Geri Kazanılmış Agregalı Beton

Transkript

1 Geri Kazanılmış Agregalı Beton Yrd. Doç. Dr. Özgür ÇAKIR Araş. Gör. M. Mansur TÜFEKÇİ Y.T.Ü., İnşaat Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemeleri ABD Davutpaşa, İstanbul Tel: (212) E-Posta: Özet Geri kazanılmış iri agreganın beton üretiminde kullanılabilirliğinin araştırıldığı bu çalışmada doğal agregalar ile üretilen geleneksel betonda kullanılan iri agrega, geleneksel betondan elde edilen geri kazanılmış agrega ile %0, %25, %50 ve %100 oranlarında yerdeğiştirilmiştir. Doğal agregalar kullanılarak su/çimento oranı 0.50 olan, 380 dozlu, XS1 etki sınıfına maruz kalacağı düşünülen, hedef dayanımı C30/37 betonu üretilmiş, fiziksel ve mekanik deneyler gerçekleştirildikten sonra betonlar çeneli kırıcı ile kırılarak doğal iri agrega ile aynı granülometriye getirilerek geri kazanılmış agrega elde edilmiştir. Daha önce yapılan araştırmalar incelendiğinde geri kazanılmış agreganın su emme oranı çok yüksek olduğu bilindiği için geri kazanılmış agregalar 24 saat suda bekletilmiş ve laboratuar ortamında kurutularak suya doygun yüzey kuru duruma getirilmiştir. Geleneksel beton serisi ile aynı karışım oranları ve işlenebilmeye sahip geri kazanılmış agregalı beton serileri üretilmiş, hazırlanan beton numunelerde 7. ve 28. günlerde fiziksel ve mekanik deneyler yapılmıştır. 1. Giriş İnşaat sektörü; hammaddesinin %50 sini doğadan sağlamakta, toplam enerjinin %40 ını tüketmekte ve toplam atıkların %50 sinin oluşumuna neden olmaktadır. Oluşan inşaat atıkların içeriği yaklaşık % 40 beton, %30 seramik, %10 ağaç, %5 metal, %5 plastik ve geri kalan %10 ise çeşitli malzemelerden oluşmaktadır (Oikonomou, 2005). Doğal kaynakların verimli kullanımı ve çevrenin korunumu ilkesi ülkelerin sürdürülebilir gelişme sürecinde önem kazanan unsurlardır. İnşaat sektörü açısından bakıldığında beton üretiminde ciddi oranda agrega tüketimi gereksiniminden dolayı, geri kazanılmış agregaların beton üretiminde yeniden kullanılması sektörde sürdürülebilirlik bakımından bu ilkeleri dikkate alan önemli bir süreçtir (Xiao and Falkner, 2007; Cabral ve diğ., 2010; Corinaldesi, 2010). Beton üretiminde en fazla kullanılan malzeme olan agrega ihtiyacındaki artışa bağlı olarak doğal agrega kaynaklarının hızla azalması ve yerleşim yerlerine uzak kalması maliyetin artmasına neden olmaktadır. Ayrıca hizmet ömrünü tamamlamış, eskimiş ve yıkılmış yapılarda meydana gelen beton atıkların büyük miktarlarda olması çevresel, ekolojik ve ekonomik olarak birçok problem doğurmaktadır (Chandra, 2010). Bu problemin çözümlerinden biri bu atıkların betonda agrega olarak kullanılmasıdır (Khalaf, DeVenny, 2004). Agregaların yeniden kullanılması fikri, II. Dünya Savaşı sonrası yeniden yapılanma sürecine giren Avrupa da ortaya çıkmıştır. Küresel ölçekte bakıldığında; geri kazanılmış agrega 1

