1 Tanyld ve Cokun, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 27(2): 1-14 (211) Elaz yöresi vine mermer tozu katk hafif betonun basnç ve ultrasonik ses geçirgenlii özelliinin aralmas Harun TANYILDIZI, Ahmet COKUN rat Üniversitesi, T.E.F., Yap Eitimi Bölümü, Elaz ÖZET Anahtar Kelimeler Hafif beton, Elaz yöresi (vine çürüü) mermer tozu, basnç dayan, ultrasonik ses geçirgenlii. Bu çalmada, mineral katk olarak Elaz yöresine ait vineçürüü mermer tozu, agrega olarak pomza ta kullanlarak elde edilen ta hafif betonun basnç dayan ve ultrasonik ses geçirgenlii aralmr. Deneylerde kullanlan vineçürüü mermer tozu, çimento arln %, %1 ve %2 si orannda yer detirilerek kullanlmr. Numunelerin hazrlanmasnda maksimum tane çap (d max ) 16mm olan pomza ta kullanlmr. Basnç dayan ve ultrasonik ses geçirgenlii deneyleri için 1 1 1 mm ölçülerindeki küp numuneler hazrlanmr. Numunelere 7, 14, 28 ve 9 gün 22 ºC de standart su kürü uygulanmr. Kür uygulanan numunelerin basnç dayan deneyleri yaplm ve ultrasonik ses geçirgenlik zlar ölçülmütür. Çalmada elde edilen sonuçlara göre, %1 mermer tozu katk beton numuneler 28. günden sonra kontrol betonuna göre daha iyi dayanm özellii göstermeye balamr. Ayrca %2 mermer tozu katk hafif betonun basnç dayan deerleri kontrol betonuna göre daha düük dayanm özellii göstermitir. Investigation of compressive strength and ultrasonic pulse velocity properties of lightweight concrete containing rosso levanto marble in Elaz ABSTRACT Keywords Lightweight concrete, Rosso Levanto marble in Elaz, compressive strength, ultrasonic pulse velocity. In this study, the ultrasonic pulse velocity and compressive strength of lightweight concrete containing Rosso Levanto marble in Elaz were investigated experimentally. In addition to concrete mixture with only Portland cement, concrete mixture with %, 1%, 2% of Rosso Levanto marble replaced with cement by weight was prepared. Maximum grain diameter of pumice stone is 16 mm. The 111 mm cube specimens were prepared for compressive strength and ultrasonic pulse velocity. The specimens were cured in standard curing conditions at 22 C for periods of 7, 14, 28 and 9 days. The specimens were tested for compressive strength and ultrasonic pulse velocity. The results showed that compressive strength and ultrasonic pulse velocity of lightweight concrete containing 1% marble was obtained higher than that of control concrete after 28 day. Furthermore, lightweight concrete containing 2% marble was obtained lower than that of control concrete. * Sorumlu yazar (Corresponding author) e-posta: : htanyildizi@firat.edu.tr
Tanyld ve Cokun, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 27(2): 1-14 (211) 1. Giri Mermerler, kalker (CaCO 3 ) ve dolomitik kalkerlerin (CaMg(CO 3 ) 2 ) scaklk ve basnç altnda metamorfizmaya rayarak tekrar kristallemesi sonucunda yeni bir yap kazanmalaryla meydana gelen talardr. Bu genel metamorfizma, oldukça derinlerde iddetli basnç ve cakln etkisiyle olmaktadr. CaCO 3 kristallerinden oluan mermerlerde esas mineral Kalsit tir. Ayn zamanda az miktarda silis, silika, feldspat, demiroksit, mika, fluorin ve organik maddeler bulunabilir. Renkleri genellikle beyaz ve grimsidir. Fakat yabanc maddeler nedeniyle sar, pembe, rm, mavimtrak, esmerimsi ve siyah gibi renklerde de olabilirler. Mikroskop altnda incelendiinde, birbirine iyice kenetlenmi "Kalsit Kristalleri" nden olutuu görülür [1, 2]. Dünya nüfusunun devaml artna paralel olarak artan tüketim anlay, srl olan hammadde kaynaklarn hzla azalmaya balamas sonucu mevcut kaynaklarn daha ekonomik olarak kullanlabilirlii dünyamz açndan önem kazanmr [3]. Mermerlerin gerek çkar gerekse ilenii rasnda önemli miktarlarda kayp olmaktadr. Çou mermer letmelerinin bu konuda yeterli bilgiye sahip olmamas, gelien teknolojiyi izleyememesi ve ocaklarda patlay madde ve kompresör gibi ilkel metotlarn kullanlmas bu kaybn artmasna yol açan baca nedenlerdir. Söz konusu mermer kayb çou zaman % civarnda olmaktadr [4]. Mermer atklar parça boyutu olarak ileme tesisinden iki farkl ürün olarak çkabilmektedir. Birinci ürün, iri boyutlu parça mermer atklar, ikinci ürün ise koloidal yapda büyük miktar 1 mikronun altnda olan maksimum parça boyutu 2 mm ye ulaabilen kesim toz at olmaktadr. Bunlarn deerlendirme alanlar farklk göstermektedir. ri boyutlu parça atklar, inaat sektöründe yap eleman olarak kullanlabilirken, toz atklar ise dorudan farkl endüstri dallarnda kullanlabilme imkân bulmaktadr []. Mermer atklarn betonda ince malzeme olarak da kullanld görülmütür [6]. Pomza, volkanizma faaliyetleri esnasnda ani souma ve gazlarn bünyeyi ani terk etmesi sonucu oldukça gözenekli bir yap içeren ve dünya endüstrisinde yeni olmamakla beraber, ülkemiz endüstrisine son yllarda girmeye balam ve deeri yeni anlalan volkanik kökenli bir madendir. Gözenekler birbirleriyle balantz bolukludur. Bu özelliinden dolay ve ses iletkenlii oldukça düüktür. Sertlii Mohs skalasna göre.-6 dr. Bünyesinde kristal suyu yoktur. Kimyasal olarak tesirsiz ve % 7'e varan silisyum oksit muhtevasna sahiptir [7]. Birçok alanda kullanlan pomza en çok inaat sektöründe, hafif betonlarda agrega olarak kullanlmaktadr [8, 9, 1]. Bu çalmada, mermerlerin düzgün geometrik ekil alabilmesi için kesilmesi esnasnda ortaya çkan mermer tozu atklarn pomza ile elde edilen hafif betonda mineral katk malzemesi olarak kullanlabilirlii aralmr. 2. Deneysel Çalma 2.1. Malzemeler Deneylerde kullanlan çimento, Elaz Çimento Fabrikas ndan temin edilen ve TS EN 197 1 de CEM I 42. olarak tanmlanan çimentodur [11]. Mineral katk olarak Elaz Vine Mermerinin kesilmesi esnasnda ortaya çkan mermer tozu kullanlmr. Mermerin kesimi esnasnda su 11 kullanld için mermer tozu, çamur halinde temin edilmitir. Bu çamur, etüvde tamamen kuruyup toz haline gelinceye kadar bekletilmitir. Çimentonun ve Elaz Vine Mermeri tozunun fiziksel-kimyasal özellikleri Tablo 1 de verilmitir. Çalmada agrega olarak, Elaz ili pomza yataklarndan elde edilen siyahms renkli bazik pomza ta kullanlmr. Agregann özgül arl 2., su emme miktar ise % 23 tür. Maksimum tane çap 16 mm olarak seçilmitir. Betonun iyi ilenebilmesi ve sabilmesi için TS EN 934 2 ye göre yüksek oranda su azalt süper akkanla ve sertlemeyi hzland katk maddesi kullanlmr [12]. Tablo 1. Çimentonun ve Elaz Vine mermerinin tozunun fiziksel - kimyasal özellikleri. Bileenler (%) Portland Çimentosu Mermer Tozu SiO 2 21.12 17.2 Al 2 O 3.62 1.6 Fe 2 O 3 3.24 8.42 CaO 62.94 22. MgO 2.73 23. LOI 1.42 -- Özgül Yüzey 343 2114 (cm 2 /gr, Blaine) Özgül Arlk 3.1 2.7 2.2. Numunelerin Hazrlanmas Bu çalmada agrega olarak pomza ta kullanlarak elde edilecek ta hafif betonda mermer tozunun mineral katk olarak kullanlabilirliini ararmak amacyla 7, 14, 28 ve 9 günlük kür süreleri için üç farkl beton serisi hazrlanmr. Bu seriler; kontrol betonlar (M ), %1 mermer tozu katk betonlar (M 1) ve %2 mermer tozu katk betonlardan (M 2) olumaktadr. Tüm beton serilerinde ayn tane çapna sahip agrega kullanlm olup, çimento dozaj 4 kg/m 3 olarak seçilmitir. Katk maddesi olarak kullanlan mermer tozu, Portland çimentosu ile arlk olarak yer detirilerek kullanlmr. Tüm beton serilerinde karmlarn Slump deneyinin çökme deeri 7 1 cm arasnda bulunmutur. Basnç dayan ve ultrasonik ses geçirgenlii deneyleri için 111 mm ölçülerindeki küp numune kalplar kullanlmr. Hazrlanan karmlar, her defasnda 2 er kez lenerek 3 aamada kalplara yerletirilmitir. Daha sonra numuneler, 1 gün bekletilip kalplar söküldükten sonra 7, 14, 28, 9 gün 22 ºC de su kürüne tabi tutulmulardr. Hazrlanan beton numunelerin karm oranlar Tablo 2 de verilmitir. Hazrlanan tüm numunelerin birim arl ise, TS EN 26-1 ya göre üst sr olan 2 kg/m 3 ün altndadr [13]. 2.3. ygulanan Deneyler 2.3.1. Basnç Dayan Deneyi Basnç dayanm deneyi her ya için 3 er adet 111 mm ölçülerindeki küp numuneler üzerinde, TS EN 1239 3 e göre yaplmr [14]. 7, 14, 28 ve 9 gün sonunda numuneler 3 kn yükleme kapasitesine sahip otomatik kontrollü preste klarak dayanm deerleri ölçülmütür.
