Gökhan DURMUŞ ÖZET ABSTRACT

Transkript

1 Politeknik Dergisi Cilt: Sayı: 4 s , 2008 Journal of Polytechnic Vol: No: 4 pp , 2008 Farklı Sınıflarının Su İşleme Derinliğinin Değerlendirilmesi Gökhan DURMUŞ ÖZET Bu çalışmada, Uçuçu kül, Silis dumanı ve kimyasal katkının ve betonlarında su işleme derinliği ve basınç dayanımına etkileri araştırılmıştır. karışımlarında kalker esaslı kırma taş, PÇ 42. R CEM I çimentosu, uçucu kül-silis dumanı, kimyasal katkı ve içme suyu kullanılmıştır. 0x0x0 mm boyutlarında üretilen 48 adet küp örnek üzerinde ve günlerde geçirgenlik ve basınç dayanım deneyleri gerçekleştirilerek referans örneklerle karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak; ve sınıflarında, basınç dayanımını ve su işleme derinliğini bakımından en iyi sonuç, katkılı numunelerde görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Uçucu Kül, Silis Dumanı, Geçirgenlik, Basınç dayanımı Investigation of Penetration of Water Values of Different Concrete Types ABSTRACT In this study, it was tested the effect of fly ash, silica fume and chemical on the permeability and compressive of and concretes. Calcareous crushed stone, PC 42. R CEM I cement, fly ash-silica fume, chemical additives and drinking water were used as concrete mixtures. Depth of penetration of water under pressure and compressive strength tests were performed on 48 cube samples having 0x0x0 mm dimension at 28 th and 90 th days respectively; these results were compared with reference samples. As results samples with silica fume additive showed best both and classes. Keywords: Fly Ash, Silica fume, Permeability, Compressive strength. GİRİŞ Yapı sektörü, ihtiyaçlar doğrultusunda sürekli yenilenme ve değişme sürecindedir. Kısıtlı kaynaklar ve hızla artan maliyetler karşısında gereksinimin karşılanabilmesi, yeni yöntem ve kaynakların araştırılmasını gerektirmektedir. Yapı üretiminde öz kaynaklara dayalı malzemenin kullanım oranlarının arttırılması, mevcut kaynakların rasyonel kullanımı ve nispeten düşük maliyetli ve nitelikli malzeme üretimine gidilmesini gerektirmektedir (,2). Bu bağlamda, mevcut hammadde rezervinin ve öz kaynakların kullanılması önem taşımaktadır. Yapı malzemesi açısından konunun bu şekilde değerlendirilmesi gerekmektedir. Araştırmada bu durum göz önünde tutularak mineral katkılardan Uçucu kül () ve silis dumanının () kullanımının tercih edilmiştir. Uçucu küllerin büyük bölümü, yüksek kireç içeriklidir (3). puzolanik özelliği olan ve betonun birçok özelliğini olumlu etkileyen mineral kökenli termik santral atığı malzemedir (4). taneleri genellikle kümakale tarihinde gelmiş, tarihinde yayınlanmak üzere kabul edilmiştir. G. DURMUŞ, Gazi Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi Yapı Eğitimi Bölümü 000 Teknikokullar, ANKARA e-posta : gdurmus@gazi.edu.tr Digital Object Identifier / Digital Object Identifier / resel yapısı nedeni ile betonun işlenebilme özelliğini iyileştirmekte, taze betonda su kusmayı (terleme) azaltmakta, betonun hidratasyon ısısını azaltarak sıcak havalarda kütle beton dökümüne olanak tanımaktadır (). Puzolanik reaksiyon sayesinde betonun 90 gün ve daha sonraki yaşlarda mukavemetine katkıda bulunmakta, betonun geçirimliliğini azaltmakta, betonun iç ve dış kaynaklı kimyasal etkilere dayanıklılığını artırmaktadır. üretiminde çimento yerine ikame edildiğinde betona ekonomiklik kazandırmaktadır (4). Silis dumanı da gibi puzolanik bir malzeme olarak bilinmektedir (3)., çimentodan daha ince tanelere sahip malzeme olması nedeniyle agrega-hamur ara yüzey bölgesini sıkılayıp kuvvetlendirerek boşluğu en aza indirmektedir (-9). genellikle lifli beton, yüksek dayanım ve dayanıklılık isteyen yerlerde kullanılmaktadır (8,0). genellikle camsı, düzgün yüzeyli, çok ince daneli ve hafiftir (). Çimentoya % gibi çok az miktarda katılan betonun işlenebilirliğini fazla etkilemediği ancak, daha yüksek katkı oranlarında belirli bir işlenebilme düzeyi için gerekli su miktarı, miktarı ile birlikte artması gerekmektedir (2). Su işleme derinliği bakımından katkısız betonlara göre katkılı betonların daha yavaş su emdiği bildirilmektedir (3). Ezeldin ve Balaguru (989) belirtildiğine göre, çimento yerine % 20 oranına kadar kullanımının 379

2 Gökhan DURMUŞ / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT, SAYI 4, 2008 betonun çelikle olan aderansını artırmaktadır (4). Ayrıca nin çok ince olması nedeniyle, çimento hamurundaki gözeneklerin azalmasını sağlamakta, yapışma özelliğini artırmakta ve daha geçirimsiz bir yapı sağlamaktadır., betonun sertleşme hızını ve difüzyon katsayısını da azaltmaktadır (7). Hem filler hem de puzolan rolü üstlenen tanecikleri çimento hamuru ile agregayı yoğun bir yapıya kavuşturmaktadır., fazla su moleküllerini absorbe ile ettiği için çimento hamuru agrega arasındaki aderansı kuvvetlendirmekte ve donatının korozyonunu sınırlamaktadır (8). çimento üçlü sisteminde ise, beton basınç dayanımının gelişimi üzerindeki etki mekanizmaları farklı olduğu bilinmektedir. İki mineral katkı maddesinin, birbirlerinin eksikliklerini tamamlamaları yanında 7, 28 ve 90 günlük dayanımları üzerindeki etkili olduğu tespit edilmiştir (). Bu çalışmanın amacı, mineral katkılardan, ve kimyasal katkı (K ) maddesi ile üretilen ve beton sınıflarındaki betonların, basınç ve su işleme derinliği üzerine etkileri araştırılmıştır. 2. MALZEME VE METOTLAR 2.. Malzemeler karışımında, yoğunlukları 2.0 ve 2.3 g/cm 3 olan 0-4, 4- mm tane sınıflarına ayrılmış kalker esaslı kırma agrega, PÇ 42. CEM I 42. R çimentosu, Tunçbilek termik santrali - Antalya Etibank Elektrometalurji tesisinden, TS EN Kimyasal lar-, Harç ve Şerbet İçin- Bölüm 2: ları- Tarifler ve Özellikler, Uygunluk, İşaretleme ve Etiketleme standardına göre (,); yoğunluğu:.08±0.02kg/l, Ph: 7. olan K ve içme suyu kullanılmıştır., ve Portland çimentosunun kimyasal özellikleri Tablo de verilmiştir. Tablo., ve Portland çimentosunun kimyasal özellikleri. Kimyasal Analiz Uçucu kül Silis PÇ 42. (%) (%) Dumanı(%) SiO 2 3, 79,77 20,20 Fe 2 O 3 4,2,43 3,7 Al 2 O 3,08,2, CaO 2,72 2,0,23 MgO,22 3,7, Na 2 O 0,4,22 0,8 K 2 O,22,20 0, SO 3 3,3,4 2,33 Çözünmeyen 2,7 33,74,44 Kalıntı Kızdırma Kaybı 0,40,4,30 S+F+A, Fiziksel Özellikler Özgül yüzey (cm²/g) Yoğunluk (g/cm 3 ) 2, Metotlar karışım hesabı TS 802 göre hazırlanmış ve su/çimento oranı 0.0 olarak belirlenmiştir (Tablo 2) (7). Yapılan literatür araştırmalar ışığında mineral katkı içeren betonlara çimento miktarı ağırlıkça %0 azaltılarak ikame yapılarak 0x0x0 mm boyutlarında 48 adet beton örneği üretilmiştir. örnekleri 28 ve 90 gün süre ile 20 ± 2 o C sıcaklıkta küre tabi tutulmuştur. Su işleme derinliği deneyi; TS EN standardında belirtilen esaslara uygun olarak yapılmıştır (8). Örnekler içerisindeki geçen su yüksekliğini tespit edebilmek için su ilerleme yününe paralel olacak şekilde ikiye ayrılmıştır. Ayrılmış örnekler üzerinden dijital kumpas yardımıyla her cm de ölçüm yapılmış ve aritmetik ortalaması değerlendirmeye alınmıştır (Şekil ). Şekil. Su işleme derinliği cihazı Basınç dayanımı deneyi; 28 ve 90 günlerde TS EN Sertleşmiş Deneyleri - Deney Numunelerinde Basınç Dayanımının Tayini standardında belirtilen esaslara uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Her seride su yüksekliği ölçülmüş yüzeyine dik olacak şeklide altı adet örnek üzerinde deney yapılmıştır (9). Tablo 2. Mineral ve kimyasal katkılı beton numunelerin karışım oranları Referans K Çimento (kg) Kum (kg) Çakıl (kg) Su (kg) Silis Dumanı (kg) Uçucu Kül (kg) Kimyasal (kg) Çökme (cm)

3 FARKLI BETON SINIFLARINDA SU İŞLEME DERİNLİĞİNİN SINIFLANDIRIL / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT, SAYI 4, BULGULAR VE TARTIŞMALAR Geçirimlilik değerlerine ait açıklayıcı istatistikî bilgiler Tablo 3 de verilmiştir. Analize tabi tutulan verilerin dağılımını gösteren çizgi grafik Şekil 2 de görülmektedir. Tablo 3. Su işleme derinliğine ait açıklatıcı istatistikler türü N Gün Gün (mm) Std (mm) Std K Türü Gün K U K K Sınıfı Türü Gün Ort K Tablo. gün verilerine ait Duncan testi sonuçları Farklı olan gruplar Ort 28 Geçirimlilik değeri, mm Tablo. gün verilerine ait Duncan testi sonuçları Sınıfı 24 Ortalamalar arsındaki farkın belirlenmesinde çoklu karşılaştırma yöntemlerinden Duncan testi kullanılmıştır (Tablo ve ). Zaman faktörünün iki seviyesi ( ve gün), sınıfı faktörünün ise iki seviyede ( ve ) gerçekleştirilmiş tekrarlanan ölçümlü varyans analizi sonucunda, sınıfı* türü interaksiyonu istatistikî olarak önemsiz bulunmuştur (α<0.0) (Tablo 4). Ayrıca, katkı türünün kendi aralarında birbirinden farklı olduğu görülmüştür Farklı olan gruplar : Ref K : Ref Sınıfı: K Gün Gün Sınıfı: Şekil 2.,, K ve Referans betonunun geçirimlilik değerleri Tablo 3 te görüldüğü gibi su işleme derinliği zaman faktörüne göre, kendi içerisinde istatistiki olarak önemsiz olmakta birlikte, 90 günlük örneklerde daha az olmaktadır. Bunun nedeni ise agrega-hamur ara yüzeylerinin etkisinin artması ve bunun sonucu olarak da su işleme derinliğinin azaldığı söylenebilir K Tablo 4. Su işleme derinliğine ait varyans çözümleme tablosu Gün Varyans Kaynağı Sınıfı Sınıfı * Serbest derec Gün F Anlam. düzeyi (p) F Anlam. düzeyi (p)