2 kullanımı konusunda standart ve yönetmelikler hazırlanmakta ve geri kazanımın teşviki için mali kolaylıklar sağlanmaktadır. Almanya, Belçika, Bulgaristan, Danimarka, Fransa, İspanya, Avustralya, ABD ve Japonya gibi ülkelerde; agrega elde edilebilecek potansiyel alanların sınırsız olmayışı ve inşaat atık yönetiminin sorunları nedeni ile "geri kazanılmış agrega"nın değerlendirilmesi, endüstriyi teşvik politikaları ile büyük önem kazanmakta ve bu konuda endüstriyel ölçekte uygulaması olan çalışmaların artmasını sağlamaktadır (Kawano, 2003; Gilpin ve diğ., 2004). Ülkemizde, özellikle İstanbul ve benzeri büyükşehirlerde hızlı kentleşme sürecine bağlı olarak agrega rezervlerinin hızla tüketilmesi ile çok yakın gelecekte sıkıntı yaşanacağı açıktır lü yıllarda, dünyada enerji tasarrufu ve çevreyi koruma yönelik geliştirilen sürdürülebilirlik kavramı ile birlikte, başta Avrupa ülkeleri olmak üzere geri kazanılmış agreganın beton sektöründe kullanılmaya başlandığı görülmektedir (Arıoğlu ve diğ., 1996). Birçok ülkede yapılan deneysel araştırmalar sonucunda beton agregası ile ilgili standartlarda geri kazanılmış agreganın kullanımı ile ilgili olarak bilgilere yer verilmeye başlanmıştır. Türkiye de ise bu konu ile ilgili olarak Nisan 2009 da yürürlüğe giren TS 706 EN A1 standardında geri kazanılmış agreganın tanımı ve sınıflandırılması yapılıp, bu tip agregalar için genel agrega deneylerinde nelere dikkat edileceği bildirilmiştir. Bu standartta ayrıca yeni deney metotlarının da hazırlandığı ifade edilmektedir. Geri kazanılmış agregaların kullanım alanları temin edildikleri beton özelliklerine bağlıdır. Geri kazanılmış agregaların üzerine bulunan sertleşmiş harç kalıntılarının elastisite modülü düşük olduğundan, geri kazanılmış agregalar ile üretilen betonların elastisite modülü doğal agregalar ile üretilen betonların elastisite modülünden daha düşük olmaktadır (Belen ve diğ., 2011; Grdic ve diğ., 2010). Ayrıca beton üretiminde kullanılan geri kazanılmış agrega oranı arttıkça, betonun basınç dayanımı ve elastisite modülü azalmaktadır (Eguchi ve diğ., 2007). Ancak yüksek dayanımlı betonun kırılması ile elde edilen kaliteli agrega kullanılması durumunda normal iri agrega ile yer değiştirme oranının basınç dayanımı üzerine etkisi olmadığı belirtilmektedir (Malešev ve diğ., 2010). Su emme oranı agreganın boşluk yapısıyla bağlantılı olduğundan, agreganın ince, iri ve yüzeyinde yapışan çimento hamurundan kalan kısım miktarına bağlı olarak değişmektedir (Rao ve diğ., 2007). Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda %3 ile %12 arasında su emme oranına sahip geri kazanılmış agreganın, %0.5 ile %1 arasında olan normal agreganın su emme oranından çok yüksek olduğu ifade edilmektedir (Katz, 2003). Normal agregalara kıyasla geri kazanılmış agregaların su emme değerleri daha fazla olduğundan, geri kazanılmış agregaların beton üretiminde kullanılmadan önce su 2

3 emme değerlerinin belirlenmesi veya suya doyurulduktan sonra kullanılması gerekmektedir (Grdic ve diğ., 2010). Geri kazanılmış iri agreganın doygun yüzey kuru durumda beton üretiminde kullanılması çökme kayıplarını engellemekte ve doğal agrega ile üretilen betonlarla aynı işlenebilme değerleri elde edilebilmektedir (Çelik, 2007). Çizelge 1 Geri kazanılmış agreganın taze beton özelliklerine etkisi (FHWA, 2007) Özellikler Doğal agregalı benzer karışımlı betona göre değişim oranları Sadece geri kazanılmış iri agrega kullanılan 3 Geri kazanılmış iri ve ince agrega kullanılan Su ihtiyacı Yüksek Çok yüksek Kuruma rötresi %20-50 artma % artma İşlenebilme %5-10 azalma %5-10 azalma Çizelge 2 Geri kazanılmış agreganın sertleşmiş beton özelliklerine etkisi (FHWA, 2007) Özellikler Doğal agregalı benzer karışımlı betona göre değişim oranları Sadece geri kazanılmış iri agrega kullanılan Geri kazanılmış iri ve ince agrega kullanılan Basınç dayanımı %5-24 azalma %15-40 azalma Elastisite modülü %10-33 azalma %25-40 azalma Yarmada Çekme Dayanımı %10 azalma %10-20 azalma Özgül ağırlık %5-10 azalma %5-10 azalma Termal genleşme Biraz daha az Biraz daha az Sünme %30-60 artma %30-60 artma Çizelge 3 Geri kazanılmış agreganın betonun dayanıklılığına etkisi (FHWA, 2007) Özellikler Doğal agregalı benzer karışımlı betona göre Sadece geri kazanılmış iri agrega kullanılan değişim oranları Geri kazanılmış iri ve ince agrega kullanılan Geçirimlilik % artma % artma Donma çözülme direnci Hava boşluğuna bağlı Hava boşluğuna bağlı Karbonatlaşma %65 artma %65 artma Sülfata karşı direnç Karışıma bağlı Karışıma bağlı Korozyon hızı Daha hızlı Daha hızlı

4 2. Deneysel Çalışma Geri kazanılmış agregaların beton üretiminde yeniden kullanılabilirliğinin araştırılması amacı ile planlanan deneysel çalışma, numune üretimi, numunelerin kürü, geri kazanılmış agrega elde edilmesi, numune üretilmesi ve kontrol deneyleri olmak üzere 5 aşamada gerçekleştirilmiştir. Beton üretiminde CEM I 42,5 R çimentosu ve polikarbosilik eter esaslı yeni ikinci nesil süperakışkanlaştırıcı kimyasal katkı maddesi kullanılmıştır. Agrega Deneyleri Doğal ve geri kazanılmış agregaların birim ağırlık, özgül ağırlık, granulometri ve karışım oranları Çizelge 4 te ve iri agregaların Los Angeles parçalanma, su emme ve organik madde tayini deney sonuçları Çizelge 5 te verilmiştir. Çizelge 4 Agregaların fiziksel özellikleri ve karışım oranları Tane Karışım Agrega β γ Agregalar Boyutu Tipi (kg/dm 3 ) (kg/dm 3 Oranı ) (mm) (%) Doğal Kum (F1) Silis Esaslı Kırma Kum (F2) Kalker Kırma Taş (C1) Esaslı Kırma Taş (C2) Geri Kazanılmış (C2) Çizelge 5 Doğal ve geri kazanılmış iri agregalarda yapılan deney sonuçları Agregalar Los Angeles Su Emme Oranı Organik Katsayısı (%) Madde Kırma Taş Yok Geri Kazanılmış Yok Şekil 1 Beton atıklarının çeneli kırıcı ile kırılması ve elenmesi 4

5 Şekil 2 Farklı tane boyutunda elde edilen geri kazanılmış agregalar Şekil 3 Doğal ve geri kazanılmış iri agregalarda Los Angeles deneyi öncesi ve sonrası 5

6 Hava İçeriği (%) Numune Üretimi Doğal (N) ve geri kazanılmış agrega (R) ile üretilen beton serilerinde çimento dozajı 380 kg/m 3 ve su/çimento oranı 0.50 ile sabit tutulmuştur. Beton üretimde doğal kumdan %10, kırma kumdan %20, 1 nolu iri agregadan %30 ve 2 nolu iri agregadan %40 oranında kullanılarak karışım agregası oluşturulmuştur. Doğal agregalarla üretilen betonda akıcı kıvam (S4) %0.8 oranında süperakışkanlaştırıcı katkı maddesi ile sağlanmıştır. Doğal agrega ile üretilen geleneksel betonun 7. ve 28. günde kırılması sonucunda elde edilen geri kazanılmış agrega, doğal iri agrega ile aynı granülometriye getirildikten sonra 24 saat suya doyurulmuş ve suya doygun yüzey kuru (SDYK) durumda iken %0 (N) %25 (R25), %50 (R50) ve %100 (R100) oranlarında yer değiştirilerek geri kazanılmış agregalı beton numuneler üretilmiştir. %25, %50 ve %100 oranında geri kazanılmış iri agrega kullanılarak üretilen taze betonda akıcı kıvam (S4) sırası ile %1.0, %1.0 ve %1.2 oranında süperakışkanlaştırıcı katkı maddesi ile sağlanmıştır. Taze beton özellikleri Çizelge 6 de verilmiştir. Çizelge 6 Taze beton özellikleri. Birim Hava Ve-Be Numune Kodu Ağırlık Boşluğu (kg/m 3 (sn) ) (%) N R R R DENEY SONUÇLARI Hava içeriği Çökme (cm)/s TS EN `e uygun olarak yapılmış olan taze betonda hava içeriği sonuçları Şekil 4 te gösterilmiştir. Doğal agreganın %0 (N), %25 (R25), %50 (R50) ve %100 (R100) oranında geri kazanılmış iri agrega ile yer değiştirilmesiyle üretilen serilerin hava içeriği sırası ile %1.0, %1.2, %0.7 ve %0.9 dır. Geri kazanılmış agregalı beton serilerinin hava içeriği doğal agregalı beton serisine kıyasla belirgin bir farklılık göstermemiştir. S N R25 R50 R100 Şekil 4 Taze betonda hava içeriği 6

