Türkiye 22. Uluslararası Madencilik Kongresi ve Sergisi 11-13 Mayıs 211 ANKARA Kalsiyum Karbonatlı Kayaçların Standart Özelliklerinin İncelenmesi Examination of Standart Properties of Calcium Carbonate Rocks Ahmet Teymen Çukurova Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü, Adana. Alaettin Kılıç İstanbul Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü, İstanbul. Zehra Funda Türkmenoğlu Maden Yüksek Mühendisi, Adana. ÖZET Bu çalışmada, kalsiyum karbonatlı bazı kayaçların fiziksel, mekanik ve petrografik özellikleri incelenmiştir. Çalışmada yedi adet kireçtaşı, beş adet mermer ve iki tane de traverten kullanılmıştır. Deney sonuçları sırasıyla TS 1449, TS 11137 ve TS 11143 e göre değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçlara göre; eğilme dayanımı 8,72-19,12 MPa, Böhme aşınma dayanımı 6,21-2,3 cm 3 /5cm 2, b. hacim ağırlık 2,36-2,7 g/cm 3, ağ. su emme oranı %,11-2,9, don kaybı değerleri %,3-1,93 arasında değişmektedir. Bunun yanı sıra kayaçlara shore sertlik ve nokta yük dayanım testleri de uygulanmıştır. Ayrıca kayaçlar, petrografik analiz, asitlere dayanıklılık, açık hava tesirlerine dayanıklılık ve pas tehlikesi deneyleri açısından incelenmiştir. Kireçtaşları ve travertenlerde pas tehlikesi gözlenirken mermerlerde böyle bir risk yoktur. Ayrıca kayaçların hiçbirinde, asitlere dayanıklılık testine göre, renk ve görünüş değişimi olmamıştır. Genel özellikleri itibariyle, incelenen tüm kayaç özelliklerinin standartlarda belirtilen aralıklarda olduğu görülmüştür. Özellikle dayanım açısından, kireçtaşı grubunda Hatay ve Ceyhan kireçtaşlarının, mermer grubunda ise Yeşil mermer ve Marmara beyaz mermerler iyi özellikler göstermiştir. Çalışmanın son bölümünde, bazı kayaç özellikleri arasındaki basit korelasyon analizleri yapılmış ve yüksek korelasyon katsayısına sahip olanlar belirlenmiştir. ABSTRACT In this study, physical, mechanical and petrographical properties of some calcium carbonate rocks were examined. Seven limestone, five marble and two travertine samples were used in this study. The test results were evaluated according to TS 1449, TS 11137 and TS 11143 respectively. According to the test results; flexural tensile strength ranges from 19,2 to 8,72 MPa, Bohme surface abrasion resistance vary from 6,21 to 2,3 cm 3 /5cm 2, unit weight ranges from 2.7 to 2.36 g/cm 3, water absorption ranges,11-2,9 %, frost loss values ranges from.3 to 1.93%. In addition, shore hardness and point load tests were applied to rocks too. Also, rocks were examinated in terms of petrographic analysis, acid resistance, resistance of open-air effect and rust hazard. While the rust hazard were observed at the limestones and travertines, there is no such a risk for marbles. In addition, there were no color and appearance changes in rocks according to the acid resistance test. As general features, it was seen that the examined all rock properties were found to be at specified intervals defined in the standards. Especially, Hatay and Ceyhan limestones in limestone class and green and Marmara marbles in marble class exhibited good results in terms of strength. In the last section, simple correlations between some rock features were analyzed and identified those with the highest correlation coefficient. 259
A.Teymen, A.Kılıç, Z.F.Türkmenoğlu 1 GİRİŞ Dünyanın en zengin doğal taş oluşumlarının bulunduğu Alp-Himalaya dağ kuşağında yer alan Türkiye, çok çeşitli ve büyük miktarda mermer rezervine sahiptir. Türkiye, bu kaynaklara ilaveten gelişmekte olan sanayisi ve üretimde kullandığı teknoloji ile dünyanın en önemli doğal taş üreticileri arasında yer almaktadır. Bu önemli rezervler Anadolu ve Trakya boyunca geniş bir bölgeye yayılmıştır. Afyon, Bilecik, Balıkesir, Denizli, Muğla, Amasya, Elazığ ve Diyarbakır rezervlerin yoğunlaştığı illerdir. Ülkemizde 8 in üzerinde değişik yapıda, 12 nin üzerinde değişik renk ve desende mermer rezervi belirlenmiştir. Doğal taşların, yapı ve dekorasyon malzemesi olarak kullanılmaya başlanması dünya doğal taş üretiminin artmasına neden olmuştur. Özellikle son on yılda görülen artış, kazanım ve işleme teknolojisindeki gelişmelere paralellik göstermektedir. Giderek daha verimli hale getirilen işleme teknikleri ile doğal taş, daha kolay ve ekonomik olarak istenen şekilde işlenmekte ve birçok yeni kullanım alanı bulmaktadır. Dünya doğal taş sektöründe Çin, İtalya, İspanya, Türkiye, Hindistan, Brezilya ve Portekiz dünya doğal taş üretiminin yaklaşık % 7 ni gerçekleştirmekte, üretimini arttıran ülkeler sıralamasında Çin, Türkiye ve Brezilya ilk üç sırada yer almaktadır. Dünya doğal taş rezervlerinin yaklaşık % 4 ına sahip olan Türkiye dünya doğal taş sektöründe üretimde % 3,1 lik bir payla dokuzuncu, ihracatta ise % 2,3 lük bir payla sekizinci sırada yer almaktadır (TMMOB, 25). Doğal yapı taşları, petrografik ve teknolojik yönlerden yapılarda kullanılmaya elverişli olan, çeşitli minerallerin bir araya gelmesiyle doğal olarak meydana gelen mineral topluluğudur. Doğal taşların duvarlarda kullanılmasıyla mimari yönden estetik görünümler elde edilebilir. Doğal taşlar renk, doku yönüyle yapılara çeşitli özellikler kazandırması yanında, kaplama ve taşıyıcı bir eleman olarak da kullanılabilir (Yılmaz ve Safel, 24). Doğal yapı taşları renk ve doku özelliğine göre; estetik görünümlü, homojen yapılı, fiziksel-mekanik-kimyasal etkilere dayanıklı, oyma ve süslemelerin yapılabilmesi için yeterli mukavemete sahip olmalıdır. Yapı malzemesi olarak kullanılacak doğal taşlarda; tasarımcıların, mühendislerin, mimarların, uygulamacıların, TS 699 a (Doğal Yapı Taşları Muayene ve Deney Metotları) göre bilinmesi gereken fiziksel ve mekanik deneylerin nasıl yapılacağı belirtilmiştir (Koçu, 26). Ülkemizde günümüze kadar olan uygulamalarda piyasaya yeni sunulan mermerlerde; renk, cila alma kapasitesi ve sertlik temel unsur olmakta, diğer önemli fiziko-mekanik özellikler test edilmemekte ve sadece deneme yanılma metodu ile sonuca gidilmek istenmektedir. Bütün bunlar ekonomiye olumsuz bir külfet getirmekte ve mermerimize hâkim olamamanın verdiği maddi değer kaybı da kaçınılmaz olmaktadır. Doğal yapı taşlarında aranan özellikler genel olarak; renk özelliği ve desen homojenliği, blok verme özelliği ve kesilip cilalanma, jeomekanik ve fiziksel özellikler, atmosferik ve kimyasal etkilere dayanım olarak sıralanabilir (Şentürk ve Ark., 1995). Bu çalışmada, Türkiye genelinde yaygın olarak bilinen ve satılan mermer, kireçtaşı ve travertenlerden bazılarının fiziksel, mekanik ve petrografik özellikleri incelenerek, ilgili standartlara göre değerlendirmeler yapılmıştır. Bu çalışma ile yaygın olarak kullanılan bu yapı taşlarının kullanıcılarına, amaçlarına uygun seçim yapmalarına yardımcı olabilecek bazı değerlendirmelerin sunulması da amaçlanmıştır. 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Kuşçu (199) da Belence (Eğridir-Isparta) Siyah Mermer Yataklarının Ekonomik Jeolojisi adlı çalışmasında; Belence Siyah Mermerlerinin jeolojik, mineralojik ve petrografik özelliklerini belirlemiştir. Ceylanoğlu ve arkadaşları (1999) da bazı kayaçların sertlik özellikleri ile diğer malzeme özellikleri arasındaki korelasyonları belirleyen bir çalışma yayınlamışlardır. Gündüz, Şentürk ve arkadaşları 1996 da mermer işletmeciliği ve ülkemiz 26
Türkiye 22. Uluslararası Madencilik Kongresi ve Sergisi 11-13 Mayıs 211 ANKARA mermerlerinin mühendislik özelliklerinin kapsamlı olarak değerlendirildiği Mermer Teknolojisi adlı bir kitap yayınlamışlardır. Bu kitapta, bu bildiride de çalışılan Marmara beyaz, Afyon beyaz ve Sivrihisar beji gibi mermerlerin de bulunduğu birçok kayacın standartlara uygun özelliklerini belirlemişlerdir. Özpınar ve Arkadaşları, (21) de yaptıkları çalışmalarında; Kocabaş (Denizli) travertenlerinin jeolojik incelemesini yapmışlar ve fiziko-mekanik özelliklerini belirlemişlerdir. Bu amaçla fiziko-mekanik deneyler, agrega deneyleri ve beton karışım hesaplamaları yapmışlardır. Yavuz ve Arkadaşları, (22) de yaptıkları çalışmada; Muğla yöresi mermerlerinin mineralojik, kimyasal, fiziksel ve mekanik özelliklerini incelemişlerdir. Çiftepala ve Arkadaşları (23) de yaptıkları