POMZA İLE ÜRETİLEN HAFİF BETON BLOKLARIN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Seydi SAĞIN ve İsmail DEMİR Afyon Kocatepe Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Afyon. ÖZET Bu çalışmada Isparta yöresinden alınan pomza malzeme 0-1 mm ve 0-3 mm olmak üzere iki farklı tane boyutunda hazırlanmıştır. Deney örnekleri beş farklı karışımda hazırlanmıştır. Karışımların ikisinde bağlayıcı olarak (PKÇ 32,5) çimentosu ve üç karışımlarda kireç-alçı kullanılmıştır. Su/ bağlayıcı oranın azaltmak amacı ile süper akışkanlaştırıcı ve gözenek artırıcı katkı olarak hava sürükleyici kullanılmıştır. Karışımlar 10x10x10 cm çelik kalıplarda plastik kıvamda hazırlanmıştır. Numuneler 24 saat sonra kalıplardan çıkarılarak iki farklı kür işlemine tabi tutulmuştur. Her bir numune serisi ikiye ayrılarak bir guruba 28 günlük su kürü diğer guruba 6 saat buhar basınçlı otoklav kürü uygulanmıştır. Örneklerin mekanik özellikleri belirlenerek sonuçlar değerlendirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Pomza, hafif beton blok, mekanik özellikler. EXAMINATION OF LIGHTWEIGHT CONCRETE BLOCKS PRODUCED WITH PUMICE ABSTRACT In this study, Pumice material obtained from Isparta region was prepared with two different particle size; 0-1 and 0-3 mm respectively. The test samples were produced in five different mixes. Cement (PKÇ 32,5) was used in two mixes and lime gypsum other three mixes as binder. Superplastisizer and air entrainer were used for reduced C/B ratio and increased porosity. Test samples were moulded to 100x100x100 mm steel moulds. The samples were demolded after 24 hours and subjected to two different curing procedures. Each sample series divided in two groups, than one group of samples subjected to water curing for 28 days, and other groups of samples were autoclaved in a autoclave for 6 hours. Mechanical properties of the samples were determined. Keywords: Pumice, lightweight building block, mechanical properties.
1. GİRİŞ Malzeme bilimindeki gelişmeler fonksiyonel, dayanıklı ve ekonomik malzeme üretimini hedeflemektedir. Kentleşmenin ortaya çıkardığı hızlı yapılaşma olgusu, kaliteli malzeme üretiminin önemini ortaya çıkarmıştır. Hafif agregalı beton blok elemanlar, geleneksel betonların yerine uygunluk sağlayan bir çok mühendislik uygulamalarında kullanılmaktadır [1]. Beton yapılarda betonun yoğunluğunun azaltılarak yapı üzerindeki toplam yükün azaltılması istenir ve bu yüklerin en önemlisi de ölü yüklerdir. Bu yüzden hafif betonun kullanılmasıyla bu ölü yükler azaltılır ve taşıyıcı elemanların boyutları küçülerek ekonomik bir kazanç sağlar[2]. Bir çok hafif beton üretim yöntemleri vardır. Bu yöntemlerden bir tanesi beton bileşenlerinden olan ince malzemeyi çıkarmaktır. Hafif beton üretiminin diğer bir yolu kimyasal karışımlar kullanarak betonun içine