KİMYASAL İÇERİĞİ DEĞİŞTİRİLEN UÇUCU KÜLÜN BETON KATKISI OLARAK DEĞERLENDİRİLMESİ

KİMYASAL İÇERİĞİ DEĞİŞTİRİLEN UÇUCU KÜLÜN BETON KATKISI OLARAK DEĞERLENDİRİLMESİ Temiz H, Binici H, Coşkun İ. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Kahramanmaraş/Türkiye ÖZET Bu çalışmada, kimyasal kompozisyonu, volkanik cüruf ilave edilerek standarda uygun hale getirilmiş Afşin-Elbistan Termik Santrali uçucu külü (AEUK) katkılı beton ve harçların dayanım ve bazı dayanıklılık özellikleri araştırılmıştır. Araştırmada CEMI tipi çimento, Afşin-Elbistan-Termik Santrali uçucu külü, Hatay-Akbaz yöresi volkanik cürufu, dere ve mıcır agrega ile standart kum kullanılmıştır. Çalışmada öncelikli olarak AEUK, volkanik cüruf tozu katılarak standarda uygun hale getirilmiştir. Sonra, %40 a varan oranlarda mineral katkıların ikame edilmesiyle üretilen, eşit çökme değerlerine sahip numunelerin priz süresi, hacim genleşmesi, basınç dayanımı, eğilmede çekme dayanımı, geçirgenlik, donma-çözülme dayanımı, yüzey aşınmasına karşı direnç, kimyasal ortamlara karşı dayanıklılık, boy değişim miktarı, alkali agrega reaksiyonları ve mikroyapı özellikleri incelenmiştir. Araştırmanın bulguları; artan mineral katkı miktarının priz süresini uzattığı, ilk yaşlarda dayanımın düşmesine neden olmasına karşın, ileri yaşlarda puzolanik katkıların reaksiyonunun devam etmesi sayesinde, referans numunelerin dayanım değerlerini yakaladığını göstermiştir. Ayrıca adı geçen mineral katkılı numunelerin kimyasal ortamlara karşı referans numuneden daha iyi direnç gösterdiği ve mikro yapısal özelliklerini iyileştirerek etrenjit oluşumlarını engellediği belirlenmiştir. Anahtar Kelimler: Uçucu Kül, Volkanik Cüruf, Dayanım, Dayanıklılık, Mikroyapı ABSTRACT This study aims at the improvement in strength and durability of concrete and cement mortars obtained in different combinations by mixing the cement of type CEMI produced at Cimko Cimento s Narlı Branch with the mineral additives contained in the fly ash from Afsin Elbistan Thermal Power Plant and volcanic slag from Hatay-Akbaz region at various ratios. Samples with equal slump values obtained by replacing cement with mineral additives of different rates up to 40% with equal slump values have been examined with respect to their set periods, volume expansions, pressure strengths, flexural strengths, permeability, freezingdissolution strengths, resistance against surface wear, durability against chemical environments, longitudinal change quantities, alkali aggregate reactions and microstructure characteristics. It has been detected that increased mineral additive quantities result in set periods while strength values of our samples have reached the strength values of samples produced with 100% CEMI 42.5 cement products due to the high strengths gained at further ages thanks to again the increased mineral additives. On the other hand, it has also been observed that this strength improvement obtained with the help of mineral additives increase the strengths shown against chemical environments in further ages and prevents ettringite formations by developing their microstructure properties while having the formed ettringites dissolved at the same time. Key Words: Fly Ash, Volcanic Slag, Strength, Durability, Microstructure 1

