GENLEŞTİRİLMİŞ KİL AGREGASI ÜRETİMİ EXPANDED CLAY AGGREGATE PRODUCTION

Transkript

1 GENLEŞTİRİLMİŞ KİL AGREGASI ÜRETİMİ EXPANDED CLAY AGGREGATE PRODUCTION Ömer ARIÖZ 1, Bekir KARASU 2, Mesut KORKUT 1, Ahmet TUNCAN 1, Mustafa TUNCAN 1 1 Anadolu Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Eskişehir 2 Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, Eskişehir ÖZET Bu deneysel çalışmada, tuğla ve kiremit yapımında kullanılan kil, albit (sodyum feldispat) flotasyon atığı ile ağırlıkça % 10 ve 20 olmak üzere iki farklı oranda karıştırılıp 1000, 1100, 1125, 1150, 1200 ve 1250 C de ısıl işleme tabi tutularak genleştirilmiş kil agregası üretilmiştir. Sonrasında, agregaların özgül ağırlık ve su emme özellikleri belirlenip doğal agregaların ilgili özellikleriyle karşılaştırma yapılmıştır. Böylesi bir yöntemle yerel olarak bol miktarda mevcut kilden, flotasyon atığı katkısıyla su emme değerleri % 9-17, özgül ağırlıkları 2,25-2,55 arasında değişen genleştirilmiş kil agregaları üretilmiştir. Ayrıca, mevcut çalışmada albit cevher hazırlamasında kullanılan flotasyon işlemi sonrasında ortaya çıkan flotasyon atığı olumlu bir şekilde değerlendirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Kil, flotasyon atığı, değerlendirme, genleştirilmiş agrega. ABSTRACT In this experimental study, brick and roof tile clay was combined with albite (Nafeldspar) floatation waste by 10 and 20 wt. % and subjected to heat treatment at the temperatures of 1000, 1100, 1125, 1150, 1200 and 1250 C and expanded clay aggregates were produced. Then, the specific gravities and water absorption properties of the aggregates were determined and compared with the corresponding properties of natural aggregates. By this method, expanded clay aggregates with the addition of albite flotation wastes, which are obtained from the floatation process during the albite ore treatment, having water absorption values of 9-17 % and specific gravity values of were produced. Keywords: Clay, flotation waste, utilisation, expanded aggregates. 666

2 1.GİRİŞ Beton, agrega, çimento ve su karışımından elde edilen ve çok kullanılan kompozit bir yapı malzemesidir [1-5]. Agrega beton hacminin yaklaşık olarak % 75 ini oluşturduğundan, taze ve sertleşmiş betonun özelliklerini önemli ölçüde etkilemektedir. Beton karışım hesaplarında, agregaların özgül ağırlığı ve su emme gibi özelliklerinin bilinmesi gereklidir [1]. Agreganın kullanılmasıyla beton, hacim değişikliklerine karşı daha dirençli hal almaktadır. Ayrıca, agrega hem beton özelliklerini hem de beton karışımında kullanılan malzeme miktarlarını dolayısıyla da, betonun ekonomikliğini etkilemektedir [4]. Agregaları birçok şekilde sınıflandırabilmek mümkündür. Kaynağına göre doğal ve yapay olarak ikiye, özgül ağırlık veya birim ağırlıklarına göre ise normal ağırlıklı, hafif ve ağır olmak üzere üçe ayrılırlar. Kırmataş, çakıl, kum gibi agregalar doğal, genleştirilmiş kil veya perlit agregası ve yüksek fırın cürufu agregası ise yapay kaynaklıdır [4]. Kırmataş ve dere çakılı gibi agregalar genellikle normal, pomza ise hafif ağırlıklı sınıfındandır. Hafif agregalar hafif taşıyıcı betonların üretilmesinde veya yalıtım özelliği yüksek panellerin yapımında kullanılabilirler. Betonarme yapılarda betonun birim ağırlığının yüksek olması, yapıların ağırlığını artırmakta bu da kesitlerin büyümesine yol açmaktadır. Dolayısıyla, yapının ağırlığı bir miktar daha artmakta ve zeminde önemli kuvvetler oluşmaktadır [6]. Hafif taşıyıcı beton üretimi son zamanlarda popüler hale gelmiştir. Hafif agrega ile üretilen hafif betonlar günümüzde taşıyıcı olmayan fakat yüksek yalıtım gerektiren yerlerde de tercih edilmektedir. Bunların başında fabrika inşaatlarının yalıtım özellikli duvar panelleri, tuğla gibi bloklar, çatı ve taban betonları gelmektedir. Böylesi betonların kalınlığı cm civarında olup yüksek yalıtım sağlanmaktadır. Hafif beton eldesi için, doğal kaynaklı hafif agrega sağlamak, kaynakların yöreselliği yüzünden pek kolay değildir. Nakliyat işlemleri ise agregaların maliyetini önemli ölçüde artırmaktadır. Sonuçta, hafif agregaların yapay olarak özellikle de çok yaygın ve bol miktarda bulunan malzemelerden üretilmesi büyük önem kazanmıştır. Doğada kolayca bulunabilen kilin belirli ısıl işlemlerden geçirilmesiyle hafif agrega üretilebilmektedir. Seramik eldesinde kullanılan hammaddeler sinterlenme sırasında bünyelerinde bulunan gaz bileşenlerini C gibi yüksek sıcaklıklarda açığa çıkarırlar ve bunların bir kısmı malzeme içinde hapsolarak malzemeyi genleştirir. Bu genleşme kendiliğinden ortaya çıkabileceği gibi çeşitli gözenek oluşturucularla bilinçli bir biçimde de elde edilebilir. Mevcut çalışmada, gözenek oluşturmak için % 10 ve 20 oranında flotasyon atığının katıldığı tuğla-kiremit kilinden değişik sıcaklıklarda ısıl işlem uygulanarak genleştirilmiş kil agregası üretilmiştir. Üretilen agregaların su emmeleri ve özgül ağırlıkları ölçülmüş ve flotasyon atığı miktarı ile ısıl işlem sıcaklığının bahsedilen agrega özelliklerinin üzerindeki etkisi araştırılmıştır. 2. DENEYSEL ÇALIŞMA Bu çalışmada, tuğla ve kiremit kili yukarıda belirtildiği üzere % 10 ve 20 olmak üzere iki farklı oranda flotasyon atığı ile karıştırılıp farklı boyutlara getirildikten sonra düşük, orta ve yüksek sıcaklıklarda ısıl işleme tabi tutulup genleştirilmiş kil agregaları üretilmiştir. Flotasyon atığı katkısı ve ilgili ısıl işlem sıcaklıkları Çizelge 1 de gösterilmiştir. 667

3 Çizelge 1. Flotasyon atığı katkısı ve uygulanan ısıl işlem sıcaklıkları Table 1. Amounts of floatation waste and heat treatment temperatures Flotasyon Atığı Isıl İşlem Sıcaklığı ( C) Katkısı (%) eridi (+) uygulandı, (-) uygulanmadı. Elde edilen agregaların temel hammaddesi kildir. Kil, halkalı değirmende öğütülerek toz haline getirilmiş daha sonra flotasyon atığı katkısıyla bilyeli değirmende öğütmeye devam edilmiştir. Böylece malzeme homojenize edilmiştir. Hazırlanan ıslak çamurun işlenebilir hale gelmesi için kurutma işlemi uygulanmış ve daha sonra plastik çamur misket formuna sokulmuştur. Bu formdaki kil agregaları etüvde 24 saat ön kurutma işlemi sonrasında döner fırında Çizelge 1 de gösterilen sıcaklıklarda ısıl işleme tabi tutulmuştur. Fotoğraf 1 üretilen genleştirilmiş kil agregalarını göstermektedir. Fotoğraf 1. Üretilen genleştirilmiş kil agregaları. Photo 1. Produced expanded clay aggregates. Genleştirilmiş kil agregalarının su emme değerleri ve özgül ağırlıkları belirlenmiştir. Su emme deneylerinden önce agregalar etüvde en az 24 saat değişmez ağırlığa gelinceye kadar kurutulup (W kuru ) 24 saat laboratuarda su içerisinde bekletilmiş, devamında sudan çıkarılarak yüzeyleri kurulanmıştır. Sonra tekrar tartılarak doygun yüzey kuru haldeki ağırlıkları (W dyk ) ölçülüp aşağıdaki formüle göre su emme miktarları yüzde olarak hesaplanmıştır. 668

4 Wdyk Wkuru Su emme (%) = (1) W kuru Bu çalışmada, genleştirilmiş kil agregalarının özgül ağırlıklarının hesaplanmasında Arşimet düzeneği kullanılmıştır. Özgül ağırlık aşağıdaki formül yardımıyla hesaplanmıştır. ÖA P P P 1 = (2) 1 2 ÖA, P1 ve P2 sırasıyla, özgül ağırlık, numunenin dışarıdaki ağırlığı ve numunenin su içerisindeki ağırlığıdır. 3. BULGULAR VE TARTIŞMA Doğal olarak agrega tanelerinin içinde gözenekler bulunmaktadır. Bunlar iki farklı tipte olabilmektedir: Suyun içeri sızabildiği dış yüzeye açılan gözenekler veya su geçirmez gözenekler. Birinci tip, agregaların su emme kapasitelerini doğrudan etkiler. Miktarları arttığında agregaların su emme oranı da artar. Su emme kapasitesi beton karışımı hesaplarında istenilen betonu en doğru şekilde üretebilmek için bilinmesi gereken bir özelliktir. Bu çalışmada da agregaların su emme değerleri bulunmuştur (Şekil 1). Genleştirilmiş kil agregalarının su emme değerleri doğal kaynaklardan elde edilen agregalara oranla biraz yüksek çıkmaktadır. Söz konusu değerler % 9-17 arasında değişirken kireçtaşından elde edilen kırmataş agregası için % 1 dolaylarındadır. Ancak, bu agregalar hafif agrega olarak ele alınırlarsa belirtilen miktarların yüksek olmadığı anlaşılır. Zira, doğal kaynaklardan elde edilen hafif agregaların su emme değerleri de yüksektir. Kullanılan flotasyon atığı miktarının artmasıyla bir miktar daha yüksek su emme değerleri gözlenmiştir. Ancak, bu fark önemsenecek kadar çok değildir. Isıl işlem sıcaklığındaki artışın da agregaların su emme değerlerini bir miktar yükselttiği gözlenmiştir. 669

5 Su emme (%) % 10 Flotasyon atığı katkılı % 20 Flotasyon atığı katkılı Isıl işlem sıcaklığı ( o C) Şekil 1. Genleştirilmiş kil agregalarının su emme değerleri. Figure 1. Water absorption values of expanded clay aggregates. Agregaların özgül ağırlığı betonun birim ağırlığını doğrudan etkilemektedir. Ayrıca, bu değerler, betonda yer alacak malzeme miktarlarının hesaplanmasında kullanılmaktadır. Şekil 2 mevcut çalışmada üretilen genleştirilmiş kil agregalarının özgül ağırlık değerlerinin flotasyon atığı oranı ve ısıl işlem sıcaklığı ile değişimlerini göstermektedir % 10 Flotasyon atığı katkılı % 20 Flotasyon atığı katkılı Özgül ağırlık Isıl İşlem Sıcaklığı ( o C) Şekil 2. Genleştirilmiş kil agregalarının özgül ağırlık değerleri. Figure 2. Specific gravities of expanded clay aggregates. 670

6 Genleştirilmiş kil agregalarının özgül ağırlık değerleri 2,25 ile 2,55 arasında değişmektedir. Kireçtaşından elde edilen ve beton yapımında sıklıkla kullanılan kırmataş agregaların özgül ağırlığı ise 2,7 civarındadır [7]. Buna göre gözenekli kil agregaların doğal kırmataş agregasından daha hafif olduğu söylenebilir. Flotasyon atığı katkısı % 10 olan kil agregalarının özgül ağırlığı 1125 C ısıl işlem sıcaklığına kadar sıcaklıkla birlikte artmakta, ancak daha yüksek sıcaklıklarda ısıl işlem gören agregalar için ısıl işlem sıcaklığıyla birlikte azalmaktadır. Flotasyon atığının % 20 olduğu karışımlar için; 1200 C de işlem gören kil agreganın özgül ağırlığı 1100 C dekilerden daha düşüktür. Bu sonuçlara göre ısıl işlem sıcaklığı ile gözenek miktarı değişmektedir. Flotasyon atığı oranı % 10 dan % 20 ye çıktığında biraz daha düşük özgül ağırlık değerleri elde etmek mümkündür. Burada kilin hammadde özellikleri de önemlidir. Başka kaynaklardan alınan killerde farklı sonuçlar gözlemlemek mümkündür. 4. SONUÇLAR 1. Yerel olarak bolca bulunan kil hammaddesinden, flotasyon atığı katkısıyla ve ısıl işlem uygulayarak su emme değerleri % 9-17, özgül ağırlıkları 2,25-2,55 arasında değişen genleştirilmiş kil agregaları üretilmiştir. 2. Bu çalışmada, albit (sodyum feldispat) cevher hazırlamasında kullanılan flotasyon işlemi sonrasında ortaya çıkan flotasyon atığı olumlu bir şekilde değerlendirilmiştir. 5. KAYNAKÇA [1] Neville, A. M., Properties of Concrete, Pitman Boks Limited, London, [2] Mindess, S. and Young, J. F., Concrete, Prentice-Hall Inc., New Jersey, [3] Troxell, G. E., Davis, H. E. and Kelly, J. W., Composition and Properties of Concrete, McGraw-Hill Book Company, New York, [4] Erdoğan, T.Y., Beton, ODTÜ Yayınevi, Ankara, [5] Taylor, W. H., Concrete Technology and Practice, McGraw-Hill Book Company, Sidney, [6] Sönmez, R., Demir, M., Ekim, H., Stiropor Hafif Agregalı Beton, [7] Arioz, Ö., Beton Dayanımının Standart, Tahribatlı, Tahribatsız ve Yarı-Tahribatlı Yöntemlerle Belirlenmesi, Doktora Tezi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü,