Sugözü Uçucu Külünün Beton Katkısı Olarak Kullanılabilirliği Okan Karahan, Cengiz Duran Atiş Erciyes Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü 38039/Kayseri Tel: 352 437 00 80 E-Posta: okarahan@erciyes.edu.tr Öz Bu çalışmada, yakın zamanda kullanılmaya başlanan Sugözü termik santralinde ikincil ürün olarak meydana çıkan uçucu külün beton içerisinde mineral katkı olarak kullanabilirliği sertleşmiş betonlarda basınç, eğilme, yarmada çekme dayanımları, elastisite modülü, boşluk oranı, su emme oranı, kapiler su emme katsayısı, kuruma rötresi ve donma çözülme özellikleri açısından değerlendirilmiştir. Hazırlanan beton karışımlarının bağlayıcı (çimento+kül) miktarı birim metreküp için yaklaşık 400 kg dır. Bütün karışımlarda, maksimum tane çapı 16 mm olan %55 iri ve %45 ince agrega kullanılmış, su/bağlayıcı oranı 0.35 de, hiper akışkanlaştırıcı ve bağlayıcı oranı da %1 de sabit tutulmuştur. F tipi uçucu kül ağırlıkça ikame yoluyla betona %0, %10, %15, %20, %25, %30 ve %45 oranlarında çimento ile yer değiştirilerek uçucu kül katkılı beton karışımlar hazırlanmıştır. Laboratuar çalışması sonucunda, Sugözü uçucu külünün betonda mineral katkı olarak %30 mertebesine kadar ikame edilebileceği, hatta yüksek oranlarda uçucu kül içeren betonlarda %45 ve üzeri kullanılabileceği, böylece ekonomik ve ekolojik faydalarında elde edileceği kanaati oluşmuştur. Anahtar sözcükler: Beton, Uçucu Kül, Dayanım, Dayanıklılık Giriş Gelişmekte olan ülkelerin ekonomik büyümeleri enerji tüketimlerinin artmasına neden olmaktadır. Ülkemizde de nüfus artışı, yaşama standardının yükselmesi, sanayileşme ve kentleşme enerji gereksinimini hızlı bir şekilde arttırmıştır. Bu gereksinim karşısında mevcut potansiyeller mümkün olduğu kadar çabuk bir biçimde harekete geçilmiş ve hidroelektrik ve termik santraller kurulması bir çözüm olarak gerçekleşmiştir (Tokyay ve Erdoğdu, 1998). Modern termik santrallerde en önemli atık malzeme; toz kömürün yanmasıyla meydana gelen, baca gazlarıyla sürüklenen çok ince kül parçacıklarıdır. Bu ince kül parçacıkları elektrostatik yöntemlerle elektro filtrelerde ve siklonlarda yakalanmakta ve baca gazları ile atmosfere çıkışları önlenmektedir (Ünal ve Uygunoğlu, 2004). 405
Silisli ve alüminli amorf yapıya sahip oldukları, ve çok ince taneli olarak elde edildikleri için, uçucu küller de, aynen ince taneli doğal puzolanlar gibi, puzolanik özellik göstermektedirler; kalsiyum hidroksitle sulu ortamda birleştiklerinde, hidrolik bağlayıcılığa sahip olmaktadırlar. Genellikle, beton katkı maddesi olarak çok büyük miktarlarda kullanılabilmektedirler. Beton karışımının içerisinde yer alan uçucu kül miktarı, çimento ağırlığının %15-%50 si civarında değişebilmektedir (Erdoğan, 2003). Ülkemizde açığa çıkan uçucu küllerin büyük bölümü yüksek kireç içeriklidir ve uçucu kül özellikleri santralden santrale, hatta aynı santralde zamana bağlı olarak büyük değişiklikler gösterebilmektedir (Yazıcı, 2005). Uçucu küllerin ekonomik olarak değerlendirilmesi, kullanılabilir miktara, gerekli nakliye miktarına ve istenen tasarıma bağlıdır (Şengül ve diğ., 2003). Uçucu küllerin sınıflandırılması, kimyasal bileşen yüzdesine göre F tipi ve C tipi olarak sınıflandırılmaktadırlar (ASTM C618, 1998). Türkiye de aktif olarak çalışan 12 adet termik santral vardır ancak, bunlardan sadece ikisinden, Çatalağzı ve Sugözü Termik santrallerinden F tipi uçucu kül elde edilmektedir, diğer tüm santrallere ait uçucu küller ise C tipi uçucu küldür. Uçucu küller, çimento üretiminde puzolanik katkı maddesi ve beton içinde ikincil bağlayıcı madde olarak çimentoyla birlikte, tuğla ve yapı bloğu üretiminde, suni agrega üretiminde, enjeksiyon uygulamalarında, dolgu malzemesi olarak, yol inşaatlarında temel ve temel altı tabakası olarak ve zemin iyileştirmesinde kullanılmaktadır. Bu çalışmada, 2004 yılında faaliyete geçen Sugözü Termik santralinde ikincil ürün olarak meydana çıkan F sınıfı uçucu külün beton içerisinde mineral katkı olarak kullanabilirliği, sertleşmiş betonların dayanım ve dayanıklılık özellikleri açısından araştırılmıştır. Kullanılan Malzemeler ve Özellikleri Çimento Deneysel Çalışmalar Çalışmada Adana Çimento Sanayi tarafından üretilen standart CEM I 42,5 R çimentosu kullanılmıştır. Çimentonun kimyasal özellikleri Tablo 1 de verilmiştir. Başlangıç ve bitiş priz süresi 2. 18 ve 3. 23 saattir. Çimento özgül ağırlığı 3.16 gr/cm 3 olup, Blaine özgül yüzeyi ise 3250 cm 2 /gr dır. Uçucu Kül Çalışmada, Adana nın Yumurtalık ilçesinin Sugözü köyünde kurulu termik santralinde, Kolombiya'dan gemilerle getirilen ithal taş kömürünün yakılmasıyla açığa çıkan F sınıfı uçucu külü kullanılmıştır. Sugözü uçucu külünün kimyasal özellikleri Tablo 1 de verilmiştir. Sugözü uçucu külü, ASTM C618 (1998) standardına göre SiO 2 +Al 2 O 3 +Fe 2 O 3 değerinin %70 nin üzerinde olması ve CaO miktarının %10 dan az olması nedeniyle F sınıfı (düşük kireçli) uçucu kül sınıfına girmektedir. Uçucu külün özgül ağırlığı 2.31 gr/cm 3, Blaine özgül yüzeyi ise 2900 cm 2 /gr dır. 406
Tablo 1 Çimento ve Uçucu Külün Kimyasal Kompozisyonu. Oksit SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO SO 3 K 2 O Na 2 O KK Çimento 19.71 5.20 3.73 62.91 2.54 2.72 0.90 0.25 0.96 Uçucu Kül 52.50 22.82 5.34 7.16 2.56 0.20 0.99 0.48 3.35 Agrega Deneysel çalışmalarda DSİ VI. Bölge Müdürlüğü Kanalet Üretim Fabrikası agrega tesislerinden alınan Çakıt Deresi doğal agregası kullanılmıştır. Beton karışımlarında kullanılan agreganın maksimum tane çapı 16 mm dir. İnce ve iri agreganın kuru yüzey doygun özgül ağırlıkları sırasıyla 2.61 ve 2.70 gr/cm 3 ve su emme kapasiteleri ise sırasıyla %1.2 ve %1.1 dir. Karışımda kullanılan karışık agreganın granülometrisi Tablo 2 de verilmiştir. Tablo 2 Karışık Agrega Granülometrisi. Dane çapı (mm) 0-0.25 0.25-0.50 0.5-1.0 1.0-2.0 2.0-4.0 4.0-8.0 8.0-16.0 Miktar 3.5 11.2 5.2 7.1 18.5 31.1 23.4 Akışkanlaştırıcı Numunelerin hazırlanmasında YKS Glenium 51 hiper akışkanlaştırıcı katkı malzemesi kullanılmıştır. Katkının miktarı çimento ağırlığının %1 i olarak belirlenmiştir. Hiper akışkanlaştırıcının teknik özellikleri Tablo 3 de verilmiştir. Tablo 