çalışmalarında Meşe bağları (Toplu köy-çermik-diyarbakır kireçtaşı mermerlerinin fiziko mekanik özelliklerini incelemişlerdir. Bu amaçla, Meşe bağları yöresinden aldıkları kireçtaşı ve mermer örneklerini TS 699 TS 191 ve TS 2513 e göre deneylere tabii tutmuşlar ve bu kireçtaşı mermerlerinin fiziksel, mekanik ve teknolojik özelliklerini belirleyerek uygun kullanım alanların ortaya çıkarmışlardır. Çavumirza ve Arkadaşları (23) de Mucur (Kırşehir) Yöresi Kireçtaşı Mermerleri ve Travertenlerinin Fiziko- Mekanik Özellikleri adlı çalışmalarında Mucur yöresi kireçtaşı mermer ve travertenlerinin mineralojik, petrografik, kimyasal, fiziksel ve mekanik özelliklerini belirlemeyi ve TS standartlarına göre uygun kullanım alanlarını ortaya çıkarmayı amaçlamışlardır. Uysal ve Arkadaşları (23) de bazı mermer türlerinin fiziksel ve mekanik özelliklerini tespit ederek, inşaatlarda yapı ve kaplama malzemesi olarak kullanılabilirliğini araştırmışlardır. Yaşar ve Erdoğan 24 yılında yaptıkları bir çalışmalarında Çukurova Bölgesinde yaygın olarak kullanılan bazı kayaçların mühendislik özelliklerini belirlemiş ve bu özelliklerin kayaçların sertlikleri ile ilişkilerini araştırmışlardır. Bu bildiride bazı özellikleri incelenen Ceyhan bej kireçtaşına ait bir kısım test sonuçları da, Yaşar ve Erdoğan ın makalesinde incelenmiştir. Yetiş ve Arkadaşları (26) da yaptıkları bir çalışmalarında Değirmenci uşağı (Kozan) dolaylarındaki karbonatların mermer olarak değerlendirilmesini incelemişler ve mermerlerin sertlik, renk, gözeneklilik, su emme oranı, özgül ağırlık, yüzey parlaklığı, kesilmeye ve aşınmaya karşı direnç gibi özelliklerini belirlemişlerdir. Yavuz ve arkadaşları 28 de ülkemizde bilinen karbonatlı kayaçların, literatürde sıkça rastlanmayan böhme aşınma dayanım değerleri ile diğer önemli mühendislik özelliklerinin korele edildiği bir çalışma yayınlamışlardır. Kılıç ve Teymen (28) de, farklı kökenlerden 19 kayacın mekanik özellikleri ile basit deney yöntemleri arasındaki ilişkileri incelemişlerdir. 3 MATERYAL VE METOD 3.1 Materyal Çalışmada mermer atölye ve fabrikalarında Türkiye genelinde yaygın olarak bilinen ve satışı yapılan, mermer statüsünde değerlendirilen toplam 14 farklı kayaç kullanılmıştır. Toparlanan plaka halindeki numuneler laboratuvarlarda standartlarda belirtilen boyutlara uygun olarak kesilip hazırlanmıştır. Deneyler TS 699 ve ISRM standartlarında belirtilen esaslara uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Bulunan deney sonuçları ilgili yapı ve kaplama taşı standartlarına göre değerlendirilmiş ve çalışmada kullanılan mermer, kireçtaşı ve travertenlerin yer döşemesi, duvar kaplaması, merdiven basamağı v.b. kullanım alanlarına uygun olup olmadığı araştırılmıştır. Şekil 1 de çalışmada kullanılan kayaçlar görülmektedir. Kayaçların petrografik tanımları ve ticari isimleri Çizelge 1 de verilmiştir. 261
A.Teymen, A.Kılıç, Z.F.Türkmenoğlu 4.1.1 Golden bej Kayaç, nümilitler, alg fosilleri ile oldukça yoğun, ince kristalli, kalsit matriksli biyomikritik kireçtaşı olarak adlandırılmıştır (Şekil 2). Şekil 1. Çalışmada kullanılan kayaçlar. 3.2 Metod Çalışmayı oluşturan testlerde TS 699 ve ISRM standartları esas alınmıştır. Birim hacim ağırlık ve görünür porozite TS EN 1936, ağırlıkça su emme oranı TS EN 13755, eğilme dayanımı TS EN 12372, Böhme aşınma dayanımı TS EN 14157, petrografik analiz TS EN 1247, donma ve çözünmeye karşı direnç testleri TS EN 1367-1 de belirtilen esaslara uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Açık hava tesirlerine dayanıklılık, pas tehlikesi tayini ve asitlere dayanıklılık testleri TS 699 da tanımlı esaslara göre yapılırken, shore sertlik ve nokta yük dayanım indeksi testlerinde ISRM de tanımlanan test yöntemleri kullanılmıştır. 4 ARAŞTIRMA BULGULARI 4.1 Ticari isimleri olan doğal taşların petrografik tanımları Kayaçtan petrografik inceleme için hazırlanmış ince kesitler petrografi mikroskobunda, içinden geçen ışının kazandığı özelliklerin saptanmasıyla tanımlanmıştır. Burada kayaçları oluşturan mineraller arasındaki dokusal ilişkiler, gözeneklilik, bozuşma ürünleri ve dağılımlarına bakılarak, bu parametrelerin kayaçların mekanik özelliklerine etkileri anlaşılmaya çalışılmıştır. Şekil 2. Golden Bej ince kesit görünümü. 4.1.2 Yeşil mermer Kayaç kısmi metamorfizma geçirmiş, kristal yönelimleri oldukça belirgin mikrokristalen kalsitten oluşmuştur. Yer yer spari kalsit kristalleri mevcuttur.az miktarda demir alterasyonu gözlenen kayaç mermerdir (Şekil 3). Şekil 3. Yeşil Mermer ince kesit görünümü. 4.1.3 Afyon beyaz Kayaç % 9 kalsit minerallerinden oluşan mermerdir. Mineraller eş boyutludur. Fosil ve matriks yoktur (Şekil 4). Şekil 4. Afyon Beyaz ince kesit görünümü. 262
Türkiye 22. Uluslararası Madencilik Kongresi ve Sergisi 11-13 Mayıs 211 ANKARA 4.1.4 Uşak beyazı Kayaç içerisinde hakim mineral kalsittir ve iri boyutlu kalsit mineralleri mikro kristalen hamur maddesi ile çimentolanmıştır. Kalsitler yer yer ksenomorf görünümündedir. Kayaç sakkoridal yapılı mermerdir (Şekil 5). Şekil 5. Uşak Beyazı ince kesit görünümü. 4.1.5 Marmara beyazı Matriks yoktur. Kesit bünyesinde, keskin röliyefi ile belirgin dolomit kristalleri, yer yer deformasyon izleri görülen kalsit kristalleri bulunmaktadır. Kayaç mermerdir (Şekil 6). Şekil 7. Ceyhan Bej ince kesit görünümü. 4.1.7 Diyarbakır bej Kayaç içerisinde iri boyutlu, değişik kökenli çok miktarda fosil bulunmaktadır. Kalsit minerali üzerinde deformasyon izleri belirgindir. Kayacın adlandırılması fosilli kireçtaşı olarak yapılmıştır (Şekil 8). Şekil 8. Diyarbakır Bej ince kesit görünümü. 4.1.8 Karaisalı bej Kayaç içerisinde hakim mineral kalsittir. Farklı boyutlarda fosiller bulunmaktadır. Taneler arasında boşluk yoktur. Kayaç, fosilli kireçtaşıdır (Şekil 9). Şekil 6. Marmara Beyaz ince kesit görünümü. 4.1.6 Ceyhan bej Mikrokristalin kalsit baskın mineraldir. Mineral boyutları oldukça küçük ve yer yer damar dolgusu şeklinde olsa da iri boyuttaki minerallere de rastlanmaktadır. Fosil yoktur, çok mikritik bir matrikse sahiptir. Kayaç kireçtaşıdır (Şekil 7). Şekil 9. Karaisalı Bej ince kesit görünümü. 4.1.9 Diyarbakır pembe Kayaç çok iri boyutta ve bol fosil içerir. Mikrokristalen kalsitle çimentolanmıştır. Kırık ve çatlaklar boyunca alterasyon ürünü olarak demirli damarlar bulundurur. Kayacın adlandırılması fosilli kireçtaşıdır (Şekil 1). 263
A.Teymen, A.Kılıç, Z.F.Türkmenoğlu Şekil 1. Diyarbakır Pembe ince kesit görünümü. 4.1.1 Denizli traverten Baskın olan mineral kalsittir. Kayaçta yer yer bitki izleri gözlenmektedir. (Şekil 11). Şekil 13. Hatay Siyah ince kesit görünümü. 4.1.13 Sivrihisar bej Kayaçta ince spari kalsit dolgular mevcuttur ve % 2 orta kristalen dolomitlidir. Fosil gözlenen kayaç mikritik ya da biyomikritik kireçtaşı olarak adlandırılabilir. (Şekil 14). Şekil 11. Denizli Traverten ince kesit görünümü. 4.1.11 Denizli (pembe) traverten Baskın mineral kalsittir. Mikrokristalin halde yer yer bitki izleri gözlenmektedir. Kristaller kalsitin ağırlıkta olduğu bir matriksle çevrilidir (Şekil 12). Şekil 14. Sivrihisar Bej ince kesit görünümü. 4.1.14 Muğla beyazı Baskın mineral kalsittir. Kalsit mineralleri oldukça iri ve eş boyutludur. Mineraller birbirine kenetlenmiş durumda ve matriks yoktur. Kayaç içerisinde fosil bulunmamaktadır. Kayacın adlandırılması mermer olarak yapılmıştır (Şekil 15). Şekil 12. Denizli Pembe Traverten ince kesit görünümü. 4.1.12 Hatay siyah Kayaç siyah renkli mikritik yapılı, kıt dolomitli bir kireçtaşıdır. Kayaçta farklı yönlerde gelişmiş sparikalsit dolgulu, orta kalınlıkta kırıklar mevcuttur. Şekil 15. Muğla Beyaz ince kesit görünümü. Kayaçlara, TS 699 da belirtilen pas tehlikesi tayini, açık hava tesirlerine dayanıklılık ve asitlere karşı dayanım gibi bazı fiziksel testler uygulanmış, sonuçlar ve yorumlar Çizelge 1 de özetlenmiştir. 264
Türkiye 22. Uluslararası Madencilik Kongresi ve Sergisi 11-13 Mayıs 211 ANKARA Kayaçlara uygulanan mekanik ve fiziksel test sonuçları ise Çizelge 2 de görülmektedir. Çizelge 3 te mermer, kireçtaşı ve traverten olarak sınıflandırılan kayaçlarla ilgili standartlar (TS 1449, TS 11137 ve TS 11143) ve bu standartlarda belirtilen limit değerler verilmiştir. Çizelge 1. Kayaçların kökenleri ve atmosferik test sonuçları. No Ticari adı Petrografik Tanımı 1 Golden Bej Kireçtaşı Var Pas Tehlikesi Açık Hava Tesirlerine Dayanıklılık Renkte koyulaşma, demirli bölgelerde belirgin sararma Asitlere Karşı Dayanıklılık Değişim yok 2 Yeşil Mermer Mermer Yok Renkte matlaşma ve çatlaklarda belirginleşme Değişim yok 3 Afyon Beyaz Mermer Yok Renkte sararma Değişim yok 4 Uşak Beyaz Mermer Yok Renkte çok fazla sararma Değişim yok 5 Marmara Beyaz Mermer Yok Renkte sararma Değişim yok 6 Ceyhan Bej Kireçtaşı Var Renkte sararma Değişim yok 7 Diyarbakır Bej Kireçtaşı Var Renkte az miktarda koyulaşma, demirli bölgelerde belirgin sararma Değişim yok 8 Karaisalı Bej Kireçtaşı Var Renkte sararma, dolgularda koyuşlaşma ve kalsit bölgelerinde çukurlaşma Değişim yok 9 Diyarbakır Pembe Kireçtaşı Var Renkte matlaşma ve damar çatlaklarında belirginleşme Değişim yok 1 Denizli Traverten Traverten Var Renkte çok fazla sararma Değişim yok 11 Denizli Pembe Trav. Traverten Var Çok fazla asit etkisi ve renkte koyu pembeye dönüşme Değişim yok 12 Hatay Siyah Kireçtaşı Var Çatlaklarda belirginleşme Değişim yok 13 Sivrihisar Bej Kireçtaşı Var Hafif kahverengi lekeler Değişim yok 14 Muğla Beyaz Mermer Yok Renkte sararma Değişim yok Çizelge 2. Kayaçların fiziksel ve mekanik test sonuçları. Kayaç Adı Eğilme Dayanımı (N.mm/mm 3 ) Nokta Yük İndeksi (MPa) Aşınma Shore Dayanımı (cm 3 /5cm 2 Sertlik ) Don Kaybı (%) B.Hacim Ağırlık (gr/cm 3 ) Ağ.Su Emme Oranı(%) Görünür Porozite (%) 1 Golden Bej 11,49 4,71 17,38 47,1 1,14 2,495 1,47 3,59 2 Yeşil Mermer 14,14 6,7 13,32 52,3,63 2,71,175,472 3 Afyon Beyaz 13,2 5,87 2,3 48,8,46 2,694,112,311 4 Uşak Beyaz 13,34 5,87 15,61 5,3,3 2,684,122,328 5 Marmara Beyaz 13,85 5,9 15,1 49,1,49 2,697,14,298 6 Ceyhan Bej 16,33 8,81 7,83 64,6 1,7 2,681,122,326 7 Diyarbakır Bej 15,86 8,29 7,78 55,4 1,79 2,69 1,12 2,64 8 Karaisalı Bej 13,79 7,68 1,7 55,6 1,93 2,632,97 2,56 9 Diyarbakır Pembe 13,75 6,49 11,62 51, 1,53 2,649,63 1,668 1 Denizli Traverten 9,84 5,53 15,59 4,7 1,24 2,36 2,92 4,79 11 Dnzl.Pembe Traverten 9,64 5,26 18, 41,4,77 2,449 1,39 3,414 12 Hatay Siyah 19,12 1,11 6,21 66,5 1,13 2,73,335,587 13 Sivrihisar Bej 13,93 7,15 8,17 54,1,97 2,672,12,25 14 Muğla Beyaz 8,72 4,28 17,16 43,3,79 2,678,17,45 265
A.Teymen, A.Kılıç, Z.F.Türkmenoğlu Çizelge 3. Standartlarda belirtilen limit değerler. Özellik TS 1449-Mermer TS 11137-Kireçtaşı TS 11143 -Traverten 1 Eğilme dayanımı (N.mm/mm 3 ) 6 - - 2 Birim hacim ağırlık (g/cm 3 ) - 2,16 2,3 3 Aşınma dayanımı (cm 3 /5cm 2 ) (Yerdöşemesi Duvar kaplama) 15-25 1-15 15-2 4 Don kaybı (%) 1 2 5 5 Su emme (%),4 4 3 5 SONUÇLAR VE ÖNERİLER Kayaçlar Çizelge 4 te belirtilen sınıflamaya göre porozite açısından değerlendirildiğinde, mermerlerin tamamının ve bazı yüksek dirençli kireçtaşlarının çok kompakt sınıfında (<1), travertenlerin ve nispeten daha zayıf kireçtaşlarının ise az ya da orta boşluklu sınıfında yer aldığı görülmüştür. Çizelge 4. Kayaçların porozite değerlerine göre sınıflandırılması. Kaya sınıfı Porozite (%) Çok kompakt < 1 Az boşluklu 1-2,5 Orta boşluklu 2,5-5 Oldukça boşluklu 5-1 Çok boşluklu 1-2 Çok fazla boşluklu > 2 Kayaçların nokta yük dayanım değerleri Çizelge 5 e göre değerlendirilmiştir. Hatay siyah, Ceyhan bej ve Diyarbakır bej kireçtaşları çok yüksek dirençli sınıfında yer alırken diğer kayaçların tamamı yüksek dirençli sınıfında yer almaktadır. Plaka olarak temin edilen kayaçlara tek eksenli basınç dayanım testi uygulanamamıştır. Buna karşılık tek eksenli basınç dayanımı ile nokta yük dayanımı arasındaki anlamlı ilişki, literatürde yaygın olarak çalışılan ve kanıtlanan bir konudur. Nokta yük dayanımından hareketle literatürdeki bu korelâsyonlarla tahmin edilen tek eksenli basınç dayanımlarına göre de çalışmada kullanılan kayaçların yüksek dirençli olduğu görülmektedir. İlgili standartlarda 5 MPa sınır değer olduğu düşünüldüğünde kayaçların tamamı standartlara uygun dayanım özellikleri göstermektedir. Çizelge 5. Kayaçların nokta yük direncine göre sınıflandırılması. Kaya sınıfı Nokta yük indeksi (MPa) Çok düşük dirençli < 1 Düşük dirençli 1-2 Orta dirençli 2-4 Yüksek dirençli 4-8 Çok yüksek dirençli > 8 Kayaçların ağırlıkça su emme oranı ve birim hacim ağırlık değerlerinin standartlarda belirtilen sınır değerleri karşıladığı görülmüştür. Kayaçların tamamının, eğilme dayanım değerlerinin standartlarda alt limit olarak verilen 6 MPa dan büyük olduğu görülmektedir. Tamamen karbonat minerallerinden oluşan mermerlerin sertliği içerdiği minerallerin rekristalleşme derecelerine ve aralarında boşluk bırakıp bırakmadıklarına bağlı olarak değişmektedir. Bu bilgiler ışığında kayaçlara shore sertlik testi uygulanmış ve bir skala yardımıyla bu değerlerin takribi mohs karşılıkları belirlenmiştir. Test sonuçlarına göre kayaçların mohs sertliklerinin 3,5-4,5 arası değiştiği gözlenmiştir. Bu sonuçlara göre çalışmada kullanılan mermerlerin yumuşak ve orta sertlikte olduğu söylenebilmektedir. Çalışmada üç sınıfta tanımlanan kayaçların don kaybı değerlerinin ilgili standartlarda belirlenen limitleri aşmadığı belirlenmiştir. Böhme Aşınma Dayanımı testi sonucunda; Golden bej kireçtaşı dışında tüm kireçtaşlarının yer döşemesi ve duvar kaplaması için belirlenen limitleri karşıladığı görülmektedir. Mermer ve traverten grubunda değerlendirilen kayaçların duvar 266
Türkiye 22. Uluslararası Madencilik Kongresi ve Sergisi 11-13 Mayıs 211 ANKARA kaplaması için gerekli standartları sağladıkları görülürken, merdiven ve yer döşemesi için belirlenen limitlerin üzerinde aşınmaya uğradıkları belirlenmiştir. Genel olarak incelenen kayaçlar birçok özellikleri bakımından standart değerleri karşılamaktadır. Çalışmanın amaçlarından bir tanesi de kalsiyum karbonat esaslı kayaçların test edilen bazı özellikleri arasındaki ilişkilerin basit regresyon analizleri ile belirlenmesidir. Kayaç özellikleri arasındaki korelasyonların araştırılmasının temel amacı, numune hazırlamanın her zaman mümkün olmadığı, zor ve zahmetli deneylerin daha pratik ve çabuk sonuç alınabilen deneyler aracılığıyla tahmin edilmeye çalışılmasıdır. Shore yüzey sertliği ve nokta yük dayanım deneyleri laboratuar ve arazi koşullarında pratik bir uygulama imkânı sunan standart deneylerdendir. Eğilme Dayanımı 2 19 18 17 16 15 14 13 12 11 1 9 y = 18,121Ln(x) - 57,869 R 2 =,8955 8 36 4 44 48 52 56 6 64 68 72 76 Shore Sertlik hatay s. ceyhan b. diyar.bej marmara uşak yeş il sivrihisar karaisalı diyar.pem. afyon golden dnzl.trav. dnzl.(p) trav. muğla Şekil 17. Eğilme dayanımı ve shore yüzey sertliği arasındaki korelasyon grafiği. Eğilme Dayanımı 2 19 18 17 16 15 14 13 12 11 1 y = 1,5625x + 3,16 R 2 =,8449 9 dnzl.(p) trav. muğla 8 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Nokta Yük Dayanım İndeksi hatay s. ceyhan b. diyar.bej marmara uşak yeş il sivrihisar karaisalı diyar.pem. afyon golden dnzl.trav. Şekil 16. Eğilme dayanımı ve nokta yük dayanımı arasındaki korelasyon grafiği. Shore Sertlik 68 66 64 62 6 58 56 54 52 5 48 46 44 42 4 y = 4,319x + 22,86 R 2 =,8636 38 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Nokta Yük Dayanım İndeksi hatay s. ceyhan b. diyar.bej marmara uşak yeş il sivrihisar karaisalı diyar.pem. afyon golden dnzl.trav. dnzl.(p) trav. muğla Şekil 18. Nokta yük dayanımı ve shore yüzey sertliği arasındaki korelasyon grafiği. 267
A.Teymen, A.Kılıç, Z.F.Türkmenoğlu Böhme Aşınma Dayanımı 21 2 19 18 17 16 15 14 13 12 11 1 9 8 7 6 y = 5,685e -,2134x R 2 =,8492 5 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Nokta Yük Dayanım İndeksi hatay s. ceyhan b. diyar.bej marmara uşak yeş il sivrihisar karaisalı diyar.pem. afyon golden dnzl.trav. dnzl.(p) trav. muğla Şekil 19. Aşınma dayanımı ve nokta yük dayanımı arasındaki korelasyon grafiği. Böhme Aşınma Dayanımı 21 2 19 18 17 16 15 14 13 12 11 1 9 8 7 6 y = 112,87e -,43x R 2 =,7454 5 38 4 42 44 46 48 5 52 54 56 58 6 62 64 66 68 Shore Sertlik hatay s. ceyhan b. diyar.bej marmara uşak yeş il sivrihisar karaisalı diyar.pem. afyon golden dnzl.trav. dnzl.(p) trav. muğla Şekil 2. Aşınma dayanımı ve shore yüzey sertliği arasındaki korelasyon grafiği. Buna karşın, eğilme dayanımı ve böhme aşınma dayanımı deneyleri, standartlarda belirlenmiş boyutlarda hazırlanması zorunlu prizmatik deney numunelerine ihtiyaç duyulan uygulanması zor ve zaman alıcı deneylerdir. Buradan hareketle bu çalışma kapsamında eğilme dayanımı ve böhme aşınma dayanım değerlerinin, shore yüzey sertliği ve nokta yük dayanım indeksi değerleri ile aralarındaki korelasyonlar belirlenmiştir. Şekil 16-2 de bu deneyler arasındaki logaritmik, doğrusal ve üstel olarak belirlenen korelasyonlar ve korelasyon katsayıları verilmiştir. Belirlenen korelasyonlar incelendiğinde nokta yük dayanımı ve shore sertlik gibi pratik deneylerle, eğilme dayanımı ve aşınma dayanımı gibi hazırlık gerektiren yapılması zor ve zahmetli deneylerin tahmin edilebileceği görülmektedir. Elde edilen sonuçlara ait korelasyon katsayıları, sözü geçen kayaç özelliklerinin tahmininde fikir edinilmesine yardım edebilecek düzeydedir. Çalışma sonucunda gözlemlenen önemli bir husus eğilme dayanım değerlerinin doğruya en yakın şekilde tespit edilebilmesindeki zorluklardır. Zira yetersiz sayıda numune ile çalışılması ya da çok yüksek yükleme hızlarında çalışılması durumunda hatalı sonuçlara ulaşılması kaçınılmazdır. Özellikle benzer kökenli kayaçlar söz konusu olduğunda, kayaçlardaki mevcut çatlak ve dolguların varlığı, deneyin gerçekleştirilmesi ile ilgili olarak yukarıda değinilen hususların önemini artırmaktadır. Çalışmada kullanılan karbonatlı kayaçlar, sedimanter oluşumlu kireçtaşları, mermerler ve travertenlerden oluşmaktadır. Bu kayaçlar oluşum ve petrografik özellikleri itibariyle farklılıklar göstermektedir (Şekil 2-15). Örneğin iri kristalli oldukça kompakt bir metamorfik kireçtaşı oldukça yüksek birim hacim ağırlık ve çok düşük porozite değerine sahip olabilmektedir. Buna karşın bir traverten petrografik yapısı gereği oldukça yüksek porozite ve daha düşük birim hacim ağırlığa sahiptir. Ancak bu iki kayaç fiziksel özellikleriyle oldukça uyumsuz mekanik özellikler gösterebilmektedir. Özellikle sedimanter ve metamorfik kayaçlarda tabakalanma, şistozite, yapraklanma gibi 268
Türkiye 22. Uluslararası Madencilik Kongresi ve Sergisi 11-13 Mayıs 211 ANKARA yapısal unsurların kayaçların mukavemet özellikleri üzerindeki etkileri çok önemli düzeydedir. Bazı araştırmacılar tabakalanma, klivaj gibi parametrelerin açı ve konumlarının kayacın mekanik özellikleri üzerinde oluşturduğu farklılıkları ortaya koyan deneysel çalışmalar yapmışlardır. Bu durum doğal taş sektöründeki uygulamalarda da oldukça fazla önem arz etmektedir. Bu tür problemlere mermer-kireçtaşı grubu kayaçlarda, volkanik-mağmatik kayaçlara oranla daha sık rastlanmaktadır. Yapılan korelasyon çalışmalarında yukarda detayları izah edilmeye çalışılan problemler açık bir şekilde gözlenmiştir. Fiziksel özelliklerle oluşturulan korelasyonların sahip olduğu korelasyon katsayılarının nispeten düşük değerlerde olması, bu tür kayaçların petrografik ve sedimantolojik yapılarının bir sonucudur. Literatürde kayaçların malzeme özelliklerinin ve bu özellikler arasındaki korelasyonların incelendiği ulusal ve uluslar arası dergilerde yayınlanmış bir çok çalışma bulunmaktadır. Bahsi geçen çalışmaların çoğunu, tek eksenli basınç dayanımı, P dalga hızı, schmidt sertlik, nokta yük dayanımı, brazilian dolaylı çekme dayanımı gibi parametrelerin incelendiği ve birbirleri ile korele edildiği çalışmalar oluşturmaktadır. Bunların bir kısmı bu bildiri kapsamında da incelenen ve ülkemizde yaygın olarak kullanılan mermer statüsünde değerlendirilen kayaçlarla ilgili olanlardır. Ancak literatürde, özellikle eğilme dayanımı ve aşınma dayanımı gibi parametrelerin incelendiği ve birbirleri ile korele edildiği çok az çalışma mevcuttur. KAYNAKLAR Ceylanoğlu, A., Arpaz, E., Görgülü, K., 1999. Bazı kaya birimlerinin sertliklerinin belirlenmesi ve diğer malzeme özellikleri ile ilişkileri. Türkiye 16. Madencilik Kongresi ve Sergisi Bildiriler Kitabı, s: 49 56. Çavumirza, M., Kılıç, Ö., Anıl, M., 23. Mucur (Kırşehir) yöresi kireçtaşı mermerleri ve travertenlerinin fiziko -mekanik özellikleri. Türkiye IV. Mermer ve Doğal taş Sempozyumu (MERSEM 23) Bildiriler Kitabı, s: 117 126. Çiftepala, M., Kılıç, Ö., Anıl, M., 23. Meşe bağları (toplu köy-çermik- diyarbakır) kireçtaşı mermerlerinin fiziko mekanik özellikleri. Türkiye IV. Mermer ve Doğal taş Sempozyumu (MERSEM 23) Bildiriler Kitabı, s: 221 23. Gündüz, L., Şentürk, A., Tosun, Y.İ., Sarıışık, A., 1996. Mermer Teknolojisi, Tuğra Ofset, Süleyman Demirel Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Isparta. ISRM., 1981., Rock characterization, testing and monitoring Commission on standardization laboratory and field results. Suggested methods for determining hardness and abrasiveness of rocks. Part 4, p:12-13, Pergamon, Oxford. ISRM., 1985. Suggested method for determining point load strength. Int. J. Rock Mech. Min. Sci & Geomech. Abstr. 22, 51 62. Kılıç, A., Teymen, A., Determination of mechanical properties of rocks using simple methods. Bulleetin of Engineering Geology and the Environment, 67: 237 244: 28. Koçu.N., 26. Doğal taşların duvarlarda yapı malzemesi olarak kullanılması, fiziksel ve mekanik özelliklerinin belirlenmesi için deney yöntemleri. 3. Yıl Fikret Kutman Jeoloji Sempozyumu, Selçuk Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü. Kuşçu, M., 199 Belence (Eğridir-Isparta) siyah mermer yataklarının ekonomik jeolojisi. Jeoloji Mühendisliği. s:36, II 17, 199. Özpınar, Y., Heybeli, H., Semiz, B., Baran, A., Kocan, B.; 21. Denizli travertenleri ve kömürcüoğlu (Kocabaş) travertenlerinin jeolojik ve petrografik olarak incelenmesi ve bunların teknolojik açıdan değerlendirilmesi. Şentürk, A., Gündüz, L., Sarıışık, A., 1995. Yapı taşı olarak kullanılan endüstriyel kayaçlara teknik bir bakış. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu 21-22 Nisan 1995, s: 333-334. TMMOB., 25. Doğal Taş ve Mermer Raporu, Maden Mühendisleri Odası Genel Merkez, Ankara. T.S.E., 1992. TS 1449, Mermer-kalsiyum karbonat esaslı-yapı ve kaplama taşı olarak kullanılan. Kasım 1992, Ankara. 269
A.Teymen, A.Kılıç, Z.F.Türkmenoğlu T.S.E., 1993. TS 11137, Kireçtaşı(Kalker)- Yapı ve kaplama taşı olarak kullanılan. Kasım 1993, Ankara. T.S.E., 1993. TS 11143, Traverten yapı ve kaplama taşı olarak kullanılan. Aralık 1993, Ankara. T.S.E., 25. TS EN 14157, Doğal taş - Aşınma direncinin tayini. Mart 25, Ankara. T.S.E., 27. TS EN 12372, Doğal Taşlar - Deney Metotları - Yoğun Yük Altında Bükülme Dayanımı Tayini. Temmuz 27, Ankara. T.S.E., 28. TS EN 1247, Doğal taşlar - Deney metotları - Petrografik inceleme. Ocak 28, Ankara. T.S.E., 29. TS EN 13755, Doğal taşlar - Deney metotları - Atmosfer basıncında su emme tayini. Mart 29, Ankara. T.S.E., 29. TS 699, Doğal Yapı Taşları- İnceleme ve labaratuvar deney yöntemleri. Mart 29, Ankara. T.S.E., 29. TS EN 1367-1, Agregaların ısıl ve bozunma özelliklerini tayin için deneyler - Bölüm 1: Donmaya ve çözülmeye karşı direncin tayini Haziran 29, Ankara. T.S.E., 21. TS EN 1936, Doğal taşlar - Deney yöntemleri - Gerçek yoğunluk, görünür yoğunluk, toplam ve açık gözeneklilik tayini. Ocak 21, Ankara. Uysal, Ö., Akçakoca, H., Topal, İ., 23. Bazı doğal taşların tekno mekanik özellikleri ve uygun kullanım alanlarının belirlenmesi. MERSEM 23-Türkiye IV. Mermer Sempozyumu Bildiriler Kitabı. s: 343 351, Afyon. Yaşar, E., Erdoğan, Y., 24. Estimation of rock physicomechanical properties using hardness methods. Engineering Geology. 71 (24) 281 288. Yavuz, A.B., Türk, N., M.Y., 22. Muğla yöresi mermerlerinin mineralojik, kimyasal, fiziksel ve mekanik özellikleri. Jeoloji Mühendisliği. Araştırma Makalesi. Yavuz, H., Ugur, I., Demirdağ, S., 28. Abrasion resistance of carbonate rocks used in dimension stone industry and correlations between abrasion and rock properties. Int. J. Rock Mech. Min. Sci & Geomech. 45 (28) 26 267. Yetiş, C., Anıl, M., Akyıldız, M., Yapıcı, N., 26. Değirmenciuşağı (Kozan-Adana) dolaylarındaki karbonatların mermer olarak değerlendirilmesi. Yılmaz, H., Safel, R., 24. Mermer Sektörü. Türkiye Vakıflar Bankası T.A.O. İktisadi Araştırmalar ve Mevzuat Yönetmeliği, Sektör Araştırmaları Serisi. 27