4 Gökhan DURMUŞ / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT, SAYI 4, 2008 Gerçekleştirilen Duncan çoklu karşılaştırma testi sonuçlarıma göre geçirimlilik değerleri zaman faktörü bakımından; 28 günlük betonunun, ve kimyasal katkının referans betonuna göre farklı olduğu, 28 gündeki betonunun Referans ile kimyasal katkının arasın fark olmadığı ancak ve bunlardan farklı olduğu, 90 gündeki betonunun ile kimyasal katkının arasında fark olmadığı, bunlardan, ise hepsinden farklı olduğu, 90 gündeki betonunun Ref, ve Kimyasal katkının arasında fark olmadığı ancak katkılı betonun bunlardan faklı olduğu, görülmektedir. Şekil 3 de,, K ve Referans betonuna ait basınç değerleri verilmiştir. ve beton sınıflarında göre en yüksek basınç dayanımının içeren beton örneğinde çıktığı gözlemlenmiştir. Basınç dayanım değerleri, Mpa Su işleme değerlerine göre zamana bağlı olarak değişimini belirlemek amacıyla, su işleme derinliği ile basınç değerleri arasında regresyon analizi gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen regresyon analizi sonucunda su işleme derinliği-basınç değerleri arasındaki ilişki ikinci dereceden Y= b0+bx+b2x2 model denklemi ile açıklanabilmektedir. Zaman değişimine göre oluşturulan regresyon modeline ilişkin istatistikler Tablo 7 de gösterilmektedir. İstatistikî değerlendirme sonucuna göre beton sınıfları ve katkı türlerine uygulanan regresyon katsayısının iyi sonuçlar verdiği bulunmuştur. Hesaplanan denklemler kullanılarak 28 ve gündeki aralıklardaki su işleme derinliğinin hesaplanabilmesi mümkün olmaktadır. 40 Gün 38 Şekil 3 deki basınç değerlerine göre; beton sınıfının gündeki kontrol betonuna göre örneklerinin ortalama % 7.9, örneklerinin %. ve K ya göre %.2; gündeki kontrol betonuna göre örneklerinin ortalama % 20.9, örneklerinin % 30 ve K ya göre %.2 daha yüksek sonuç verdiği, beton sınıfının gündeki kontrol betonuna göre; örneklerinin ortalama % 7.2, örneklerinin %9.9 ve K ya göre % 0.; gündeki kontrol betonuna göre örneklerinin ortalama % 22.8, örneklerinin % 8 ve K ya göre %.4 daha yüksek sonuç verdiği görülmektedir. Gün SONUÇ VE ÖNERİLER Ref K K Şekil 3.,, K ve Referans betonların basınç dayanım değerleri Bu çalışmada, çimento yerine karışıma %0 oranında ve ikame edilerek yapılan ve günlük deney sonuçlarına göre;. Geçirgenlik değerlerine göre mineral katkılı betonların daha az geçirgen olduğu ve zaman faktörüne göre daha da azaldığı Tablo 7. Zaman ve beton türlerine göre geçirimlilik- basınç dayanımı arasındaki ilişkiyi gösteren regresyon modelleri sınıfı Zaman Faktörü Regresyon Katsayısı Regresyon Denklemi Anlam. düzey Y=-20,947+30,78*X-0,70*X2 Y=9,789-9,7*X+0,379*X2 Y= *X+3.20*X2 Y= *X+2.29*X2 Y=-42,7+0.7*X-9.74*X2 Y=-89,9+449,9*X-7,478*X2 K Y=-9,88+,7*X-,39*X2 Y=3088, *X+4,3*X2 Y=2,3-3,9*X+0,498*X2 Y=-003,20+9*X-.*X2 Y=07,-34,*X+*X2 Y=3727,7-97,7*X+2,4*X2 Y=30,28-77,73*X+9,92*X2 Y=02,-4,83*X+7,2*X2 K Y=-82,377+,33-,3*X2 Y=-2248,+3,929*X+-,877*X2 382

5 FARKLI BETON SINIFLARINDA SU İŞLEME DERİNLİĞİNİN SINIFLANDIRIL / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT, SAYI 4, beton sınıfındaki betonların gündeki geçirimlilik değeri kontrol betonuna göre; örneklerinin ortalama % 0, örneklerinin %.9, Kimyasal katkı da % 0., gündeki kontrol betonuna göre; örneklerinin ortalama %., örneklerinin %2., Kimyasal katkıya da %.9, daha az sonuç vermiştir. 