3 Akışkanlaştırıcının Teknik Özellikleri. Yoğunluk (g/cm3) Klor Renk Homojenite Kimyasal İçeriği 1.07-1.012 <0.1 Amber Homojen Polikarboksilik Eter Zincirleri Beton Karışımları Bu çalışmada, bağlayıcı (çimento+kül) miktarı birim metreküp için yaklaşık 400 kg dır. Bütün karışımlarda, %55 iri agrega ve %45 ince agrega kullanılmış, su/bağlayıcı oranı 0.35 de, ayrıca işlenebilirliği için hiper akışkanlaştırıcı ve bağlayıcı oranı da %1 de sabit tutulmuştur. F tipi uçucu kül ağırlıkça ikame yoluyla betona %0, %10, %15, %20, %25, %30 ve %45 oranlarında çimento ile yer değiştirilerek uçucu küllü beton karışımlar hazırlanmıştır. Üretilen betonlarda bir metreküp için kullanılan yaklaşık malzeme miktarları Tablo 4 de verilmiştir. Tablo 4 Üretilen Betonların Yaklaşık Malzeme Miktarları. Karışım No Çimento (kg/m 3 ) Uçucu Kül (kg/m 3 ) Su (kg) Agrega (kg/m 3 ) YKS (kg/m 3 ) K00 400 0 140 1891 4 K10 360 40 140 1879 4 K15 340 60 140 1874 4 K20 320 80 140 1868 4 K25 300 100 140 1862 4 K30 280 120 140 1856 4 K45 220 180 140 1838 4 407
Deneyler ve Sonuçları Basınç Dayanımı Her bir karışımın basınç dayanımının tayini için 150 150 150 mm lik küp numuneler üretilmiştir. Numunelerin zamanla göstereceği dayanım artışları için 7, 28, 90 ve 365 günlük dayanımları ölçülmüştür. Numuneler, TS EN 12390-4 e (2002) basınç dayanımı-deney makinalarının özellikleri standardına uygun Ele Test 3000 markalı 300 ton basınç kapasiteli preste, TS EN 12390-3 (2003) deney numunelerinde basınç dayanımının tayini standardına uygun olarak deneye tabi tutulmuşlardır. Makine otomatik yükleme sistemi ile küp numuneler 530 kg/sn yükleme hızı ile yüklenmiştir. Uçucu kül katkılı betonlara ait basınç dayanımlarının zamana bağlı olarak artışları Şekil 1 de sunulmuştur. Basınç Dayanımı (MPa) 120 100 80 60 40 20 0 %0 %10 %15 %20 %25 %30 %45 7 28 90 365 Zaman (gün) Şekil 1 Basınç dayanımı - zaman ilişkisi. Şekil 1 de görüldüğü gibi uçucu külün basınç dayanımına etkisi erken zamanlarda olumsuz olmasına karşın zamanla dayanım kazanmaları artmakta ve dayanımları kontrol betonlara yaklaşabilmiştir. Uçucu kül oranı %30 a kadarki betonların basınç dayanımları 90 ve 365 günlerde birbirlerinin dayanımlarına yaklaşık olarak eşdeğer düzeyde dayanım kazanmışlardır. Bu dayanımlar aynı zamanda kontrol beton dayanımlarıyla karşılaştırılabilir düzeyde bulunmuştur. Uçucu külün, zamanla dayanım kazandırdığı görülmüştür. Uçucu kül katkılı betonların basınç dayanımlarının kontrol ve 28 günlük beton basınç dayanımlarına oranları ise Tablo 5 de verilmiştir. Tablo 5 de %30 a kadar uçucu kül katılan betonların 90 ve 365 günlük dayanımlarının kontrol betonuna göre yaklaşık olarak %90 ve üzerinde değerler aldıkları görülmüştür. %45 uçucu kül katkılı betonlarda 90 ve 365 günlük dayanımlarının kontrol betona oranları %81 olmuştur. Uçucu kül katkılı betonların 7 günlük erken dayanımlarının kül oranı arttıkça azaldığı ve 28. günden sonra 90 ve 365 günlerde uçucu küllü betonların dayanım kazanımlarının kül oranının artışı ile daha da arttığı görülmüştür. 150 mm lik küplerde %10, %15, %20, 408