7 Basınç Dayanımı (MPa) Çökme (cm) İşlenebilme kaybı Doğal (N) ve geri kazanılmış agrega (R) ile üretilen beton serilerinde işlenebilme %0.8-%1.2 arasında değişen miktarlarda süperakışkanlaştırıcı katkı maddesi kullanılarak sabit tutulmuş (S4) ve beton üretimini takip eden 15 er dakika ara ile 60. dakikaya kadar çökme deneyi tekrarlanarak çökme kayıpları belirlenmiştir. TS EN `ye uygun olarak yapılan çökme deneyi sonuçları Şekil 5 te gösterilmiştir. Deney sonuçlarına göre R25, R50 ve R100 serilerinde, 15. dakikadan itibaren çökme kayıpları doğal agregalı seriye (N) göre %70-95 arasında değişmektedir. Çökme kayıpları 30. dakikadan itibaren tüm serilerde belirgin hale gelmiş, geri kazanılmış agrega oranındaki artışa paralel olarak kayıp oranı artmıştır N R25 R50 R Zaman (dakika) Şekil 5 Taze betonda çökme-zaman ilişkisi Basınç dayanımı 15 cm boyutlu küp numunelerde TS EN `e uygun olarak yapılan basınç deneyi sonuçları Şekil 6 da gösterilmiştir. Basınç dayanımları tüm serilerde zamanla artmıştır. 7. gündeki basınç dayanımları doğal ve geri kazanılmış agrega ile üretilen serilerde birbirine yakın olmakla beraber R100 serisinde N serisine göre yaklaşık %5 daha yüksektir. 28. gündeki basınç dayanımları karşılaştırıldığında en yüksek basınç dayanımı 47.6 MPa ile doğal agregalı (N) beton serisinde, en düşük basınç dayanımı ise 44.3 MPa ile R100 serisindedir. Geri kazanılmış agrega ile üretilen seriler arasında en yüksek basınç dayanımı 46.3 MPa değeri ile R25 serisinde, en düşük 44.3 MPa değeri ile R100 serisindedir. Geri kazanılmış agregalı beton serilerinin basınç dayanımlarında doğal agregalı beton (N) serisine göre % 3-7 arasında azalma olduğu belirlenmiştir Zaman (gün) N R25 R50 R100 Şekil 6 Basınç dayanımı-zaman ilişkisi 7

8 Çekip - çıkarma Dayanımı (MPa) Yarma Dayanımı (MPa) Yarmada çekme dayanımı TS EN ya uygun olarak yapılmış olan yarmada çekme deneyi sonuçlarına göre (Şekil 7), yarma dayanımları tüm serilerde zamanla artmıştır. Doğal agreganın %0 (N), %25 (R25), %50 (R50) ve %100 (R100) oranında geri kazanılmış iri agrega ile yer değiştirilmesi ile üretilen serilerin 7. gün sonuçlarının karşılaştırılmasında geri kazanılmış iri agrega oranı arttıkça yarmada çekme dayanımı azalmıştır. 28. gün sonuçlarına göre ise R25, R50 ve R100 serilerinde sırası ile %1.5, %1.2 ve 2.4 artış olduğu belirlenmiştir. Geri kazanılmış iri agregalı beton serileri arasında yarma dayanımı en yüksek olan seri 3.31 MPa değeri ile R100, en düşük olan 3.27 MPa değeri ile R50 serisidir N R25 R50 R Zaman (gün) Şekil 7 Yarma dayanımı-zaman ilişkisi Çekip-çıkarma dayanımı Çekip-çıkarma dayanımının tüm serilerde zamanla arttığı görülmektedir (Şekil 8). 7 günlük beton serilerinde geri kazanılmış iri agrega miktarı arttıkça çekip-çıkarma dayanımı artmış ve en yüksek 8.7 MPa ile R100 serisinde elde edilmiştir. 28 günlük serilerde ise 7. güne benzer durum görülmektedir. Artış oranı doğal agregalı beton (N) serisine göre R25 serisinde %9.4, R50 serisinde %6 ve R100 serisinde %26 dır. En yüksek artış R100 serisinde meydana gelmiştir N R25 R50 R Zaman (gün) Şekil 8 Çekip-çıkarma dayanımı-zaman ilişkisi 8

9 SONUÇLAR Doğal ve geri kazanılmış agrega ile üretilen taze ve sertleşmiş beton serilerinde yapılan deney sonuçlarına göre; Geri kazanılmış agregalı beton serilerinin hava içeriği normal agregalı beton serisine göre belirgin bir farklılık göstermemiştir. Ancak işlenebilme kayıpları geri kazanılmış agregalı beton serilerinde daha yüksektir. Geri kazanılmış agregalı beton serilerinin basınç dayanımı, doğal agregalı betonun basınç dayanımından yaklaşık %3-%7 daha düşüktür. Bu düşüş, geri kazanılmış agrega miktarı arttıkça artmaktadır. Geri kazanılmış agregalı beton serilerinin 28. gündeki yarma dayanımı, doğal agregalı betonun yarma dayanımından daha yüksektir. Geri kazanılmış agrega miktarı arttıkça yarma dayanımlarında iyileşme görülmektedir. Geri kazanılmış agrega ile üretilen betonların aderans dayanımları doğal agregalı beton serilerinden daha yüksektir. Bu deneysel çalışmada elde edilen bulguların beton ve betonarme numunelerde yapılacak içyapı ve dayanıklılık deneyleri ile desteklenmesi, ülkemizde de geri kazanılmış agregaların beton üretiminde kullanılmasını yaygınlaştıracaktır. Kaynaklar 1.Arıoğlu, E., Köylüoğlu, O.S., Arıoğlu, N. (1996) Dünyada ki geri kazanılmış agrega üretim ve politikalarının gözden geçirilmesi ve Ülkemiz açısından irdelenmesi. 1. Ulusal Kırmataş Sempozyumu, İstanbul, ISÖN Belen, G.F., Fernando, M.A., Diego, C.P., Sindy, S.P. (2011) Stress-strain relationship in axial compression for concrete using recycled saturated aggregate. Construction and Building Materials, Vol.25, pp Cabral,A., Schalch, V., Molin, D. (2010) Mechanical properties modelling of recycled concrete. Construction and Building Materials, Vol. 24, pp Chandra S. (2004) Implications of using recycled construction and demolition waste as aggregate in concrete. Session lead paper, International Conference on Sustainable Waste Management and Recycling, Kingston University, pp , London. 5.Corinaldesi, V. (2010) Mechanical and elastic behaviour of concretes made of recycled-concrete. Construction and Building Materials, Vol. 24, pp Çelik, B. (2007) Recycled Aggregate Concrete at Elevated Temperatures. Ph.D. Thesis, Boğaziçi University, Turkey. 7.Eguchi K, Teranishi K, Nakagome A, Kishimoto H, Shinozaki K, Narikawa M. (2007) Application of recycled coarse aggregate by mixture to concrete construction. Construction and Building Materials, Vol. 21, pp Gilpin Robinson Jr R, Menzie DW, Hyun H. (2004) Recycling of construction debris as aggregate in the Mid-Atlantic Region, USA. Resources, Conservation and Recycling, 42(3): Grdic, Z., J., Curcic, G.A., Despotovic, I. M., Ristic, N.S. (2010) Properties of selfcompacting concrete prepared with coarse recycled concrete aggregate. Construction and Building Materials, Vol. 24, pp Katz, A. (2003) Properties of concrete made with recycled aggregate from partially hydrated old concrete. Cement and Concrete Research, Vol. 33, pp

10 11.Kawano H. (2003) The state of using by-products in concrete in Japan and outline of JIS/TR on recycled concrete using recycled aggregate. Proceedings of the 1st FIB Congress, pp Khalaf, FM, DeVenny AlanS. (2004) Recycling of demolished masonry rubble as coarse aggregate in Concrete: review. ASCE Journal of Materials Civil Engineering, Vol. 16, No. 4, pp Federal Highway Administration (FHWA), (2007)., Use of Recycled Concrete Pavement as Aggregate in Hydraulic-Cement Concrete Pavement. Technical Advisory, Washington. 14.Malešev, M.; Radonjanin, V.; Marinković, S. (2010) Recycled Concrete as Aggregate for Structural Concrete Production. Sustainability, Vol. 2, pp Oikonomou, N. D. (2005) Recycled concrete aggregates. Cement & Concrete Composites, Vol. 27, pp Rao, A., Kumar, N. Jha and Misra, S. (2007) Use of aggregates from recycled construction and demolitionwaste in concrete. Resources, Conservation and Recycling, Vol. 50, No. 1, pp Xiao, J., Falkner, H. (2007) Bond behaviour between recycled aggregate concrete and steel rebars. Construction and Building Materials. Vol. 21, pp