hava kabarcıkları katmaktır. Bu tip betonlar gözenekli veya gaz beton olarak da bilinirler. Hafif beton üretiminin en popüler yolu ise hafif agrega kullanmaktır [3]. Hafif yapı elemanının boyutuna göre TS 3234 te pomza taşı en büyük tane boyutunun 20 mm, 12.5 mm veya 10 mm olması gerektiği ön görülmüştür[4]. Gevşek birim hacim ağırlığı TS 1114 standardına göre hafif agregada 1100 kg/m 3 ü geçmemelidir[5]. Deprem yönetmeliğine göre taşıyıcı duvarlarda kullanılacak yapı malzemesinin basınç dayanımı 60 kg/cm 2 den, doğal taş malzeme 100 kg/cm 2 den az olamaz [6]. TS standartlarında pomza; birbirine bağlantısız boşluklu, sünger görünümlü, silikat esaslı, birim hacim ağırlığı genelde 1 gr/cm 3 ten az, camsı dokulu ve sertliği Mohs skalsına göre yaklaşık 6 olan volkanik bir madde olarak tanımlanır. Pomza, volkanik olaylar sonucunda oluşmuş, fiziksel ve kimyasal etkenlere karşı dayanıklı, süngerimsi, bol gözenekli camsı volkanik bir kayaçtır. Bir başka deyişle pomza çok poroz olan volkanik taş camıdır da denilebilir. Oluşumu sırasında bünyedeki gazların, ani olarak bünyeyi terk etmesi ve ani soğuma nedeniyle, makro ölçekten mikro ölçeğe kadar sayısız gözenek içerir. Gözenekler arası genelde (özellikle mikro gözenekler) bağlantısız boşluklu olduğundan permeabilitesi düşük, ısı ve ses yalıtımı oldukça yüksektir [7]. Pomzanın, pumisit adı verilen ince taneli olanları çimentoda tras malzemesi olarak da kullanılmaktadır. Pumis adı verilen iri taneli olanları ise briket imalinde kullanılmaktadır[8]. Pomza İtalyanca bir deyimdir. Akıcı levhaların püskürmesi sürecinde içermiş olduğu gazların, ani soğuması sonucu yapıyı terk etmesi halinde geriye kalan gözenekli (boşluklu) bir camdır. Yoğunluğu 1 gr/cm 3 tür (suda yüzer). Kristal suyu yoktur, volkanik cam % 5 kristal su içerir, 80-90 0 C de uzaklaşır. Birbiri ile ilintisi olmayan boşluklar içerir. Pomza mikroskop altında hylopilitik camsı özellik gösterir. Fakat volkanik cam değildir. Yüksek sıcaklıkta oluşur. Bu koşullarda bazı elementler gaz haline geçer. Çok küçük birbirinden ayrı boşluklar oluşur. Sulu ortamda asit volkanizma ürünüdür. Oluşumu kontrol eden faktörler: asidik mağma ısısının çok yüksek olması, lavların püskürme ile çıkması, gaz oranın yüksek olması, soğuma sürecinde bünyeyi terk etmesidir. Çok hafif olmaları nedeniyle volkanlar etrafında kubbe şeklinde yığışırlar. Rüzgar- su ile 50-100 km uzaklara kadar taşınır. Göl ortamında çökelerek sedimenter pomza yatakları oluşur [9-