%25, %30 ve %45 oranındaki uçucu kül ilavesinin 365 gün sonundaki 28 günlük dayanımlarına kıyasla dayanım artışları sırasıyla %31, %39, %43, %44, %47 ve %49 olmuştur. Kontrol betonunun artışı ise %33 olmuştur. Tablo 5 Basınç Dayanımlarının Kontrol ve 28 Günlük Beton Dayanımlarına Oranları. Uçucu Kontrol 28 günlük Kül 7.gün 28.gün 90.gün 365.gün 7.gün 28.gün 90.gün 365.gün 0 100 100 100 100 84 100 112 133 10 97 94 94 93 86 100 111 131 15 86 88 93 92 81 100 118 139 20 81 85 92 91 80 100 121 143 25 81 85 91 92 79 100 120 144 30 79 82 90 91 80 100 122 147 45 59 72 81 81 68 100 125 149 Eğilme Dayanımı Betonun eğilme dayanımı tayini TS EN 12390-5 (2002) standartlarına göre yapılmıştır. Eğilme dayanımları tayini için 100 100 500 mm lik kiriş numuneler üretilmiştir. Numunelerin zamanla göstereceği dayanım artışları için 7, 28, 90 ve 365 günlük dayanımları ölçülmüştür. 500 mm uzunluğundaki kiriş numune 450 mm açıklığındaki mesnetler üzerine yerleştirilmiş ve üçte bir noktalarından tekil yük uygulanmıştır. Deney Ele Test 3000 markalı 20 ton eğilme kapasiteli preste, yükleme hızı 20 kg/sn olacak şekilde yüklenmiştir. Eğilme Dayanımı (MPa) 10 8 6 4 2 0 %0 %10 %15 %20 %25 %30 %45 7 28 90 365 Zaman (gün) Şekil 2 Eğilme dayanımı - zaman ilişkisi. Araştırma kapsamında yer alan uçucu kül katkılı betonlara ait zamana bağlı eğilme dayanımları Şekil 2 de sunulmuştur. Uçucu kül katkılı betonların eğilme dayanımlarının, kontrol ve 28 günlük eğilme dayanımlarına oranları ise Tablo 6 da verilmiştir. Eğilme dayanımları sonuçlarına göre 90 ve 365 gün sonundaki uçucu kül katkısının %25 oranına kadar uçucu kül kullanımında kontrol grubunun %92 ve üzerine ulaştıkları görülmüştür. %30 ve %45 oranında uçucu kül katkısının betonların eğilme 409
dayanımını 90 gün ve sonrasında kontrol betonun eğilme dayanımının yaklaşık olarak %80 ve üzerinde bir değere ulaştıkları görülmüştür. Tablo 6 Eğilme Dayanımlarının Kontrol ve 28 Günlük Beton Dayanımlarına Oranları. Uçucu Kontrol 28 günlük Kül 7.gün 28.gün 90.gün 365.gün 7.gün 28.gün 90.gün 365.gün 0 100 100 100 100 97 100 102 106 10 95 94 98 97 98 100 106 109 15 83 86 96 96 94 100 114 118 20 78 83 94 96 91 100 115 122 25 65 78 92 92 81 100 121 124 30 64 75 78 84 82 100 106 119 45 58 70 77 81 80 100 112 122 Zaman içerisinde uçucu kül katkılı betonların eğilme dayanımlarındaki artışın, basınç dayanımlarındaki artıştan daha az olduğu görülmüştür. 365 gün sonunda eğilme dayanımdaki artış en fazla %24 olmuştur. Uçucu kül katkılı betonların eğilme dayanımları, basınç dayanımlarının yaklaşık %9-10 una karşılık gelmiştir. Uçucu kül katkılı betonların eğilme dayanımları ile basınç dayanımları arasındaki oranın kontrol betonundaki orana benzer olduğu görülmüştür. Ayrıca eğilme dayanımlarının, basınç dayanımlarının yaklaşık 7. günde %11, 28. günde %10, 90. günde %9 ve 365. günde ise %8 ine karşılık geldiği görülmüştür. Buradan, zamanla eğilme dayanımlarının basınç dayanımına oranlarının azaldığı görülmüştür. Yarmada Çekme Dayanımı Yarmada çekme dayanımı deneyleri TS EN 