1. GİRİŞ Beton; agrega, kum, çimento, su, mevsimine ve döküm şartlarına göre tercih edilen çeşitli mineral ve kimyasal katkıların harmanlanmasıyla oluşturulan bir yapı malzemesidir. Bu yapı malzemesinde kum veya çimento yerine çeşitli doğal veya yapay puzolanların ilave edilmesiyle fiziksel ve kimyasal bazı özelliklerin iyileştirilmesi neticesinde dayanım ve dayanıklılık pozitif yönde düzeltilebilmekte ve aynı zamanda çimentoya göre çok daha ucuz olan bu puzolanların kullanılmasıyla beton maliyetleri aşağıya çekilmekte bunun neticesinde ekonomiklik sağlanmaktadır. Yüksek oranda uçucu kül katkısı ile üretilen betonun aşınmaya karşı direncini incelenmiştir. Beton basınç dayanımı arttıkça aşınma direncinin de arttığı belirtilmiştir. Yüksek beton basınç dayanımlarına sahip örneklerde, %30 gibi yüksek oranda uçucu kül içerenlerin aşınma direncinin referans betonun aşınma direncini aştığı vurgulanmıştır [1]. Yapılan bir çalışmada Afşin-Elbistan Termik Santral Külünün (AEUK) çimento ve beton katkısı olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. %10 ve %20 AEUK içeren harç ve beton numunelerin büyük bir kısmının referans numunelerine eşdeğer ya da yakın basınç, çekme ve aşınma dayanımı, karbonatlaşma, boşluk oranı ve kapiler su emme katsayısı verdiği belirtilmiştir. Çalışmada, %10-%20 AEUK nın çimento ve beton katkısı olarak kullanılabileceği önerilmiştir [2]. Gülşen, Toprakkale (Osmaniye) bazaltik pomzasının hafif beton yapımında kullanabilirliğini araştırmıştır. Bu bağlamda Toprakkale bazaltik pomzasının genel mühendislik karakteristiği, jeokimyasal özellikleri ile fizyomekanik değerleri laboratuar ortamında belirlenmiştir. Bazaltik pomzalı hafif betonların 28 günde 30 MPa dayanıma ulaştığı ileri sürülmüştür [3]. Yazıcıoğlu ve Demirel (2005), Elazığ yöresi pomzasının betonda katkı maddesi olarak kullanılabilirliğini incelemişlerdir. Araştırmada ince öğütülmüş pomza, CEM I yerine, ağırlıkça % 5, 10 ve 20 oranlarında, SD ise 40 kg çimento yerine aynı miktarda alınmıştır. Yalnız pomza katkısı basınç dayanımını özellikle 3 ve 7 günlük yaşlarda düşürürken, ağırlıkça % 5 ve % 10 pomza katkılı betonlara % 10 SD ilavesi ile kontrol betonunkinden daha yüksek basınç dayanımları elde edilmiştir. Ağırlıkça % 15 ve % 20 pomza katkılı betonlara % 10 silis dumanı ilavesi ile de kontrol betonunun basınç dayanımı değerlerine yaklaşılmıştır. Ultrasonik test ve porozite deneyleri de bu sonucu desteklemiştir [4]. CEM III (PKÇ/A 32.5R ve PKÇ/B 32.5R) ile CEMV (KZÇ/A 32.5R) katkılı harçların bazı dayanıklılık özelliklerini belirleyebilmek amacıyla %5 Na 2 SO 4 ve %5 kükürt çözeltisinde 13 ay bekletilen, prizmaların şekil değişimi, ağırlık kaybı, eğilme ve basınç dayanımları bulunmuştur. 13 ay sonunda PKÇ/A 32.5R, PKÇ/B 32.5R ve KZÇ/A 32.5R katkılı ve %5 Na 2 SO 4 ve %5 kükürt çözeltisinde bekletilen numunelerde ağırlık kaybı meydana gelmemiştir. CEM I ile üretilen numuneler, Na 2 SO 4 çözeltisinde ağırlık ve dayanım kaybına uğrarken, kükürt çözeltisinde ağırlık ve dayanım kaybı meydana oluşmamıştır. Bu sonuçlar çimento içerisindeki puzolan katkısının sülfatlara karşı dayanıklılığı arttırdığını göstermiştir [5]. Çimentonun, %3 ü oranında uçucu kül kullanılmasıyla ilk günlerde betonun basınç dayanımı ve elastisite modülü azalmış; fakat 28 günden sonra bu iki özellikte sürekli ve kayda değer gelişme olduğu belirtilmiştir. %40, %45 ve %50 oranlarında uçucu kül içerikli betonun dayanımının 28 günde bile betonarme yapısı için yeterli olduğu vurgulanmıştır. Betonun aşınmaya karşı olan dayanıklılığının basınç dayanımına önemli ölçüde bağlı olduğu saptanmıştır. Bütün karışımlarda beton yaşının artması ile aşınma dayanıklılığının da arttığı belirtilmiştir [6]. 2

Bu çalışmada, Afşin-Elbistan Termik Santrali nde yan ürün olarak elde edilen ve yeterince değerlendirilmeyen uçucu kül ile Hatay-Akbaz yöresinden sağlanan volkanik cürufun karıştırılmasıyla kimyasal yapısı düzenlenmiş mineral katkının, betonun bazı dayanım ve dayanıklılık (durabilite) özelliklerini iyileştirilmesi amaçlanmıştır. 2. MATERYAL VE METOD 2.1. Materyal Araştırmada CEM I 42,5 (Çimko Çimento Narlı Şubesi), dere agregası (K.Maraş-Aksu), uçucu kül Afşin-Elbistan Termik Santrali (AEUK), Hatay-Akbaz volkanik cürufu (HVC) ve süper akışkanlaştırıcı kimyasal katkı kullanılmıştır. 2.2. Metot Araştırmada uygulanan tüm deneyler Türk standartlarına ve gelişmiş bazı ülkelerin standartlarına uygun yapılmıştır. Bu deneyler şöyle özetlenebilir: Agreganın Los Angeles aşınma oranı TS EN 1097-2 [7], birim hacim ağırlıkları TS EN 1097-6 [8], tane dağılımı analizi TS EN 933-1 [9], alkali silika reaksiyonu TS 2517 [10], çimento hamurunun normal kıvam su oranları, priz başlama ve sona erme süreleri ile hacim genleşmesi tayinleri TS EN 196-3 [11,] beton numunelerin malzeme miktarları TS 802 [12], basınç dayanımları TS EN 12390-3 [13], eğilmede-çekme dayanımları TS EN 12390-5 [14], su geçirimliliğinin tayini (permabilite) TS EN 12390-8 [15] donma-çözülme dayanımı TS 3655 [16] mekanik yüzey aşınmalarının tayini DIN 52108 [17], kimyasal ortamlara dayanıklılık TS EN 206-1 [18], sertleşmiş harç numunelerinde boy değişimi TS 3322 [19] ve mikroyapı analizi (SEM) literatüre göre yapılmıştır [20]. Deneysel çalışmalar Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Malzeme Laboratuarı, KSÜ Meslek Yüksek Okulu İnşaat Bölüm Laboratuarı, Çimko Çimento Narlı Şubesi, Çimko Beton K.Maraş Şubesi ve Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği laboratuarlarında yürütülmüştür 3. BULGULAR VE TARTIŞMA 3.1. Agreganın özellikleri Los Angeles aşınma deneyi yöntemine göre kaba agreganın aşınma oranı 500 devir sonun da %12.9 bulunmuştur. Elek analizi yöntemiyle agreganın tane dağılımı tespit edilmiş ve gerekli hesaplamalar ile karışımın tane dağılımı standardın öngördüğü eğriler arasında bırakılmıştır. Agregaların DYK su içerikleri ve birim hacim değerleri; kaba agregada Arhicmedes terazi, ince agregada ise ölçekli cam mezür yardımıyla saptanmıştır. Kaba agreganın DYK birim hacim ağırlığı 2.73 g/cm 3, ince agreganın 2.60 g/cm 3 tür. TS 2517 ye göre yapılan alkali-silika reaksiyonu testi sonucu 125 μm-250 μm arasındaki numunede alkali azalması olmadığı, çözünen silis oranının ise 3.1 mmol/lt olduğu belirlenmiştir. Bulunan sonuçlara göre, agreganın aşınma oranı düşük, birim hacim ağırlığı normal ve alkali-silika reaksiyonu olmadığı anlaşılmaktadır. 3.2. Çimento ve puzolanik malzemelerin kimyasal özellikleri CEMI, HVC ve AEUK ile CEMI, HVC ve AEUK karışımının kimyasal analizleri Narlı Çimento Fabrikası Kimya laboratuarında yapılmıştır. Sonuçlar Tablo 1 de görülmektedir. Değerler incelendiğinde HVC de SiO 2 yüksek, AEUK da CaO ve SO 3 yüksektir. AEUK TS ye göre uygun değildir. Ancak Tablo 1 son sütununda verilen ve %20 3

HVC+%20 AEUK+%60 CEM1 den meydana gelen yeni karışımın kimyasal oksitlerinin yaklaşık olarak standarda uygun hale geldiği anlaşılmıştır (Tablo 1). Tablo 1. Beton karışımında kullanılacak malzemelerin kimyasal analizleri 3.3. Hamurların normal kıvam su oranları, priz süresi ve hacimsel genleşme Hamur numuneler Tablo 2 de verilen oranlarda alınmış ve TS EN 196-3 e göre önce hamur numunelerinin normal kıvam su oranı, sonra aynı su oranına sahip numunelerin priz başlama ve sona erme süreleri ile hacimsel genleşme değerleri belirlenmiş ve sonuçlar Tablo 2 de verilmiştir. Tablo 3 den priz başlama ve sona erme sürelerinde, katkı oranı arttıkça artış meydana geldiği görülmüştür. Ancak, aynı değerlendirmeyi hacimsel genleşme için yapmak mümkün değildir. Priz sürelerinde meydana gelen uzamalar TS EN 196-3 te verilen sınır değerlere uygun çıkmıştır. Hacimsel genleşme değerleri için katkının etkisi tam belirgin olmamıştır. Ancak, bulunan hacimsel genleşme değerleri TS EN 196-3 te verilen koşullara uygundur. Tablo 2. Hamur numunelerin karışım oranları Tablo 3. Hamur numunelerin fiziksel özellikleri 3.4. Beton karışım oranları Beton örnekleri meydana getiren malzeme miktarları TS 802 ye göre hesaplanmış ve sonuçlar kilogram (kg/m 3 ) cinsinden Tablo 3 de verilmiştir. Tablo 3. Beton karışım oranları (kg/m 3 ) Katkı: 3.8, 3.42, 3.04, 2.66, 2.28. 3.4. Beton numunelerin basınç ve eğilme dayanımı Beton numunelerin basınç dayanımları TS EN 12390-3 te belirtilen kurallar dikkate alınarak bulunmuştur. Şekil 1 de verilen basınç dayanımı değerleri üç adet 15 x 15 x 15 cm boyutlarındaki küp numunenin ortalamasıdır. Şekil 1. Beton numunelerin basınç dayanımları Beton basınç dayanımları incelendiğinde, katkı miktarı arttıkça özellikle ilk günlerdeki dayanımlarda düşüş olduğu görülmektedir. Fakat ileri yaşlarda katkılı betonların dayanım gelişimindeki artışlardan dolayı, referans betona yaklaştığı gözlemlenmiştir. Burada, dayanım gelişmesinin nedeni olarak, puzolanik reaksiyonun uzun süre devam etmesi ve yeni C-S-H jeli oluşturmaları gösterilebilir. Sonuçlar irdelendiğinde, 7 günlük örneklerde en yüksek basınç dayanımı 1 nolu (referans) numunede 34.5 MPa, bunu 32 MPa dayanım ile 2 nolu (%10 4

katkılı) numune izlemiştir. En düşük dayanım ise 5 nolu (%40 katkılı) numunede 23.4 MPa dır. 28 günde 1 nolu ile 2 nolu numuneler yaklaşık aynı basınç dayanımına sahip 45.4 MPa, en düşük yine 5 nolu karışımda 37.7 MPa elde edilmiştir. 56 günlük basınç dayanımlarında en yüksek değer 1 nolu karışımda 51.6 MPa, 2 ve 3 nou karışımların değerleri de buna çok yakın çıkmışlardır (49 MPa). En düşük yine 5 nolu 43 MPa bulunmuştur. Beton numunelerin eğilmede-çekme dayanımı TS-EN 12390-5 ye göre bulunmuştur. Eğilmede-çekme dayanımı değerleri üç adet 15 x 15 x 60 cm ebatlarındaki kiriş numunelerin ortalamasıdır. Şekil 2. Beton kiriş numunelerin eğilmede-çekme dayanımları Basınç dayanımına paralel olarak katkı miktarı arttıkça, eğilme-çekme dayanımlarında da düşüşler olduğu; fakat dayanımlarda meydana gelen azalmaların ileriyaşlarda azaldığı görülmüştür. Özellikle 2 ve 3 nolu numunelerin 56 gün sonundaki dayanımlarının referans numuneye yaklaştığı görülmektedir. 3.5. Numunelerin su geçirimliliği tayini (Permeabilite) Numunelerin su geçirimlilikleri TS EN 12390-8 esas alınarak bulunmuştur. Deney numuneleri; 150 mm çapında ve 300 mm yüksekliğinde olup ortasında 20 mm çapında delik bulunmaktadır. Şekil 3 te geçirgenlik testi işlemi ve Talo 4 te suyun betona işleme değerleri görülmektedir. Tablo 4 te verilen suyun betona işlediği değer, altı adet numunenin ortalaması alınarak bulunmuştur. Tablo 4. Suyun betona işleme derinliği Şekil 3. Geçirgenlik testi işlemi 5 atm basıncı altında, 7 gün boyunca basınçlı suya maruz bırakılmış numunelerden su akmadığı için numuneler ikiye bölünmüş ve nemlenen kısım beş noktasından ölçülüp her biri için ortalama alınmıştır. Suyun işleme derinliği olarak alınan değere göre tüm örneklerin geçirgen olmadıkları anlaşılmaktadır. Suyun betona işleme derinliği en az referans numuede bulunurken, katkı oranı arttıkça, suyun işleme derinliği artış göstermiştir. Bunun, henüz reaksiyona girmeyen SiO 2 ve CaO dan ileri geldiği söylenebilir. Fakat ilerleyen yaşlarda, hidratasyon ürünü olan Ca(OH) 2 ile mineral katkılarda yüksek oranda bulunan SiO 2 reaksiyona girerek CSH jeli oluşturaraklar böylece boşlukların dolması sonucunda geçirgenlik değerlerinin daha düşük çıkması beklenmektedir. 3.6 Betonun donma-çözülme dayanımı 5

Bu deney TS 3655 e göre ve 100 mm küp numuneler üzerinde yapılmıştır. Şekil 4 te donma-çözülme işlemi görülmektedir. 35 donma-çözülme periyodu sonrası bulunan ve üç adet numunenin ortalaması olan basınç dayanımları Şekil 5 te verilmiştir. Şekil 4. Donma-çözülme işlemi Şekil 5. Donma-çözülme sonrası basınç dayanımları Donma-çözülme işlemi sonrası numune yüzeylerinde herhangi bir deformasyon gözlemlenmemiştir. Beton dayanımları normal suda bekletilen numunelerin basınç dayanımları ile karşılaştırıldığında da belli oranlarda düşme olmuştur. Özellikle katkı miktarı arttıkça dayanımlardaki düşme miktarı da artmıştır. Katkı miktarının artması hidratasyon reaksiyonlarını yavaşlatmakta, böylece bağlayıcı unsur olan C-S-H jellerinin oluşumunun gecikmesine neden olmaktadır. Böylece katkı oranı yüksek beton örneklerin basınç dayanımları biraz düşük ve ağırlık kayıpları da biraz fazla olmuştur. Ancak, 3.5 bölümünde açıklandığı gibi ileri yaşlarda katkılı numunelerin daha yüksek dayanım vermeleri beklenmektedir. 35 periyotluk donma-çözülme sonundaki basınç dayanım değerleri incelendiğinde; 1 nolu numunede, 28 gün içme suyunda kür edilen aynı karışımın dayanımından %7.59, 2 nolu, 3 nolu, 4 nolu ve 5 nolu karışımlarda ise sırasıyla %8.23, %10.61, %15.44 ve %17,80 kaybı bulunmuştur. 3.7. Yüzey aşınma dirençleri Yüzey aşınma dirençleri DIN 52108 göre bulunmuştur. Bunun için üretilen 10 cm boyutlarındaki küp numuneler 90 gün kür tankında bekletildikten sonra kesilerek 71 mm boyutlarında yeni küp numuneler elde edilmiştir. Her numuneye 16 periyodluk (352 devir) aşındırma işlemi uygulanmıştır. Test işlemi Şekil 6, test sonuçları Şekil 7 de verilmiştir. Şekil 6. Aşındırma cihazı (Böhme) Şekil 7. Aşınma kaybı değerleri 6

Deney sonuçları incelendiğinde 352 devir sonundaki aşınma kayıplarının düşük olduğu görülmektedir. Katkı oranı açısından değerlendirildiğinde ise, katkı oranına bağlı olarak aşınma miktarlarında belirli oranlarda artışların olduğu söylenebilir. Bu değerler yol plakları için TS 2824 EN 1338 de verilen değerlerin çok altında kalmıştır [21]. 3.8. Betonun Kimyasal Ortamlardaki Dayanıklılığı TS 3068 göre hazırlanan 10 cm boyutlu küp numuneler, 28 gün kür ortamında bekletildikten sonra asidik konsantrasyonları belirlenen %5 Na 2 SO 4 ve %5 MgSO 4 çözeltisine konulmuştur. Bu ortamlarda 13 ay süre ile bekletilen numunelerin 1, 3, 5, 7, 9, 11 ve 13. aylardaki ağırlık ve boyut değişimleri ile yüzey incelemeleri hassas şekilde yapılmış sonuçlar Şekil 8 ve Şekil 9 da sunulmuştur. Şekil 8. %5 Na 2 SO 4 çözeltisinde13 ay bekletilen numunelerin ağırlık değişimleri Şekil 9. (%5) MgSO 4 çözeltisinde13 ay bekletilen numunelerin ağırlık değişimleri Şekil 10. %5 Na 2 SO 4 çözeltisinde 13 ay bekletilen numunelerin basınç dayanımları Şekil 11. %5 MgSO 4 çözeltisinde 13 ay bekletilen numunelerin basınç dayanımları 13 ay sonunda numuneler incelendiğinde tatlı su, %5 sodyum sülfat ve %5 magnezyum sülfat da bekletilen numunelerin yüzeylerinde her hangi deformasyon oluşmadığı görülmüştür. Basınç dayanımları, 28 günlük normal suda bekleyen numunelerin basınç dayanımları ile karşılaştırıldığında, 1 nolu (referans) numuneler dışındaki katkılı numunelerin basınç dayanımlarında belli oranlarda artışlar meydana geldiği saptanmıştır. Mineral katkı miktarları arttıkça sodyum ve magnezyum sülfatlı ortamlara karşı gösterilen dirençte artışlar görülmüştür. Bunun açıklaması, AEUK + HVC bulunan SiO 2 nin CEM I 7

deki serbest CaO reaksiyona girerek CSH jeli oluşturarak sülfatları betona nüfuz etmelerini engellemeleri şeklinde yapılabilir. 3.9. Beton numunelerinin boy değişimi TS 3322 ye göre test işlemi yapılan 25*25*285 mm boyutlarındaki harç numunelerin boy değişim değerleri Tablo da verilmiştir. Tablo 5. Numunelerin boy değişim miktarları Tablo 5 deki değerlere bakıldığında mineral katkı miktarı arttıkça boyca değişim miktarının azaldığı görülmektedir. 1 nolu numunede, C 3 S karma oksit oranı mineral katkılılara göre daha fazladır. Dolayısıyla bu karma oksitlerin hidratasyonu neticesinde oluşan Ca(OH) 2 miktarları da daha fazladır. C 2 S hidratasyonu yavaş gerçekleşip daha çok ileri yaşlardaki dayanımı etkilediği için özellikle C 3 S hidratasyonu neticesinde oluşan hidratasyon ürünlerinin yaklaşık %22 si Ca(OH) 2 dir. Ca(OH) 2 içsel genleşmelere neden olmakta ve dolayısıyla boyca değişim oranlarını arttırmaktadır [22]. 3.10. Beton numunelerin yüzey çatlaklarının Yüzey çatlaklarının incelenmesi için her karışımdan 3 er adet numune hazırlanmıştır. Üretilen numuneler doğal ortam sağlanması için kür tankı yerine doğal ortamda kür edilmiş ve 7, 28 ve 56. günlerde numune yüzeylerinde yüzey incelemesi yapılmıştır. İnceleme büyüteç ve çatlak ölçer (crek meter) yardımıyla hassas bir şekilde yapılmıştır. İnceleme sonunda numune yüzeylerinde herhangi bir çatlağa rastlanmamıştır. 3.11. Mikroyapı Analizi Taramalı elektron mikroskop (SEM) incelemelerine esas olmak üzere katkısız 1 nolu (%100 CEM1 42.5), 2 nolu (%90 CEM1 42.5 + %5 AEUK+ %5 HVC), 3 nolu (%80 CEM1 42.5 + %10 AEUK + %10 HVC), 5 nolu (%60 CEM1 42.5 + %20 AEUK + %20 HVC) katkılı sertleşmiş hamur numuneler hazırlanmış ve teste tabi tutulmuşlardır. Testler 28 ve 56 günlük numunelere uygulanmıştır. Sonuçlar Şekil 12, 13, 14, 15 ve 16 da görülmektedir.. Şekil 12. 1 Nolu hamurunun mikroyapısı (28 gün) Şekil 13. 2 Nolu hamurunun mikroyapısı (28 gün) Şekil 14. 3 Nolu hamurunun mikroyapısı (28 gün) Şekil 15. 5 Nolu hamurunun mikroyapısı (28 gün) Şekil 16. 5 Nolu hamurunun mikroyapısı (56 gün) 8

SEM resimleri incelendiğinde, çimentonun reaksiyon ürünlerinden olan kalsiyum silikat hidrat (C-S-H) jeli, portlandit (CH), etrenjit ve monosülfatların meydana geldikleri görülmektedir. Bu bağlamda katkıların reaksiyona girdikleri anlaşılmaktadır. Şekil 12 de CEM I 28 günlük sertleşmiş çimento hamurunun SEM resmi görülmektedir. Şekil 12 de yoğun olarak C-S-H görülürken, daha az miktarda CH, monosülfat, etrenjit ve boşluk oluştuğu görülmektedir. Şekil 13 te %90 CEM1 42.5 + %5 AEUK+ %5 HVC katkılı sertleşmiş hamurların SEM resmi görülmektedir. Şekil 13 te de yine yoğun olarak C-S-H oluşurken, CH de artış meydana gelmiştir. Şekil 14 %80 CEM1 42.5 + %10 AEUK + %10 HVC karışımlarından meydana gelen sertleşmiş hamurun mikroyapısını göstermektedir. Bu resimde, diğer reaksiyon ürünlerinin yanında, artan katkı miktarlarıyla beraber iğne yapılı etrenjitlerin de arttığı görülmüştür. Şekil 15 ve 16 da %60 CEMI 42.5 + %20 AEUK + %20 HVC katkılarından oluşan sertleşmiş hamurların 28 ve 56 gülük SEM resimleri görülmektedir. Şekil 15 de katkı miktarlarının artması yine etrenjitin artmasına neden olmuştur. Ancak aynı numunenin 56 günlük sertleşmiş SEM resmi incelendiğinde (Şekil 16), 28 günlük karışımda, katkılardan bulunan ve reaksiyona giremeyen CaO ve SiO 2 nin, 56 günde reaksiyona girdikleri ve bu yüzden etrenjit kristallerinin bozuldukları ve yeni C-S-H jellerinin meydana geldiği görülmüştür. Bulgular literatür tarafından desteklenmektedir [20]. 4. SONUÇ 1. Standarda uygun olmayan Afşin-Elbistan Termik Santral külü, volkanik cüruf katkısı ile uygun hale getirilebilmektedir. 2. Düşük katkı miktarına sahip numunelerin basınç dayanımları referans numunenin basınç dayanımına yakın bulunmuştur. Yüksek katkı oranına sahip numunelerin basınç dayanımları ilk yaşlarda düşük iken ileri yaşlarda dayanım kazanma miktarı artmıştır. Eğilmede-çekme dayanımları da, basınç dayanımı değerlerine benzer özellikler göstermiştir. 3. Tüm numunelerin basınçlı suya karşı az geçirgen oldukları görülmüştür. Katkı miktarlarının artmasıyla, suyun betona işleme derinliğinde artış eğilimi saptanmıştır. 4. Donma-çözülme etkisi altında numunelerin ağırlık ve basınç dayanımlarında düşmeler saptanmıştır. Katkı oranının artması, ağırlık ve basınç dayanımı kaybını arttırmıştır. 5. Katkı miktarı arttıkça belli oranlarda aşınma kaybının da arttığı gözlemlenmiştir. 6. Kimyasal çözeltide bekletilen mineral katkılı numunelerin yüzeylerinde gözle görülebilir bir aşınma kaybı görülmemiştir. Referans numunede küçük boyutlu erozyon oluşmuştur. 13 ay sonrası saptanan basınç dayanımları, katkılı numunelerin kimyasal ortamlara karşı, katkısız numunelerden daha dayanıklı olduğunu göstermiştir. 7. Katkıların boy değişim değerlerini azalttığı bulunmuştur. 8. SEM resimleriyle, çimentonun reaksiyon ürünlerinden olan kalsiyum silikat hidrat (C- S-H) jeli, portlandit (CH), etrenjit ve monosülfatların meydana geldikleri görülmüştür. Bu yüzden katkıların reaksiyona girdikleri anlaşılmıştır. KAYNAKLAR [1] ATİŞ, C., 2000. Afşin-Elbistan Termik Santralinden Elde Edilen Uçucu Külün Beton İçinde Kullanılabilirliği, Münferit Proje, Çukurova Üniversitesi Araştırma Fonu Saymanlığı, Proje No: M.M.F. 2000. 21. [2] SEVİM, U.K., 2003. Afşin-Elbistan Uçucu Külünün Beton ve Çimento Katkısı Olarak Kullanılabilirliğinin Çimento Hamuru ve Harçlarının Üzerinde Yapılan Deneylerle Araştırılması, Doktora Tez Projesi, Proje No: FBE 2002 D 179, 2003. 9

[3] GÜLŞEN, H., 2004. Bazaltik Pomzanın Hafif Yapı Malzemesi Olarak Kullanılabilirliği. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, Adana. [4] YAZICIOĞLU, S., DEMİREL, B., 2005. Elazığ Yöresi Pomzasının Katkı Maddesi Olarak Betonda Kullanılabilirliğinin Araştırması. Türkiye Pomza Sempozyumu ve Sergisi, sf:245, Denizli. [5] Temiz, H. (2003). Portland Kompoze ve Kompoze Çimentoların Bazı özelliklerinin Portland Çimentosu ile Karşılaştırılması, Hazır Beton, 10(70), 70-77. [6] Siddique, R. (2004). Performance characteristics of high-volume Class F fly ash concrete. Cement and Concrete Research, 34(2004), 487-493. [7] TS EN 1097-2, 2000. Agregaların Mekanik ve Fiziksel Özellikleri İçin Deneyler Bölüm 2 : Parçalanma Direncinin Tayini İçin Metotlar, TSE, Ankara. [8] TS EN 1097-6, 2002. Agregaların Mekanik ve Fiziksel Özellikleri İçin Deneyler-Bölüm 6: Tane Yoğunluğu ve Su Emme Oranının Tayini, TSE, Ankara. [9] TS 3530 EN 933-1, 1999. Agregaların Geometrik Özellikleri İçin Deneyler-Bölüm1: Tane Büyüklüğü Dağılımı Tayini-Eleme Metodu, TSE, Ankara. [10] TS 2517, 1979. Alkali Agrega Reaktivitesinin Kimyasal Yolla Tayini, TSE, Ankara. [11] TS EN 196-3, 2002. Çimento Deney Metotları-Bölüm 3: Priz Süresi ve Hacim Genleşme Tayini, TSE, Ankara. [12] TS 802, 1985. Beton Karışımı Hesap Esasları, TSE, Ankara. [13] TS 12390-3, 2003. Beton. Sertleşmiş Beton Deneyleri-Bölüm3: Deney Numunelerinde Basınç Dayanımının Tayini, TSE, Ankara. [14] TS EN 12390-5, 2002. Beton. Sertleşmiş Beton Deneyleri-Bölüm5: Deney Numunelerinin Eğilme Dayanımlarının Tayini, TSE, Ankara. [15] TS EN 12390-8, 2002. Beton. Sertleşmiş Beton Deneyleri-Bölüm8: Basınç Altında Su İşleme Derinliğinin Tayini, TSE, Ankara. [16] TS 3655, 1981. Beton Numunelerinde Dona Dayanıklılık Tayini, TSE, Ankara. [17] DIN 52108 DIN 52108. 2002. Testing of inorganic non-metallic materials - Wear test using the grinding wheel according to Boehme - Grinding wheel method. Germany. 10

[18] TS EN 206-1, 2002. Beton-Bölüm 1: Özel,ik, Performans, İmalat ve Uygunluk, TSE, Ankara. [19] TS 3322, 1979. Çimento Harcı ve Beton Numunelerinde Boy Değişim Tayini, TSE, Ankara. [20] Sarkar, S.L., Aimin, X., and Jana, D., Concrete Components: 7 Scanning Electron Microscopy, X-Ray Microanalysis of Concretes, William Andrew Publishing, 2001. [21] TS 2824 EN 1338, 2005. Zemin Döşemesi İçin Beton Kaplama Blokları-Gerekli Şartlar ve Deney Metodları, TSE, Ankara. [22] RAMACHANDRAN, V. S., FELDMAN, R. F., 1995. Concrete Handbook. William Andrew Publishing, Noyes. p: 4-10 ŞEKİLLER TABLOLAR Tablo 1. Beton karışımında kullanılacak malzemelerin kimyasal analizleri Oksitler HVC AEUK CEM I %20 HVC + %20 AEUK+ %60 CEM1 SiO 2 61,82 15,82 20,96 23,72 Al 2 O 3 10,17 7,97 3,82 6,07 Fe 2 O 3 10,4 3,48 3,71 6,13 CaO 9,95 44,4 63,37 51,39 MgO 5,34 3,64 3,67 4,02 SO 3-19,22 2,91 5,56 K.K. 0,37 4,55 0,8 2,44 K 2 O 1,45 0,4 0,4 0,46 Ç.K. 0,5 7,47 0,43 0,21 S.CaO - - 0,89 - Tablo 2. Hamur numunelerin karışım oranları Numune No Uçucu Kül % Volkanik Cüruf % 1 0 0 100 2 5 5 90 3 10 10 80 4 15 15 70 5 20 20 60 CEM1 42,5 % Tablo 3. Hamur numunelerin fiziksel özellikleri Normal Kıvam Su Priz Süreleri (Dakika) Hacimsel 11

