE ÖNERİLER Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda, endüstriyel atık olarak ortaya çıkan mermer tozlarının gazbeton üretiminde kullanılabileceği ayrıca uzun dönem yapılacak genleşme ölçümleri sonrasında ise ana hammadde girdisi olarak düşünülebileceği söylenebilir. Atık mermer tozlarının dayanım değerlerinin iyileştirilmesi amacıyla kullanılan uçucu kül pozitif katkı sağlamıştır. Dayanım değerlerinde artış gözlenirken, birim hacim ağırlık değerlerinde düşüş gözlenmiştir. Karışım reçetesinde yapılacak değişiklikler, üretim ve özellikle otoklav rejiminde gerçekleştirilebilecek yeni uygulamalar ile malzemenin fiziksel ve mekanik özeliklerinde iyileştirmeler sağlanabilir. Katma değer oluşturmak, hammadde ve üretim maliyetlerini düşürebilmek amacıyla aynı eksende yapılacak ulusal ve uluslararası düzeyde inovatif çalışmalar, endüstriyel ve bilimsel anlamda daha fazla katkı sağlayacaktır. 28

9 Günaydın O., Güçlüer K., Ünal O. Teknolojik Araştırmalar: YTED 2016 (1) TEŞEKKÜR Yazarlar bu çalışmayı MÜFMAP/ nolu projeyle destekleyen Adıyaman Üniversitesi BAPK birimine teşekkür eder. 6. KAYNAKLAR 1. Newman, J., Owens, P., 2003, Properties of Lightweight Concrete. Advanced Concrete Technology, TS , Gaz ve Köpük Beton Yapı Malzeme ve Elemanları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara. 3. Kosmatka, H. S., Kerkhoff, B., Panarese, W. C, 2003, Design and Control of Concrete Mixture, 14th edition, Portland Cement Association, Skokie, Illinois, USA. 4. Ruochong, Y., Jipeng, Z., Zhishen, W., Zhiren, W., Min, L., Changhai, P., 2011, Thermal Insulation and Strength of Autoclaved Light Concrete, Journal of Wuham University of Technology Mater. Sci. Ed. 26(1), Narayanan, N., Ramamurthy, K., 2000, Structure and Properties of Aerated Concrete: A Review, Cement and Concrete Composites, 22, Walczak, P., Malolepszy, J., Reben, M., Szymanski, P., Rzepa, K., 2015, Utilization of waste glass in autoclave aerated concrete, Procedia Engineering, 122, Bisceglie, F., Gigante, E., Bergonzoni, M., 2014, Utilization of waste Autoclaved Aerated Concrete as lighting material in the structure of a green roof, Cement and Concrete Composites, 69, İnt. Kaynağı Erişim Tarihi Demir, İ., Başpınar, M. S., Abadan, S., Kahraman, E., Ünal, O., 2014, Mermer tozunun gazbeton üretiminde geri dönüşüm malzemesi olarak kullanılabilirliğinin araştırılması, ISEM, Ekim, Adıyaman. 10. İnt. Kyn. 2: Erişim Tarihi Ünal, O., Kibici, Y., 2001, Mermer tozu atıklarının beton üretiminde kullanılmasının araştırılması, Türkiye III. Mermer Sempozyumu Bildiriler Kitabi, 3-5 Mayis. 12. Erdoğan, T., Beton, METU Press, Ankara 13. İnt. Kaynağı