12390-6 (2002) standardına uygun olarak 28 günlük 150 300 mm lik silindir ve 150 150 150 mm lik küp beton (Brezilya yöntemi) numuneler üzerinde yürütülmüştür. Uçucu kül katkılı beton gruplarına ait 28 günlük yarmada çekme dayanımları Tablo 7 de verilmiştir. Tablo 7 Yarmada Çekme Dayanımları. Uçucu Kül Yarmada Çekme Dayanımı (MPa) Silindir Küp 0 4.42 4.11 10 4.39 4.15 15 4.27 4.00 20 4.30 4.16 25 4.29 4.20 30 4.25 4.16 45 3.97 3.82 Uçucu kül katkılı betonlarda hem silindir hem de küp numuneler üzerinde yapılan yarmada çekme dayanımı deney sonuçlarına göre, %30 oranlarına kadar uçucu kül katkısının betonların yarmada çekme dayanımlarını kontrol numunelere göre kıyaslandığında yaklaşık olarak birbirlerine oldukça yakın değerlerde ve 4 MPa değerinin üzerinde olduğu görülmüştür. Sadece %45 oranında uçucu kül katkılı betonlarda silindir ve küp yarma dayanımları sırasıyla 3.97 ve 3.82 MPa değerlerinde çıkmıştır. 410
Ayrıca, aynı numune gruplarına ait yarma dayanımları incelendiğinde, küp yarma dayanımlarının silindir yarma dayanımlarından ortalama %4 daha düşük değerlerde olduğu görülmüştür. Elastisite Modülü Uçucu kül katkılı beton gruplarının elastisite modüllerinin tayini 28 günlük 150 300 mm lik silindir beton numunelerde yapılmıştır. Bu araştırmada uçucu küllü betonların σ-ε eğrisinin üzerinde herhangi bir nokta belirlenmiş ve hem σ-ε eğrisinin başlangıç noktasından (0 noktasından) hem de belirlenen bu noktadan geçen bir doğru çizilmiştir. Bu noktanın seçiminde, betonun maksimum gerilme değerinin %40 ına karşılık gelen gerilme değeri temel alınmıştır. Çizilen bu doğru, betonun σ-ε eğrisi imiş gibi kabul edilmiş ve bu doğrunun eğimi (E=σ/ε) hesaplanmıştır. Uçucu kül katkılı betonların 28 günlük 150 300 mm lik silindir basınç dayanımları ile sekant elastisite modülleri Tablo 8 de verilmiştir. Tablo 8 Elastisite Modülü Değerleri. Uçucu Kül 0 10 15 20 25 30 45 Basınç Dayanımı (MPa) 63.4 56.8 52.9 48.0 47.2 45.3 37.7 Elastisite Modulü (GPa) 37.9 39.5 37.5 38.4 40.4 36.8 30.3 Uçucu kül katkılı betonlara ait gerilme-birim deformasyon diyagramları Şekil 3 de gösterilmiştir. Uçucu kül katkılı beton gruplarının %45 uçucu küllü beton grubu hariç, kontrol betonun elastisite modülü değerlerine eşdeğer veya biraz fazla olduğu bulunmuştur. %10 ile %30 arasındaki uçucu kül katkılı betonların elastisite modülleri kontrol betonun elastisite modülünün %90-%105 i arasında değerler almıştır. %45 gibi yüksek oranda uçucu kül katkılı betonun elastisite modülü ise kontrol betonun %83 üne karşılık gelmiştir. Gerilme (MPa) 70 60 %0 %10 50 %15 40 30 %20 20 %25 10 %30 0 %45 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 Birim Deformasyon Şekil 3 Gerilme - birim deformasyon diyagramları. 411