12 Tanyld ve Cokun, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 27(2): 1-14 (211) Tablo 2. Deneylerde kullanlan betonun karm oranlar. Karm Çimento Mermer Tozu Su/Çimento Agrega Akkanla (l/m 3 ) M 4 --.81 1 4.8 M 1 36 4.81 13 4.8 M 2 32 8.81 1 4.8 2.3.2. Ultrasonik Ses Geçirgenlik Deneyi Ultrasonik test cihaz ile betonun içerisine gönderilen ses üstü dalgalarn betonun bir yüzeyinden dier yüzeyine geçme süresi ölçülüp, dalga h hesaplanmaktadr. Bulunan bu ses üstü dalga h ile betonun basnç dayan ve dier özellikleri arasndaki iliki elde edilmektedir [1]. Ultrasonik ses geçirgenlii deneyi her ya için 3 er adet 111 mm ölçülerindeki küp numuneler üzerinde uygulanmr. Beton numunenin bir yüzeyinden gönderilen ses üstü dalgann dier yüzeyine ne kadar zamanda geçtii ölçüldükten sonra, dalga h adaki gibi hesaplanmaktadr: S 3 V 1 ( t ) (1) Burada; V = Ses üstü dalga h (km/sn), S = Numunenin ses üstü dalga gönderilen yüzeyi ile dalgann alnd yüzeyi arasndaki mesafe (metre), t = Ses üstü dalgann gönderilmi olduu beton yüzeyinden, alnd dier yüzeye kadar geçen zaman (mikro saniye) [1, 16]. 3. Sonuç ve Tartma Bu çalmada, 36 adet 111 mm boyutlarnda küp numune hazrlanmr. Hazrlanan numuneler 2 2 ºC de standart su küründe 7, 14, 28 ve 9 gün kür edildikten sonra basnç dayan ve ultrasonik ses geçirgenlii deneyleri yaplmr. Yaplan deneyler sonucunda, hafif agregal ve mermer tozu katk hafif beton numunelerin elde edilen basnç dayan deimleri ekil 1 de, ultrasonik ses geçirgenlii hzlarn grafii ise ekil 2 de verilmitir. 4 4 3 3 2 2 1 1 2,12 19,3 14,19 27,4 2,13 2,9 3,94 28,33 24,34 7 14 28 9 Zaman (Gün) 39,89 3,73 29,72 ekil 1. Mermer tozu katk hafif beton numunelerinin basnç dayan grafii M M1 M2 Geçi h (km/sn) 6 4 3 2 1 3,4 3,49 3,6 3,91 3,43 2,74 3,11 2,83 2,2 7 14 28 9 Zaman (Gün) ekil 2. Mermer tozu katk hafif beton numunelerinin ultrasonik ses geçirgenlik h ekil 1 de görüldüü gibi 7, 14 ve 28 gün sonunda basnç dayan deerleri, kontrol betonunda (M ) en yüksek deere ular. Fakat 28. günden sonra %1 mermer tozu katk numunelerin (M 1) deerlerinde art balamr. 9. günde %1 mermer tozu katk hafif betonun basnç dayan deeri kontrol betonunu geçmitir. M 2 serisindeki numuneler her yata en düük basnç dayan deerlerini vermilerdir. ekil 2 deki ultrasonik ses geçirgenlii h grafii incelendiinde ise sonuçlarn, basnç dayanmlar ile uyumluluk gösterdii görülmektedir. Ultrasonik test yöntemiyle herhangi bir betonun basnç dayan yeterince hassas olarak bulabilmek zor olmakla birlikte, herhangi bir beton içerisinden geçen sesüstü dalgann h, o betonun içerdii boluk miktar ile yakndan ilgili olduu için, elde edilen sesüstü hz ile betonun kalitesi hakknda genel bir iliki kurulabilmek mümkündür. Bir baka deyile, betonun içerisindeki boluk miktar azaldkça, sesüstü dalga h daha da artmaktadr [1]. Yaplan bu çalmada, uygulanan kür süresi ve artan mineral katk maddesiyle birlikte betonda bulunan boluklarn azalmasndan dolay sesüstü dalga hn artt görülmütür. Böylece imal edilen hafif betonun boluu azaltlarak basnç dayan artmr. Beton serilerinin tüm yalar için ultrasonik ses geçirgenlii ve basnç dayan deerlerindeki art yüzdeleri Tablo 4 ve Tablo te verilmitir.,1 4,49 3,79 M M1 M2
13 Tanyld ve Cokun, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 27(2): 1-14 (211) 4 4 Tablo 4. Hafif beton numunelerinin kür süreleri için basnç dayanmlarndaki yüzde oranlar Numune 7 14 gün 14 28 gün 28 9 gün aras aras aras M 36.2 13 1. M1 3.2 12.7 4.8 M2 47.6 16.2 22.1 Tablo. Hafif beton numunelerinin kür süreleri için ultrasonik ses geçirgenlik hzlarndaki art oranlar (%) Numune 7 14 gün 14 28 gün 28 9 gün aras aras aras M 14.8 12 14.8 M1 11.7 12.1 48.7 M2 2.7 1 21.9 3.1. Deney Sonuçlarn Regresyon Analizi Basnç dayan ve ultrasonik ses geçirgenlii arasndaki ilikiyi belirleyebilmek için, deney sonuçlarna lineer ve nonlineer regresyon analizi yaplmr. Lineer regresyon analizinin grafii ekil 3 de, nonlineer regresyon analizinin grafii ise ekil 4-7 de verilmitir. Bu grafiklerde amprik denklem için en uygun eri çizilmitir. Bu denklemlerde; y= Basnç dayan, x=ultrasonik ses geçirgenliini, ifade etmektedir. ekil 3 de bütün beton numunelerinin lineer regresyonu sonucunda elde edilen eriye ait korelasyon katsay.961 ve denklem (2) bulunmutur. y = 8.9933x 4.71 (2) 4 4 3 3 2 2 1 1 1 2 3 4 6 ekil 3. Lineer regresyon analizi grafii ekil 4 de ise bütün beton numunelerinin nonlineer katsay.974 ve denklem (3) bulunmutur. y = 31.91Ln(x) 12.317 (3) 3 3 2 2 1 1 ekil 4. Nonlineer regresyon anlizi grafii ekil te ise bütün beton numunelerinin nonlineer katsay.949 ve denklem (4) bulunmutur. y =.631x 1.2477 (4) 4 4 3 3 2 2 1 1 1 2 3 4 6 1 2 3 4 6 ekil. Nonlineer regresyon analizi grafii ekil 6 da ise bütün beton numunelerinin üssel nonlineer katsay.897 ve denklem () bulunmutur. y = 7.787e.344x () 4 4 3 3 2 2 1 1 1 2 3 4 6 ekil 6. Nonlineer regresyon anlizi grafii
Tanyld ve Cokun, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 27(2): 1-14 (211) ekil 7 de ise bütün beton numunelerinin polinom katsay.974 ve denklem (6) bulunmutur. y = -1.1289x 2 + 17.332x 19.24 (6) 14 t = Ses üstü dalgann gönderilmi olduu beton yüzeyinden, alnd dier yüzeye kadar geçen zaman (mikro saniye) y = Basnç dayan, x =Ultrasonik ses geçirgenliini, 4 4 3 3 2 2 1 1 1 2 3 4 6 ekil 7. Nonlineer regresyon anlizi grafii 4. Sonuçlar Agrega olarak pomza ta kullanlmas ile elde edilecek hafif betonda, mineral katk malzemesi olarak Elaz Vine mermerinin tozunun kullanlabilirlii aralmr. Çalma sonucunda; katk malzemesi olarak %2 mermer tozu kullanlmas, betonun basnç dayan ve ultrasonik ses geçirgenlii deerlerini, kontrol betonun deerlerinden daha aya düürdüü görülmütür. Fakat mermer tozu %1 orannda kullanldnda, kontrol betonuna göre 28. günden sonra büyük bir art olmutur. 