3. beton sınıfındaki betonların gündeki geçirimlilik değeri kontrol betonuna göre; örneklerinin ortalama % 7.2, örneklerinin %7.2, Kimyasal katkı da % 3.2 daha az sonuç vermiştir günde kontrol betonuna göre; örneklerinin ortalama %0.3 örneklerinin %. Kimyasal katkılı da göre % ve beton sınıflarında en yüksek basınç dayanımını sırasıyla, ortalama 30. MPa ve 39.4 MPa ile silis dumanı katkılı beton örnekleri vermiştir. Çünkü çok ince taneli olmasından dolayı gözenek yapısını daha geçirimsiz hale getirdiği düşündürmektedir. Ayrıca diğer katkı malzemesi ün küresel formda olması ve yer yer kümeleşmelerin oluşması içeren beton numunenin silis dumanına göre daha az geçirgen olduğunu göstermektedir. Mineral katkılarda silis dumanı ve uçucu külün, Sertleşmiş betondaki dayanımını arttırdığı, su geçirimliliği azalttığından yapılan çalışma literatür bilgileriyle uyumlu sonuçlar vermiştir.. KAYNAKLAR. Ersoy, H. Y., Alçı, Sünger Taşı ve Cam Lifi Kompoziti, İstanbul Teknik Üniversitesi Yayınevi, Yıldız S, Yalınbaş M ve Keleştemur O., Silis dumanı katkılı yapı alçılarında eğilmede çekme dayanımının araştırılması Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 20, No 3, , 200 Cilt: 20, No: 3, Syf: , Malhotra, V., M., Superplasticized Fly Ash Concrete For Structural Concrete Application Concr Int cilt no: 8., Syf: 28-3, Malhotra, V. M., Mehta, P. K., High Performance, High Volume Fly Ash Concrete. Supplementary Cementing Materials For Sustainable Development Inc., Ottowa, Erdoğan Y.Turhan,, Syf:83, Ankara, Yeğinobalı, A., Silis Dumanı ve Çimento ile da Maddesi Olarak kullanılması,tçmb/ar-ge/ Y0.0 3.Baskı, Ankara, Khayat,K.H. and Aitcin P.C., Silica Fume in Concrete: an Overview, ACI SP-, 83-8, ACI, Detroit, Şimşek, O., ve Teknolojisi, Seçkin Basım ve Dağıtım, Ankara, Şimşek O., Erdal M., ve Sancak E., Silis Dumanının Çelik Lifli un Eğilme Dayanımına Etkisi, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 20, No 2, -, Bentur, A. Goldman A. ve Chen, M.D., The contributions of the transtion zone to the strength of high quality silica fume concretes, Pittsburgh, ACI Committee 234, Guide for the use of slica fume in concrete. American Concrete Institute, Farmington Hills, Sellevod, E.J., Review: Microsilica in Concrete, Project Report No: EJSTJJ, Norwegian Building Resarch Institute, Oslo, Sellevold, E.J., ve Nilsen, T., Condenset silica fume in concrete: a world review, Supplementary Cementing Materials for Concrete, -243, CANMET, Ottowa, Ezeldin, A. and Balaguru, P., Bond Behavior of Normal and High-Strength Fiber Reinforced Concrete ACI Materials Journal, v. 8, n., -24, TS EN Kimyasal lar-, Harç ve Şerbet İçin- Bölüm 2: ları- Tarifler ve Özellikler, Uygunluk, İşaretleme ve Etiketleme, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Özturan, T., Özel, M. Ve Şigaher, A.N. Süper akışkanlaştırıcı dozajının uçucu kül ve silis dumanı katkılı betonlarda işlenebilme ve dayanıma etkisi. Teknolojisinde Mineral ve Kimyasal lar. 4. Ulusal Kongresi, 30 Ekim- Kasım, syf:-3., İstanbul, TS 802, Karışım Hesap Esasları, TSE, Ankara, TS EN , - Sertleşmiş Deneyleri - Bölüm 8: Basınç Altında Su İşleme Derinliğinin Tayini, Ankara, TS EN Sertleşmiş Deneyleri- Bölüm 3: Deney Numunelerinde Basınç Dayanımının Tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara,