ANKAA - TUKIYE TUĞLA UNUNUN ÇİMENTO MUKAVEMETİNE ETKİSİ EFFECTS OF BICK DUST ON CEMENT STENGTH Osman ŞİMŞEKa Kenan TOKLUa Can DEMİELb Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Beşevler/Ankara simsek@gazi.edu.tr kenantoklu@gazi.edu.tr b Kırklareli Üniversitesi Pınarhisar Meslek Yüksek Okulu Yapı Denetim Bölümü Pınarhisar/Kırklareli candemirel@klu.edu.tr a Özet Bu çalışmada çimento harcı içerisine puzolanik katkı malzemesi olarak tuğla unu kullanılmıştır. Bu amaçla tuğla unu çimento harcına hacimce %1 %15 % %5 % %5 % %5 ve %50 si oranlarında doğrudan ikame edilmiştir. Hazırlanan çimento ikamelerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri TS EN 196-1 standardı esas alınarak belirlenmiştir. Üretilen çimento ikameleri ile hazırlanan 00l60 mm harç numunelerinin 7 ve 90 gün yaşlarındaki mekanik özelliklerinin değerleri tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre; tuğla unu katkısının çimento-su miktarı priz başlama ve bitiş sürelerini artırdığı belirlenmiştir. Şahit örneklerine göre eğilme ve basınç dayanımı değerlerinde en iyi sonucu % 10 ile % 15 karışım grubunun verdiği görülmüştür. Normal değerlere göre bu gruplardaki artışın yaklaşık % 5 oranında olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Tuğla Unu Basınç dayanımı Eğilme ı Sürdürülebilirlik. Effects of Brick Dust on Cement Strenght Abstract In this study brick dust is used as puzzolanic additive materials in the cement slurry. For his purpose brick dust is added to cement slurry in proportion to cement volume s 10% 15% 0% 5% 0% 5% 0% 5% and 50%. Physical and chemical properties of prepared cement sample are determined on the basis of TS EN 196-1. Mechanic properties values of both produced cement samples and prepared mortar samples (00160 mm) are determined on 7.. and 90. days. According to obtai- ned results brick dust increases water/cement ratio and setting time (both starting and finishing). According to witness sample best result for bending and pressure strength is obtained between 10 % and 15 % miing group. The increase in these groups is found to be about %5 than normal values. Key Words: Brick Dust Pressure Strength Bending Strength Sustainability 1. Giriş Atıkların kullanılması i l e çevre sorunları azalmakta enerji tasarrufu ve ekonomik açıdan kazanımlar elde edilmektedir. Yeryüzündeki doğal yapı malzemeleri ve hammadde kaynakları gün geçtikçe azalmaktadır. Bundan dolayı bazı sanayi atıklarının kendilerine özgü özellikleri i l e kullanıldıkları alanlarda teknik yönden iyileştirmelerle daha kaliteli ürünler elde etme çalışmaları devam etmektedir (1). Günümüz inşaat sektöründe duvar örme malzemesinin %0 tuğla oluşturmaktadır. Birde inşaat sektöründe en çok kullanılan bir malzeme unvanını elinde bulunduran bir yapı elemanı olması tuğla hammaddelerinin çok kullanılması anlamına gelmektedir ki bu da tarım arazilerimizin dolayısıyla milli servetin hiçte ekonomik olmayan bir boyutunu gözler önüne sermektedir (). Ülkemizde inşaat sektörünün hızla gelişmesiyle birlikte yapı malzemelerine olan ihtiyaçta bu oranda artmıştır. Bu durum hammadde kaynaklarının hızlı bir şekilde tüketilmesine yol açmıştır. Ayrıca hammadde kaynaklarının fabrikalara uzak kalması nakliye gibi ek bir maliyet getir- 71
nd International Sustainable Buildings Symposium 7 miştir (). Ülkemizde ve dünyada yapı sektörünün en önemli bağlayıcı yapı malzemesinden birisi de çimentolardır. İnşaat sektöründeki gelişmeye paralel olarak çimento tüketimi de artmaktadır. Çimento üreticileri açısından üretimin minimum maliyette yapılması ve talebin karşılanması daha ucuz güvenli ve dayanımı yüksek malzemelerin kullanılması istenmektedir. Doğal ve yapay birçok puzolan çimento üretiminde katkı maddesi olarak tüketilmektedir (). Doğal puzolanlar 1) Killer ve tortul şistler ) Opaller ve volkanik tüfler ) Sünger taşlar olarak gruplandırılırlar. Yapay puzolanlar ise sanayi artıklarıdırlar. Bunlara silis dumanı uçucu kül yüksek fırın cürufu ve tuğla unu vs. örnek verilebilir (5 6 7). Puzolanların en yaygın kullanımı çimento endüstrisinde gerçekleşmektedir (5 9). Bir puzolanı değerlendirmek ve kullanmak için onun puzolanik aktivitesini belirlemek esastır. Puzolanik aktivite birçok faktöre bağlıdır. Prensip olarak bir maddenin puzolanik aktivitesini değerlendirmek için verilen metotlar kimyasal fiziksel ve mekanik olmak üzere üçe ayrılabilir ( 1 11). Puzolanik aktivitenin bir diğer ölçüm yöntemi puzolanların kireçle reaksiyonunda eriyen silis ve alüminyum oksit metodlarından elde edilmektedir. Florentin metodu analitik belirleme için kullanılır (1). ASTM C 61 e göre puzolan-kireç (Ca(OH) ) reaksiyonu sonunda; Eğilme dayanımı 10 kg/cm Basınç dayanımı 0 kg/cm den az olmamalı ve traslarda aranan kimyasal özellikler SiO A1 O Fe O değeri en az % 7 MgO ise en çok % 5 olmalıdır (1). mm lik prizmalar hazırlanmıştır. Çimento harcında standart kum PÇ 5 N ve Eskişehir Kılıçoğlu tuğla fabrikaları atıklarından elde edilen tuğla unları kullanılmıştır..1.1. Çimento ve Standart Kum Araştırmada Limak-Ankara Çimento Fabrikasından alınan PÇ 5 N Portland Çimentosu kullanılmıştır. Deneylerde kullanılan çimentonun kimyasal analizleri fiziksel ve mekanik özellikleri ilgili fabrikadan alınmış ve deney sonuçları Çizelge.1 de verilmiştir. Deneylerde ilem Cembureau Standart kumu kullanılmıştır (15)..1.. Tuğla Unu ve Puzonalik Aktivitesi Eskişehir Kılıçoğlu tuğla fabrikalarından alınan tuğla atıkları bilyeli değirmende yaklaşık saat süre ile öğütülmüştür. Öğütme işlemi tamamlanan tuğla atığının 0.10 mm elekten geçen kısmı tuğla unu araştırmasında kullanılmıştır. Tuğla ununun kimyasal analizi yoğunluk ve özgül yüzey deneyleri Ankara Limak Çimento Fabrikasında yapılmış ve analiz sonuçları Çizelge.1. de verilmiştir. Ayrıca TS 5 e uygun olarak tuğla unu puzolanik aktivite testi yapılmıştır. Bu test sonucu elde edilen sonuçlar Çizelge. de verilmiştir. Çizelge.1. Deneylerde kullanılan PÇ 5 N ve Tuğla unu kimyasal ve fiziksel özellikleri Kimyasal Analiz PÇ 5 N TU SiO 19.50 5.50 Fiziksel Özellikler Yoğunluk (gr/ cm ) PÇ 5N TU 1. Genellikle inşaatta kullanılması uygun olmayan ve standart ve şartnamelere uyum göstermeyenlerin yanında kı- Fe O.95.00 Özgül Yüzey (blaine) (cm/g) 0 970 rık çatlak tuğlalara atık tuğla denmektedir. Bu atık tuğla üretimin yaklaşık %7 si üretim kaybı olarak görülmektedir. Değişik ölçekli fabrikalarda ortalama günlük üre- Al O 5.7 16.50 00 µm elek üstü kalan (%) 00 1 tim toplam olarak 5.000.000 adet /gün ile 60.000.000 adet /gün olarak bilinmektedir. CaO 61.9.50 90 µm elek üstü kalan (%) 165 Bu çalışmada tuğla ununun çimento harcında puzolanik bir katkı maddesi olarak kullanılabilirliğinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla Eskişehir Kılıçoğlu tuğla MgO.91 0.15 0 µm elek üstü kalan (%) 15 76 fabrikasından temin edilen tuğla unları değişik oran- Na O 0.S 1.00 larda Portland çimentosuna ikame edilerek çimento harçlarındaki performansları bakımından üretilen harçlar hem birbirleri ile hem de tuğla unu içermeyen kontrol çimento- K O 1.1 S.1 SO.79 0.00 su ile karşılaştırılmıştır. TiO 0.00 0.. MATEYAL VE METOT.1. Materyal Araştırmada çimento harcına hacimce %1 %15 % %5 % %5 % %5 %5 oranlarında tuğla unu ikame edilerek her bir oran ve her bir deney yaşı için üçer adet 00160 Çözünmeyen Kalıntı 0.57 -
- 0th May 015 Ankara - TUKIYE Çizelge.. Puzolanik Aktivite 1 1 16 17 Ortalama Basınç Deneyi Numune No Numune No Eğilme Deneyi 1600: Plakaların veya yardımcı plakaların (0 mm 0 mm) alanı (mm) dir. Ortalama 1a 1b a b a b 00 00 10 0 00 0 0 15.. Metot Çalışmada kıvam priz süresi hacim genleşmesi TS EN 196 (1) ve basınç-eğilme özelliklerinin belirlenmesinde TS EN 196-1 standardı esas alınmıştır (16). Standart kıvam tayini priz başlangıcı ve sona erme süreleri Hacim genleşmesi Deneyi TS EN 196- Çimento Deney Metotları - Bölüm : Priz süresi ve genleşme tayini standardına göre yapılmıştır (1). Çimentoların yoğunluk deneyleri sarsıntısız bir ortamda Le Chatelier balonu kullanılarak TS EN 196- ye göre özgül yüzey deneyleri TS EN 196-6 standardına göre yapılmıştır (17 0). Çimentoların eğilme-basınç tayini deneyleri Şekil.1 de görüldüğü üzere TS EN 196-1 e uygun 00160 mm boyutlarında numuneler üzerinde yapılmıştır (16). Deneysel Bulgular ve Değerlendirme İkame oranları arttıkça kıvam suyu ihtiyacının da arttığı Çizelge.1 den görülmüştür. En düşük su miktarı PÇ 5 N (Kontrol Numunesi) ile üretilen harçlarda elde edilirken en yüksek su oranı TU50 ile üretilen harç numunelerinden elde edilmiştir. Daha fazla tuğla unu tanelerinin karışıma girmesi ile değerin fazla çıkması kıvam suyu ihtiyacının belirli oranlarda artmasına neden olmuştur. Tuğla unu oranı arttıkça priz başlama süresi artar iken priz sonu süresinin azaldığı görülmektedir. Tuğla unu harçlarının hacim sabitliği testi sonunda katkı oranı arttıkça hacim genleşmesinde azalma olduğu görülmüştür. Ayrıca karışımlarda katkı oranı arttıkça yoğunluğun azaldığı görülmüştür..1. Tuğla Unu nun Priz Sürelerine Etkisi TU ları ile PÇ 5 N çimentosunun priz süreleri diğer fiziksel özelliklerle birlikte Çizelge.1 de verilmiştir. Çizelge.1 de TU leri ile PÇ 5 çimentonun fiziksel özellikleri ve priz süreleri Bağlayıcı Kıvam Priz Yoğunluk Priz Sonu Tipi suyu Başlangıcı Hacim Genleşme gr/cm (%) PÇ.5 N (Kontrol).0 5 55 10 TU 10.05 7 0 10 TU 15.0 5 15 TU 0.0 9 0 10 TU 5.00 0 0 15 TU 0.99 0 0 15 TU 5.97 1 50 110 Şekil.1. TU ikameli harçların çelik kalıplarında görünümü. TU 0.95 1 50 105 TU 5.9 10 55 Eğilme-Basınç dayanım numuneleri 7 90 deney günlerine kadar kür havuzunda 0 ± C sıcaklık ile %100 nispi nem ortamında kür edilmiştir. Eğilme dayanımı aşağıdaki formül ile hesaplanmıştır. TU 50.9 0 5 f (1.5 F f Ɩ)/b [1.1] f: Eğilme dayanımı (kgf/cm ) b: Prizmanın kare kesitinin kenar uzunluğu (cm) F f: Prizmanın kırıldığı anda ortasına uygulanan kuvvet (kgf) l: Mesnet silindirleri arasındaki uzaklık (cm) Basınç dayanımı aşağıdaki formül ile hesaplanmıştır. c FL/1600 