11]. Pomzanın tipik özelliği gözenekli ve camsı olmasıdır. Yoğunluğu 0,5-1 gr/cm 3, sertliği 5-6 civarındadır. Hafifliği nedeniyle beton briket ve blokların yapılmasında, gözenekliliği nedeniyle inşaatlarda ısı ve ses izolasyonlarında ideal bir malzemedir [12]. Türkiye de Orta Anadolu, Doğu Anadolu ve Batı Anadolu da olmak üzere çok yaygın ve geniş alanlara yayılmış pomza yatakları bulunmaktadır [13]. Pomza asidik ve bazik karakterli olup en yaygın olarak bulunan ve kullanılan türü olan asidik pomza, beyaz, kirli renkte olanıdır. Bazik pomza ise scoria denilen Türkçe'deki bazaltik pomza olarak bilinen kahverengimsi siyahımsı renkteki pomzadır. Asidik magmanın yoğunluğu bazik olanlara göre daha az olup 0,5-1 gr/cm 3 arasında değişmektedir. Bazik pomzanın yoğunluğu ise daha fazla ve 1-2 gr/cm 3 arasında değişmektedir [14]. Kuru birim hacim ağırlığı 600-1500 kg/m³, su emme oranı %20-30, su nüfuz katsayısı 25, ses yutma özelliği (ort.) 0.44, ısı iletim katsayısı 0,16 Kcal/mh C dir [15]. Bu çalışmada pomza malzeme ile beş farklı karışım hazırlanmıştır. Bağlayıcı olarak iki karışım serisinde KPÇI çimentosu, üç seride ise çimento kullanılmaksızın kireç-alçı bağlayıcı kullanılmıştır. S/B oranını düşürmek amacı ile süper akışkanlaştırıcı katkı ve hava sürükleyici kullanılmıştır. Deney serilerine iki farklı kür işlemi uygulanmıştır. Her karışım serisi ikiye ayrılarak birinci guruba 28 günlük su kürü, ikinci guruba ise 6 saat süre ile otoklavda basınçlı buhar kürü uygulanmış ve test sonuçları karşılaştırılmıştır. 2. MATERYAL VE METOT Çalışmada Isparta yöresinden alınan pomza malzeme kullanılmıştır. Pomza iki farklı tane gurubunda hazırlanmıştır (Şekil 1-2). Pomzanın kimyasal yapısında SiO 2 oranı %50 nin üzerinde olup asidik karaktere sahiptir (Çizelge 1). Deneylerden karşılaştırmalı sonuçlar alabilmek için beş farklı seride karışım hazırlanmıştır (Çizelge 2). Karışımları oluşturan bütün malzemeler ağırlık esasına göre tartılarak hazırlanmıştır. Karışımlarda bağlayıcı olarak iki seride çimento (KPÇI) ve üç seride ise sönmüş toz kireç ile alçı (ABS alçı) kullanılmıştır. S/B oranını düşürmek amacı ile bağlayıcı oranının %1 i oranında ASTM C 494 tip süper akışkanlaştırıcı katkı ve %0,1 hava sürükleyici kullanılmıştır. Deney örneklerinin üretiminde 100x100x100 mm ölçülerinde çelik küp kalıplar kullanılmıştır. Karışımlarda ortalama 6 cm çökmeyi (slamp) sağlayacak S/B oranı 0,75 ile 0,92 arasında elde edilmiştir (Çizelge 2). Hazırlanan karışımlar çelik kalıplara döküldükten sonra sarsma masasında ortalama 3 dakika sarsılarak sıkılanmıştır. Örnekler normal ortam koşullarında 24 saat bekletildikten sonra kalıptan çıkarılmıştır. Her bir karışım serisi için en az 12 adet deney örneği üretilmiştir. Her bir seri örnekler ikiye ayrılarak birinci gurup örnekler normal koşullarda (±21 0 C) kür tankında 28 gün suda bekletilmiştir. İkinci grup örneklere laboratuar tipi otoklavda 1,5 Bar basınç ve 125 0 C sıcaklıkta 6 saat süre basınçlı buhar kürü uygulanmıştır. Kür süresi sonunda örnekler etüv kurusu haline gelinceye kadar etüvde bekletilmiştir. Örnekler üzerinde fiziksel ve mekanik testler uygulanarak sonuçlar değerlendirilmiştir.
100 % Geçen 80 60 40 20 Elek Çapı (mm) 0 3 2 0.85 0.425 0.25 0.18 0.15 Şekil 1. 0-3 mm tane grubu elek analizi. % Geçen 100 95 90 85 80 75 Elek Çapı (mm) 1 0.5 0.425 0.25 0.18 0.15 0.125 0.106 0.09 Şekil 2. 0-1 mm tane grubu elek analizi. Çizelge 1. Kullanılan pomzanın kimyasal yapısı. Oksit % SiO 2 54.48 Al 2 O 3 15.72 Fe 2 O 3 4.55 CaO 4.27 MgO 1.02 SO 3 0.88 K 2 O 5.38 Na 2 O 4.16 TİO 2 2.51 Kız. Kay. Toplam 93.97 Çizelge 2. Örneklerin ağırlıkça karışım oranları A B C D E Pomza0-3 mm (%) 50 25 50 65 70 Pomza 0-1 mm (%) - 25 - - - Çimento (%) - - - 35 30 Kireç (%) 40 50 40 - - Alç (%) 10-10 - - Süper akışkan. (%) 1 1 1 1 1 Hava sürükleyici (%) - 0,1 0,1 0,1 0,1 Su/Bağlayıcı 0,75 0,92 0,92 0,83 0,80
3. SONUÇLAR Beş farklı karışım serisi ve iki farklı kür işlemi uygulanan örnekler üzerinde porozite, bulk yoğunluk, görünür yoğunluk, su emme ve basınç dayanımı testleri yürütülmüştür. Her bir test için ortamla 6 adet örnek kullanılmıştır. Fiziksel testler Arşimet Prensibi esasına göre yürütülmüş, basınç dayanımını ölçülmesinde bilgisayar kontrollü beton basınç presi kullanılmıştır. 3. 1. Fiziksel sonuçlar Elde edilen fiziksel sonuçlar Çizelge 3 te verilmiştir. Örneklerin porozite değerleri %12,40 ile %44,25 arasında değişmektedir. Poroziteyi etkileyen iki faktör belirlenmiştir. Birincisi çimento olup bağlayıcı olarak çimento kullanılan D ve E serilerinde diğer serilere göre porozite değerlerinde azalma gerçekleşmiştir. İkincisi kür yöntemi olup 28 gün suda kür edilen numuneler 6 saat otoklavda kür edilen numunelere göre daha yüksek porozite değerlerine sahip olmuşlardır. Porozite değerlerinin artması bünyenin hafiflemesini sağlaması ve ısı yalıtım özelliklerini olumlu yönde etkilemesi bakımından önem taşır. Bulk yoğunluk değerleri en küçük 1,04 kg/dm3 ve en yüksek 1,56 kg/dm 3 olarak elde edilmiştir. Çimento bağlayıcı kullanılan D ve E serilerinde diğer serilere göre artan bulk yoğunluk değerleri elde edilmiştir. Görünür yoğunluk değerleri 1,69 ile 1,98 arasında değişmektedir. Bu değerler çimentolu serilerde azalırken kireç- alçı kullanılan serilerde artma eğilimi göstermiştir. Bunun çimentolu serilerde gelişen hidratasyon fazlarının agrega (pomza) tane yüzeyindeki gözenekleri kısmen kapatarak kapalı gözenek oranını azaltmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Çizelge 3. Örneklerin fiziksel özellikleri. A B C D E Porozite 1* 38,41 37,19 37,63 12,40 12,82 (%) 2* 42,54 42,5 44,25 19,71 13,57 Bulk Yoğ. 1* 1,13 1,25 1,17 1,48 1,42 kg/dm 3 2* 1,12 1,28 1,04 1,49 1,56 Gör. Yoğ. 1* 1,83 1,98 1,74 1,69 1,72 (kg/dm 3 ) 2* 1,94 1,86 1,87 1,85 1,80 (%) Su 1* 34,02 29,70 32 7,87 9,03 Emme 2* 38,08 33,21 42,47 13,25 8,70 1*: Otoklavda 6 saat süre 125 0 C sıcaklık ve1,5 atm. basınçlı buhar kürü değerleri. 2*: 28 Gün suda kür sonucu elde edilen değerler. 3. 2. Basınç mukavemeti değerleri Örneklerin basınç dayanımı değerleri çizelge 4 te verilmiştir. Buna göre karışımda %10 alçı bulunan A ve C serilerinde çok düşük dayanımlar elde edilmiştir. Buna karşı bağlayıcı olarak toz kireç bulunan B serisinde otoklav ve su kürü işlemi sonucu sırasıyla 75 ve 85