Boşluk ve Su Emme Oranları Sertleşmiş betonda boşluk ve su emme oranlarının tayini için 28 gün suda kür edilmiş 71 mm lik küp numuneler kullanılmıştır. Küp numunelerin sırasıyla etüv kurusu ağırlıkları, su içinde tutulduktan sonra suya doygun ağırlıkları ve su içindeki ağırlıkları tayin edilmiştir.uçucu küllü betonlara ait boşluk ve su emme oranları Tablo 9 da verilmiştir. Betona katılan uçucu kül oranı arttıkça boşluk ve su emme oranlarının arttığı görülmüştür. Yalnızca %10 uçucu kül ilavesi ile boşluk ve su emme oranları kontrol betonuna eşdeğer düzeyde olmuştur. %15 ve %20 ile %30 ve %45 uçucu kül katkılı betonların boşluk ve su emme oranlarının ise birbirlerine yakın olduğu görülmüştür. Tablo 9 Boşluk Oranı, Su Emme Oranı ve Kapiler Su Emme Katsayısı. Uçucu Kül Kapiler Su Emme Katsayısı Boşluk Oranı Su Emme Oranı Kapiler Su Emme Katsayısı ( 10-3 cm/sn 1/2 ) 0 7.09 2.86 0.21 10 6.95 2.82 0.40 15 7.77 3.17 0.42 20 7.73 3.17 0.46 25 8.20 3.37 0.47 30 8.54 3.53 0.51 45 8.69 3.58 0.61 Betonların kapiler su emme katsayıları 28 gün suda kür edilen 40x40x160 mm lik numuneler üzerinde belirlenmiştir. Fırın kurusu numunelerin ağırlıkları tartıldıktan sonra her bir deney numunesi için beton numunenin sadece alt yüzeyi suya temas edeceğinden dolayı beton numunelerin yan yüzeyleri ısıtılmış parafin ile izole edilmiş ve su yüksekliği yaklaşık olarak 5 mm olan deney düzeneğine yerleştirilmişlerdir. Deney numuneleri 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64 ve 81. dakikalarda su emme miktarları (Q) hesaplanmıştır. Emilen su miktarının temas eden yüzey alanına bölümünün oranı ile (Q/A) ve geçen zamanın (t) saniye cinsinden değerinin karekökü arasında lineer bir ilişki kurulmuştur. Bu ilişkiye ait elde edilen eğimler bize beton numunelerin kapiler su emme katsayılarını vermiş ve Tablo 9 da gösterilmiştir. Betona katılan uçucu kül miktarının artması ile kapiler su emme katsayılarının da arttığı görülmüştür. Kontrol betonun kapiler su emme katsayısı 0.21 10-3 cm/sn 1/2 iken, uçucu külün %10, %15, %20, %25, %30 ve %45 oranlarında ilavesi, kapiler su emme katsayılarını sırasıyla 0.40, 0.42, 0.46, 0.47, 0.51 ve 0.61 10-3 cm/sn 1/2 olarak, iki hatta üç katına kadar çıkarmıştır. Kuruma Rötresi Betonların kuruma-büzülme tayini 50x50x285 mm lik kiriş prizma numuneleri üzerinde yapılmıştır. 24 saat sonra kalıptan çıkarılan rötre numuneleri ilk günden itibaren 23±2ºC sıcaklıktaki bağıl nemi %65 olan kür odasında tutulmuştur. İlk 28 gün boyunca her gün 91 güne kadar her hafta ve daha sonra ise her ay ölçüm alınmıştır. Ölçümler 0.002 mm hassasiyetli deformasyon saatine sahip ölçüm aletinde yapılmıştır. Uçucu kül katkılı betonlara ait rötre-zaman ilişkisi Şekil 4 de verilmiştir. 412
Rötre 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 0 30 60 90 120 150 180 210 Zaman (Gün) %0 %10 %15 %20 %25 %30 %45 Şekil 4 Rötre - zaman ilişkisi. Uçucu kül içeren beton numunelerin kontrol beton numunesinden daha az kısaldığı yani daha az rötre yaptığı görülmüştür. Uçucu kül ikame oranı arttıkça kuruma rötresininde düştüğü ve en az rötre yapan grubun %45 uçucu kül katkılı beton grubu olduğu görülmüştür. %20, %25 ve %30 uçucu kül içeren beton gruplarının rötre değerleri birbirine oldukça yakın değerlerde olmuştur. %0, %10, %15, %20, %25, %30 ve %45 uçucu kül katkılı beton gruplarının rötre değerleri olarak, 28 inci gün için sırasıyla 0.05123, 0.04947, 0.04491, 0.04351, 0.04140, 0.04351 ve 0.03789 iken, 210. gün sonunda 0.06632, 0.06316, 0.06246, 0.05965, 0.05895, 0.05965 ve 0.05123 olmuştur. 