28 ile 9. günler arasnda basnç dayan yaklak olarak %4 orannda artmr. Elde edilen beton serileri, TS EN 26 1 e göre LC 4/44 na girmektedir [16]. Bu yüzden, hafif ve daha iyi dayanm özelliklerine sahip ta hafif beton üretilip betonarme yaplarda rahatlkla kullanlabilecei görülmütür. Denklem 2 de korelasyon katsay.962, denklem 3 de.974, denklem 4 de.949, denklem de.897, denklem 6 da.974tür. En yüksek korelasyon katsay denklem 6 da.974 olarak polinom regresyonu kullanlarak bulunmutur. Mermer tozlarn belirli oranlarda beton karnda kullanlmas betonun dayan arttrd görülmütür. Bu açdan ileme sonucu aça çkan mermer atklar dier sanayilerde olduu gibi hazr beton tesislerinde de katk maddesi olarak deerlendirilebilir. Kesim esnasnda kullanlan sudan dolay çamur halinde bulunan mermer tozlar havuzlarda biriktirilmektedir. Daha sonra ise bu çamurlar bo arazilere, dere yataklarna vb. yerlere dökülmektedir. Böylelikle çan sorunu olan çevre kirlilii daha da artmaktadr. Atk durumdaki mermer tozlarn kullanlmasyla ekonomiye katk salamann yannda, çevresel kirliliinde azaltlmas mümkün olacaktr. KAYNAKLAR 1. Gürü, M., Akyüz, Y., ve Akn, E., Mermer Tozu/Polyester Kompozitlerde Dolgu Orann Mekanik Özelliklere Etkileri, Politeknik Dergisi, Vol. 8, No. 3, pp. 271-274, 2. 2. http://tr.wikipedia.org/wiki/mermer 3. http://tr.wikipedia.org/wiki/mermer_atklarn_deerle ndirilmesi 4. Bilgin, M. And Çakr, E., Mermer Ararmas, stanbul Ticaret Odas, 1998.. Ersoy, B., Afyon Bölgesinde Bulunan Mermer leme Tesisi Atk Sularn Flokülasyon Yöntemiyle Arlmas, Afyon Kocatepe Üniversitesi Bilimsel Ararma Projesi, 2. 6. Ünal, O., Kibici, A., Mermer Tozu Atklarn Beton Üretiminde Kullanlmasn Aralmas, Türkiye III. Mermer Sempozyumu (Mersem 21) Bildiriler Kitab, Afyon, 21. 7. www.isbasbims.com 8. Ceylan, H., Farkl Pomza Agrega Türlerinden Elde Edilen Hafif Betonun Scaklk Etkisindeki Karakteristii, SDÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, Isparta, 2. 9. Cokun, A., Tanyld, H. ve Yazlu, S., Elaz Yöresi Pomza Ta le Elde Edilen Ta Hafif Betonun Mekanik Özelliklerine Uçucu Külün Etkisi, GAP V. Mühendislik Kongresi Bildiriler Kitab, anlurfa, Türkiye, 26. 1. Topçu,. B., Uygunolu, T. ve Ünal, O., Otoklavlarda Kür Edilmi Pomzal Hafif Betonun Özellikleri, Türkiye Pomza Sempozyumu ve Sergisi, Isparta, Türkiye, 2. 11. TS EN 197 1, Çimento- Bölüm 1: Genel Çimentolar- Bileim, Özellikler ve Uygunluk Kriterleri, Türk Standartlar Enstitüsü, Ankara, 22. 12. TS EN 934 2, Kimyasal Katklar- Beton, Harç ve erbet çin- Bölüm 2: Beton Katklar- Tarifler ve Özellikler, Uygunluk, aretleme ve Etiketleme, Türk Standartlar Enstitüsü, Ankara, 22. 13. TS EN 26 1, Beton Bölüm 1: Özellik, Performans, malat ve Uygunluk, Türk Standartlar Enstitüsü, Ankara, 2. 14. TS EN 1239 3, Beton-Sertlemi Beton Deneyleri- Bölüm 3: Deney Numunelerinde Basnç Dayann Tayini, Türk Standartlar Enstitüsü, Ankara, 23. 1. Erdoan, T. Y., Beton, ODTÜ Gelitirme vakf Yaynck ve letiim A.. Yay, Ankara, 23. 16. ASTM C 97, Standard Test Method For Pulse Velocity Through Concrete, Annual Book of ASTM Standarts, 1994.. Semboller V = Ses üstü dalga h (km/sn), S = Numunenin ses üstü dalga gönderilen yüzeyi ile dalgann alnd yüzeyi arasndaki mesafe (metre),