Oranı (%) genleşme Başlama Bitiş (c-a), mm 1 29 160 200 5.6 2 29 185 230 6.5 3 29 185 235 3.5 4 29 190 240 5.9 Tablo 3. Beton karışım oranları (kg/m 3 ) Numune No CEMI AEUK HVC Su 0-8 mm D. Kum 0-4 mm K. Kum 4-11,2 mm Agrega 11,2-22,4 mm Agrega Toplam Total 1 (referans) 380 0 0 161,6 466,4 420,7 473,7 559,9 2462,2 2 342 19 19 161,6 465,5 419,6 472,8 558,8 2458,4 3 304 38 38 161,5 464,6 419 471,9 557,7 2454,5 4 266 57 57 161,4 463,6 418,2 470,9 556,5 2450,7 5 228 76 76 161,3 462,7 417,3 470 555,4 2446,8 Katkı: 3.8, 3.42, 3.04, 2.66, 2.28. 7 Gün 28 Gün 56 Gün 60 Basınç Dayanımı (MPa) 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 Şekil 1. Beton numunelerin basınç dayanımları 12

Eğilmede Çekme Dayanımı (MPa) 7 6 5 4 3 2 1 0 28 Gün 56 Gün 1 2 3 4 5 Şekil 2. Beton kiriş numunelerin eğilmede-çekme dayanımları Tablo 4. Suyun betona işleme derinliği Numune No Ortalama işleme (mm) 1 0,5 2 0,9 3 3,6 4 4,1 5 5,1 Şekil 3. Geçirgenlik testi işlemi. Şekil 4. Donma-çözülme işlemi 13

Don-Çöz 28 Gün Basınç Dayanımı (MPa) 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 Şekil 5. Donma-çözülme sonrası basınç dayanımları Şekil 6. Aşındırma cihazı (Böhme) (g) (cm/50cm) Aşınma Kaybı Değerleri (cm/50cm) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 Şekil 7. Aşınma kaybı değerleri 14

0,45 Ort.Ağırlık Değişimi (%) Ağırlık değişimleri (%) 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 1 2 3 4 5 Şekil 8. %5 Na 2 SO 4 çözeltisinde13 ay bekletilen numunelerin ağırlık değişimleri Ağırlık değişimleri (%) 0,4 0,35 0,3 0,25 Ort.Ağırlık Değişimi (%) 0,2 1 2 3 4 5 Şekil 9. (%5) MgSO 4 çözeltisinde13 ay bekletilen numunelerin ağırlık değişimleri 60 28 Günlük Kür Sonrası Kırım Sonuçları 13 Aylık Kimyasal Ortam Sonrası Kırım Sonuçları % Değişim Değerleri Basınç dayanımı (Mpa) 40 20 0-20 1 2 3 4 5 Şekil 10. %5 Na 2 SO 4 çözeltisinde 13 ay bekletilen numunelerin basınç dayanımları 15

28 Günlük Kür Sonrası Kırım Sonuçları 13 Aylık Kimyasal Ortam Sonrası Kırım Sonuçları % Değişim Değerleri 60 Basınç dayanımı (Mpa) 50 40 30 20 10 0 1-10 2 3 4 5-20 Şekil 11. %5 MgSO4çözeltisinde 13 ay bekletilen numunelerin basınç dayanımları Tablo 5. Numunelerin boy değişim miktarları 1 2 3 4 5 Boy değişimi (mm) 0.094 0.07 0.059 0.05 0.04 Boy değişimi (%) 0.022 0.018 0.015 0.011 0.011. C4AŜH12 Boşluk CH C-S-H C-S-H Boşluk Şekil 12. 1 Nolu hamurunun mikroyapısı (28 gün) Şekil 13. 2 Nolu hamurunun mikroyapısı (28 gün) 16

CH Etrenjit Şekil 14. 3 Nolu hamurunun mikroyapısı (28 gün) Etrenjit Şekil 15. 5 Nolu hamurunun mikroyapısı (28 gün) C-S-H Şekil 16. 5 Nolu hamurunun mikroyapısı (56 gün) 17