210 uncu gün sonunda %10, %15, %20, %25, %30 ve %45 oranındaki uçucu kül içeren betonların kuruma rötreleri kontrol betonuna kıyasla sırasıyla %5, %6, %10, %11, %10 ve %23 oranlarında azalmıştır. Kullanılan Sugözü uçucu külünün kuruma rötresini azalttığı görülmüştür. Donma Çözülme Betonların donma-çözülme direncinin tayini için TS 699 a (2000) uygun olarak her bir grup için eğilme dayanım için üretilmiş kiriş numunelerden kesilen 90 günlük 100x100x100 mm lik küp numuneler üzerinde yapılmıştır. Dondurma kapasitesi -40 C olan ve -20 C ye 4 saat süresinde ulaşabilen derin dondurucuda, -20 C ye geldikten sonra 2 saat boyunca -20 C de bekletilen numuneler daha sonra çıkarılarak 2 saat boyunca da 20 C deki suda bekletilmiştir. Günde sadece iki kez tekrarlanabilen bu işlem deney süresince 50 kez tekrarlanmıştır. Deney süresinin dışındaki zamanlarda beton numuneler 20 C deki suda bekletilmişlerdir. Çevrimlerin ardından betonların ağırlıkları ve basınç dayanımları belirlenmiştir. Ağırlık ve dayanım açısından betonların kayıpları, çevrimden önceki betonların ağırlıklarına ve dayanımlarına kıyasla yüzde olarak belirlenmiş ve Tablo 10 da verilmiştir. Uçucu kül oranı arttıkça betonların donma çözülmeye karşı olan direncinin artmakta olduğu görülmüştür. %10, %15, %20, %25, %30 ve %45 uçucu kül içeren betonların donma 413
çözülme sonrası basınç dayanımları açısından kayıplarının sırasıyla yaklaşık %8, %7, %6, %4, %0 ve %1 oranlarında oldukları görülmüştür. Kontrol betonunun donma çözülme çevrimleri sonucunda ise dayanım kaybı yaklaşık %11 olmuştur. Uçucu kül oranı arttıkça donma çözülme çevrimleri sonucundaki dayanım kayıpları da azalmıştır. Bu sonuçla, deneylerin 90 gün kür edilen betonlarda yapılmasının uçucu küller açısından önemli bir avantaj olduğu görülmüştür. Kür süresinin uzun olması uçucu kül katkılı betonların donma çözülme direncini arttırmıştır. Ayrıca kontrol ve uçucu kül katkılı tüm betonlarda donma çözülme çevrimleri sonrasında önemli bir oranda ağırlık kayıpları görülmemiştir. Uçucu Kül Tablo 10 Donma-Çözülme Kayıpları. Çevrimsiz 50 Çevrimli Kayıplar Ağırlık Dayanım Ağırlık Dayanım Ağırlık (gr) (MPa) (gr) (MPa) 0 2581.03 87.4 2524.44 78.1 2 11 10 2608.27 85.1 2552.52 78.7 2 8 15 2578.35 84.0 2561.64 78.1 1 7 20 2566.16 84.2 2565.48 79.4 0 6 25 2629.95 82.8 2557.60 79.4 3 4 30 2558.36 75.6 2528.24 75.8 1 0 45 2572.35 68.9 2560.81 67.9 0 1 Dayanım Sonuçlar Uçucu kül oranı %30 a kadarki betonların basınç dayanımları 90. ve 365. günlerde birbirlerinin dayanımlarına yaklaşık olarak eşdeğer düzeyde dayanım kazanmışlardır. Bu dayanımlar aynı zamanda kontrol beton dayanımlarıyla karşılaştırılabilir düzeyde bulunmuştur. Eğilme dayanımları sonuçlarına göre ise %30 ve %45 oranında uçucu kül katkısının betonların eğilme dayanımını 90 günden sonra kontrol betonun eğilme dayanımının yaklaşık olarak %80 ve üzerinde bir değere ulaştıkları görülmüştür. Silindir