c: Basınç dayanımı (kgf/cm ) FL: kırılmadaki en büyük yük (kgf) [1.] (Saat/dk) (Saat/dk) TU ların priz süreleri TS EN 197-1 Genel Çimentolar-Bileşim Özellikler ve Uygunluk Kriterleri standardın sınır değerleri içerisinde yer almaktadır (1). Görüldüğü gibi prize başlama süresinde katkı oranı arttıkça artan su ihtiyacı ile birlikte prize başlama süresinin de arttığı söylenebilir. Fakat priz sonu için aynı şeyi söylemek mümkün değildir. TU ların standart kıvam suyu - tuğla unu oranı ilişkisi paralel olarak artmaktadır... Tuğla Ununun Eğilme - Basınç ına Etkisi TU harçlarının eğilme dayanımlarına ait değerlerin aritmetik ortalamaları PÇ 5 N çimento harcı ile birlikte Çizelge. de verilmiştir. Şekil.1 de eğilme ve basınç deney numunelerinin kırılması gösterilmektedir. 7
nd International Sustainable Buildings Symposium 10 y 05 7 97 9 79 y 0 97 90. Gün TU5 TU50 TU5 TU0 TU0 TU5 TU0 Kont TU15 Tuğla Unu İkame Oranları Şekil.. TU ler ile PÇ 5 N harçlarının eğilme dayanımları Çizelge.. görüldüğü gibi 7 ve günlük dayanımlarda en yüksek değer kontrol numunelerinde (TU0) en düşük eğilme dayanımı ise %50 TU ile üretilen numunelerde görülmüştür. Ancak 90 günlük numuneler incelendiğinde en yüksek eğilme dayanımı %15 TU ile üretilen numunelerde (99 MPa) elde edilirken en düşük eğilme dayanımı ise %50 TU ile üretilen numunelerde (9 MPa) bulunmuştur. Kür süresi arttıkça eğilme dayanımı artmaktadır. Ayrıca tuğla unu ikame oranı arttıkça eğilme dayanımını olumsuz yönde etkilediği anlaşılmıştır. Eskişehir Kılıçoğlu Tuğla işletmelerinden alınan tuğla ununun çimento harcında mukavemete etkisi araştırıldığı bu çalışmadan elde edilen sonuçlar ve öneriler aşağıda sıralanmıştır. 1. TU larda standart kıvam suyu ihtiyacı tuğla unu oranı artışı ile artmaktadır. 65 TU50 TU5 TU0 TU5 TU0 TU5 TU0 TU15. Gün. Sonuç ve Öneriler 1 15 6 91 7. Gün 06 99 90. Gün Kontrol Basınç ı 9 0. Gün 6 7 7. Gün 6 7 67 79 5 99 7-1 1 0 01 51 0 97 y 1 5 95 5 7 0 0 6 1 0 609 55 5 y 5 56 517 y 65 50 5 Şekil.. ve Çizelge.. de görüldüğü gibi 7 ve günlük basınç dayanımlarda en yüksek değer kontrol numunelerinde (TU0) ve en düşük basınç dayanımı ise %50 TU ile üretilen numunelerde olduğu görülmüştür. Fakat 90 günlük numuneler incelendiğinde en yüksek basınç dayanımı %0 TU ile üretilen numunelerde 697 MPa elde edilirken en düşük basınç dayanımı ise %5 ve %50 TU ile üretilen numunelerde 9 MPa bulunmuştur. Grafikten de anlaşıldığı gibi Kür süresi arttıkça basınç dayanımı artmaktadır. Fakat tuğla unu oranı arttıkça basınç dayanımını olumsuz yönde etkilemiştir. 70 60 01 Basınç ı ( MPa) 7.. 90. Gün Gün Gün 56 61 9 6 19 6 9 697 9 7 66 75 9 6 51 0 5 6 11 5 1 9 16 196 6 Eğilme ı 7 TU0 (Kontrol) TU 15 TU 0 TU 5 TU 0 TU 5 TU 0 TU 5 TU 50 Eğilme ı ( MPa) 7. 90. Gün Gün Gün 7 9 70 7 9 67 75 99 6 7 96 61 71 96 5 71 95 50 6 96 7 57 95 59 91 7 9 6 Tuğla Unu İkame Oranları Çizelge.. TU ler ile PÇ 5 N harçlarının eğilme ve basınç dayanımları 7 y Şekil.1. Eğilme ve basınç deney numunesinin kırılması Tuğla Unu İkame O ranları Şekil.. TU ler ile PÇ 5 N harçlarının basınç dayanımları. TU lerin priz başlama priz sona erme ve hacim genleşmeleri standartlara uygun olduğu görülmüştür.. Tuğla ununun yoğunluğunun ( gr/cm) düşük olması nedeni ile tuğla unu oranı arttıkça üretilen çimento ikamelerinin yoğunluğunu düştüğü görülmüştür.
- 0th May 015 Ankara - TUKIYE. Çimento harcı üretiminde tuğla ununun katkı şeklinde kullanılması atıkların değerlendirilerek ekonomik katkı sağlaması ve pahalı bir malzeme olan çimentonun sarfiyatının belirli oranda azalması açısından uygun olacağı düşünülmektedir. 5. Bu çalışmada kullanılan tuğla ununun standartlar dâhilinde katkılı çimento üretiminde kullanılabilirliği görülmüştür %10 katkılı çimento 7 ve günden sonra mukavemete olumlu katkıda bulunmaktadır bu oran %5 civarındadır. 6. Tuğla unu priz süresini uzattığı için beton dökümünde kürleme tavsiye edilir. genleşme tayini Türk Standartları Enstitüsü Ankara (00). [19]. TS EN 196-5 Çimento Deney Metodları - Puzolanik Çimentoların Özellikleri Türk Standartları Enstitüsü Ankara (00). [0]. TS EN 196-6 Çimento deney yöntemleri - Bölüm 6: İncelik tayini Türk Standartları Enstitüsü Ankara (010). [1]. TS EN 197-1 Çimento - Bölüm 1: Genel çimentolar - Bileşim özellikler ve uygunluk kriterleri Türk Standartları Enstitüsü Ankara (01). []. TS 5 Doğal puzolan (tras)-çimento ve betonda kullanılantarifler gerekler ve uygunluk kriterleri Türk Standartları Enstitüsü Ankara (00). []. Yırgal H. Seramik tozunun çimento katkı maddesi olarak kullanım imkanları. Yük. Lis. Tezi Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Ankara 65-71 (00). 7. Tuğla unu beton içerisinde kullanılarak betonun özelliklerine etkisi ve sıva harcında kullanılabilirliğinin araştırılması düşünülebilir.. Tuğla unu ikame edilen çimentoların CEM II grubunda bulunan çimento tipine uygun olduğu bulunmuştur. 5. Kaynaklar [1]. []. []. []. [5]. [6]. [7]. []. [9]. [10]. [11]. [1]. [1]. [1]. [15]. [16]. [17]. [1]. Aruntaş H.Y. Tokyay M Katkılı çimento üretiminde diatomitin puzolonik malzeme olarak kullanabilirliği. Çimento ve beton dünyası Ankara 17- (1996). Kaynak H. Tuğla ve gazbetonun mühendislik özellikleri.ülke ekonomisindeki yeri hammadde potansiyelleri avantaj ve dezavantajları Yüksek Lis.Tezi Osman Gazi ünivesitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Eskişehir 5-19 (1999). Müdüroğlu M. Tuğla yapımında kullanılan kil hammaddelerinin özelliklerinin incelenmesi Yüksek Lis.Tezi İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü İstanbul1- (1999). Yıldırım E. Çorum da kullanılan tuğla atıklarının tekrar değerlendirilmesinin araştırılması. Yüksek Lis. Tezi Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Ankara 7- (001). Okucu. A.. Bigadiç ve Tumatepe (Balıkesir) yörelerindeki zeolitik ve pcrlitiktüflerin puzolanik özellikleri Doktora tezi Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Balıkesir 1- (199). Aruntaş H.Y. Diatomitlerin çimentolu sistemlerde puzolanik malzeme olarak kullanılabilirliği Doktora tezi Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Ankara 1 5 (1996). Taşkın C Türkiye çimento hammadde kaynaklan Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği Ankara 15-16 (19). Leckebush. Türkiye deki doğal puzolanların çimento katkı maddesi olarak kullanımı Çimento Araştırma ve Geliştirme Merkezi Ankara 1-1 (19). Postacıoğlu B. Beton Bağlayıcı Maddeler Teknik Kitaplar Yayınevi Cilt 1 İstanbul 5- (196). Tolon C Bazı Bölgelerimize Ait Killerin Fiziksel ve Kimyasal İncelemelerine Katkı Doktora Tezı J.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü İstanbul 1-5 (197). DPT Madencilik özel ihtisas komisyonu raporu Sekizinci Beş Yıllık Kalkınma Planı Yayın No: DPT:61-ÖİK:65 Ankara 6-9 (001). Leckebush. Türkiye de Doğal Puzolanların Çimento Katkı Maddesi olarak Kullanımı Üzerine İncelemeler Çimento Araştırma ve Geliştirme Merkezi Ankara 1-6(19). Kılıçoğlu Tuğla Fabrikası Kalite Müh. Temel Bey ve Teknik sorumlularla yapılan özel görüşme Eskişehir (0.0.006). ASTM C 61 Standard Specification for Coal Fly Ash and aw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete. TS 19 ilem Cembureau Standart Kumu Türk Standartları Enstitüsü Ankara (19). TS EN 196-1 Çimento Deney Metotları Bölüm1: tayini Türk Standartları Enstitüsü Ankara (00). TS EN 196- Çimento Deney Metotları - Bölüm.: Çimentonun kimyasal analizi Türk Standartları Enstitüsü Ankara (01). TS EN 196- Çimento Deney Metotları - Bölüm.: Priz süresi ve 75