kg/cm 2 basınç dayanımı değerleri elde edilmiştir. B serisinde %25 oranında karışıma giren ince tane boyutunda pomza malzemenin puzolanik reaksiyon göstererek daha çok hidratasyon fazları (CSH) üretmesinin mukavemet artışına yol açtığı düşünülmektedir. Çimento bağlayıcı kullanılan D ve E serilerinde otoklav kürü sonunda sırasıyla 105 ve 102 kg/cm 2, su kürü sonunda ise128 ve 132 kg/cm 2 basınç dayanımı değerleri elde edilmiştir. Otoklav kürü sonucu elde edilen mukavemet değerlerinde 28 günlük su kürü sonucu elde edilen mukavemet değerlerine göre nispi bir düşme belirlenmiştir. Bunda otoklav prosesindeki buhar basıncı, sıcaklık ve kür süresin etkili olduğu düşünülmektedir. Çizelge 4. Basınç dayanımı değerleri (kg/cm 2 ) Basınç A B C D E Otoklav 3,1 75 4 105 102 Su Kürü 7 85 5 128 132 Sonuçta pomzanın içerisine belli oranda ince ve iri malzeme birlikte kullanılarak kireç bağlayıcı ile üretilen örneklerin karkas yapılarda bölme ve dolgu duvarlarda, ayrıca yük taşıyan yığma yapı duvarlarda kullanılabileceği belirlenmiştir. Çimento bağlayıcı kullanılan serilerde nispeten daha yüksek dayanımlar elde edilmiştir. Otoklav kür işleminin kür süresini belirgin biçimde düşürdüğü ve endüstriyel seri üretim için uygun olduğu belirlenmiştir. 4. ÖNERİLER Pomza Türkiye de çok geniş alanlara yayılmış mineral bir malzemedir. Bu çalışmada pomza malzeme farklı bağlayıcılar ile birlikte üretilerek otoklav kürü ve su kürü uygulanarak mekanik özellikleri belirlenmiştir. Bu çalışmanın sonraki aşamalarında daha yüksek basınç ve sıcaklık değerine sahip otoklav kullanılarak, farklı bağlayıcı oranları ve farklı tane boyutlarında pomza malzeme ile araştırmaların yürütülmesi yaralı olacaktır. KAYNAKLAR [1] Cavaleri, L., and etc., Pumice Concrete for Structural Wall Panels, Engineering Structures 25, (2003), 115-125 [2]. Neville, A.M.,Brooks, J.J., 1987, Concrete Technology, Longman Group UK Limited, pp.346. [3]. Demirboğa, R., and etc., Effects of expanded Perlite aggregate And Mineral Admixtures On The Compressive Strength Of Low-Density Concretes, Cement and Concrete Research, 31 (2001) 1627-1632. [4].TS 3234, Bimsbeton Yapım Kuralları, Karışım Hesabı ve Deney Metotları, Türk standartları Enstitüsü, 1978, Ankara. [5]. TS 1114 EN 13055-1, Hafif agregalar - Bölüm 1: Beton, harç ve şerbette kullanım için, Türk standartları Enstitüsü, 2004, Ankara. [6]. Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik, İnşaat Mühendisleri Odası İzmir Şubesi, Yayın no:25, (1999), İzmir. [7]. http://ekutup.dpt.gov.tr/madencil/oik491/ [8] Sarıiz K., Nuhoğlu İ, Endüstriyel Hammadde Yatakları ve Madenciliği, Anadolu Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, (1992), Eskişehir, ss. 335-336.
[9].Uz, B., İmraniye-Hamatepe (Erzin- Hatay) civarındaki bazaltik pomzaların petrografik ve teknolojik etüdü, 1. Isparta Pomza Sempozyumu, (1997) 153-161, Isparta. [10]. http://pomzamer.sdu.edu.tr/indextr.htm [11] H.Köse, Ç.Pamukçu, N.Yalçın, T.Seçer, (1997), Pomza ve Yapı Malzemesi [12]. Köktürk, U.,, Endüstriyel Hammaddeler, Dokuz Eylül Üniversitesi Yayını, (1997) Yayın No:205. [13]. Gündüz L., Sarıışık A., Tozaçan B., Davraz M., Uğur İ., Çankıran O., Pomza Teknolojisi cilt 1 [14]. Madencilik Özel İhtisas Komisyonu Endüstriyel Hammaddeler Alt Komisyonu Çimento Hammaddeleri Ve Yapı Malzemeleri Çalışma Grubu Raporu Çimento Hammaddeleri ve Yapı Malzemeleri Cilt 2, VII. 5 yıllık kalkınma planı, (1996), Ankara. [15]. http://www.canerltd.com/pomza.htm