ve küp numuneler üzerinde yapılan yarmada çekme dayanımı deney sonuçlarına göre %30 oranlarına kadar uçucu kül katkılı betonların yarmada çekme dayanımlarının kontrol beton dayanımlarına yakın değerlerde ve 4 MPa ın üzerinde olduğu görülmüştür. Uçucu kül oranı %30 a kadarki betonların elastisite modülü değerlerinin kontrol betonun elastisite modülü değerine eşdeğer veya biraz fazla olarak, %90-%105 i arasında bulunmuştur. Betona uçucu kül katkısının artmasıyla, 28 günlük uçucu kül katkılı betonların boşluk, su emme oranları ile kapiler su emme katsayılarının arttığı görülmüştür. Uçucu kül içeren beton numunelerin kontrol beton numunesinden daha az rötre yaptığı ve en az rötre yapan grubun %45 uçucu kül katkılı beton grubu olduğu ve Sugözü uçucu külünün kuruma rötresini azalttığı görülmüştür. 414
Uçucu kül katkılı betonlarda donma çözülme çevrimleri sonucundaki dayanım kayıplarının azaldığı görülmüştür. Deneylerin 90 gün suda kür edilen betonlarda yapılmasının uçucu küller açısından önemli bir avantaj olduğu görülmüştür. Sugözü uçucu külünün betonda mineral katkı olarak %30 mertebesine kadar ikame edilebileceği, hatta yüksek oranlarda uçucu kül içeren betonlarda %45 ve üzeri kullanılabileceği, böylece ekonomik ve ekolojik faydalarında elde edileceği kanaati oluşmuştur. Kaynaklar American Society for Testing and Materials (1998) ASTM C 618: Standart Specification for Coal Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use as a Mineral Admixture in Concrete. Annual Book of ASTM Standarts, No.4. Erdoğan, TY. (2003) Beton. ODTÜ Geliştirme Vakfı ve Yayıncılık A.Ş., Ankara. Şengül, Ö. Taşdemir, M.A. ve Sönmez, R. (2003) Yüksek Oranda Uçucu Kül İçeren Normal ve Yüksek Dayanımlı Betonların Klor Geçirimliliği. Beşinci Ulusal Beton Kongresi, Bildiriler Kitabı, İMO İstanbul Şubesi, İstanbul, s. 75-85. Türk Standardları Enstitüsü (2000) TS 699 Tabii Yapı Taşları - Muayene ve Deney Metotları. Ankara. Türk Standardları Enstitüsü (2003) TS EN 12390-3: Beton-Sertleşmiş Beton Deneyleri- Bölüm 3: Deney Numunelerinde Basınç Dayanımının Tayini. Ankara. Türk Standardları Enstitüsü (2002) TS EN 12390-4: Beton-Sertleşmiş Beton Deneyleri- Bölüm 4: Basınç Dayanımı-Deney Makinalarının Özellikleri. Ankara. Türk Standardları Enstitüsü (2002) TS EN 12390-5: Beton-Sertleşmiş Beton Deneyleri- Bölüm 5: Deney Numunelerinin Eğilme Dayanımının Tayini. Ankara. Türk Standardları Enstitüsü (2002) TS EN 12390-6: Beton-Sertleşmiş Beton Deneyleri- Bölüm 6: Deney Numunelerinin Yarmada Çekme Dayanımının Tayini. Ankara. Tokyay, M. ve Erdoğdu, K. (1998) Türkiye Termik Santrallerinden Elde Edilen Uçucu Küllerin Karakterizasyonu. TÇMB AR-GE, Ankara. Ünal, O ve Uygunoğlu, T. (2004) Soma Termik Santral Atığı Uçucu Külün İnşaat Sektöründe Değerlendirilmesi. Türkiye 14 Kömür Kongresi Bildiriler Kitabı, Zonguldak, Türkiye. Yazıcı, H. (2005) Yüksek hacimde C sınıfı uçucu kül içeren betonların mekanik özellikleri ve sülfürik asit dayanıklılığı. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt.11, Sayı.3, sf. 443-448. 415
416