ÖĞÜtÜlmÜŞ yÜksek firin cÜrufu İÇeren ve...

ÖĞÜTÜLMÜŞ YÜKSEK FIRIN CÜRUFU İÇEREN ve İÇERMEYEN BETONLARDA KIRMATAŞ KUMU İÇERİĞİNİN BETON ÖZELİKLERİNE ETKİSİ

Adnan ÖNER1,S. Taner YILDIRIM1

[email protected], [email protected]

Öz: Bu çalışmada, kırmataş kumu ile doğal kumun belirli oranlarda yer değiştirmesinin; öğütülmüş yüksek fırın cürufu (ÖYFC) içeren ve içermeyen betonların basınç dayanımı ve eğilme dayanımı gibi mekanik özelliklerine ve donma-çözülme dayanıklılığına etkisi incelenmiştir. Bağlayıcı malzeme miktarı tüm betonlarda 350 kg/m3; su/bağlayıcı malzeme oranı 0,52 olarak sabit tutulmuştur. Bağlayıcı miktarının hepsi çimento olan normal ve ÖYFC/Bağlayıcı oranı %30 olan ÖYFC’li beton olmak üzere kırmakum/ince agrega oranları %0, %25, %50, %75, %100 olan toplam 10 seri beton üretilmiştir. Pompalanabilir ve plastik kıvamda beton üretmek için bağlayıcı miktarının %1’i oranında süper akışkanlaştırıcı katkı kullanılmıştır. Her karışım için taze betonda slump, birim ağırlık, hava tayini; sertleşmiş betonda basınç dayanımı, eğilme dayanımı ve donma-çözülme deneyleri yapılmıştır. Bu çalışma sonucunda betonların basınç ve eğilme dayanımlarının kırmakum içeriğinin artmasıyla arttığı gözlenmiştir. Ayrıca, ÖYFC’lu betonların erken yaşlarda başlayan donma-çözülme etkilerine dayanıklılığının normal betonlara göre az olduğu görülmüştür.

Giriş

Beton agrega, çimento, su ve gerektiğinde katkı maddelerinin karıştırılmasıyla elde edilen bir yapı malzemesidir. Beton agregaları, minerallerden oluşmuş malzemelerdir. Kum, çakıl ve kırma taş, normal ağırlıklı beton üretiminde en çok kullanılan agrega cinsleridir. TS 706’ya göre 4,0 mm. kare göz açıklıklı elekten geçen agrega ince agrega, bu eleğin üzerinde kalan agrega ise iri agrega olarak isimlendirilmektedir (Erdoğan, 2003; TS 706, 1980). Yapı mühendisliği uygulamalarında geniş bir paya sahip olan beton üretiminde, hızla tükenmekte olan kum ve çakıl gibi agregaları bulup kullanmak gitgide zorlaşmaktadır. Çünkü hem ekonomik sebepler, hem de doğal kaynakların azalması bu agregaların kullanılmasını olanaksız hale getirmektedir (Çelik ve diğ., 1996; Taşdemir ve diğ., 1997). ÖYFC demir üretimi sırasında ortaya çıkan bir yan üründür. Ham demir üretiminde atık malzeme olarak elde edilen yüksek fırın cürufu, yüksek fırınlarda daha hafif olmasından dolayı ham demirin üzerinde kalır. Demir filizi gangı, kok ve kireç taşının yanma sonrası atıkları ÖYFC’nu meydana getirir. ÖYFC yavaş soğutulduğunda kristal bir yapı kazanır. Bu haliyle bazalta benzer mekanik özelliklere sahiptir ve beton agregası olarak kullanılabilir. Öte yandan hızlı soğutma uygulaması sonucunda camsı yapıda cüruf elde edilir. Bu tür cüruflar granüle yüksek fırın cürufu olarak adlandırılırlar (Tokyay ve diğ. 2002). Cüruflu çimentoların Portland çimentolarına benzer ve farklı özellikleri çeşitli araştırmalarla ortaya konmuştur (Pal ve diğ., 2003; Mantel, 1994; Satarin, 1974). YFC’nin hidrolik bağlayıcı özellik kazanabilmesi; cürufun kimyasal kompozisyonu, inceliği ve içerisindeki camsı yapı miktarına bağlıdır (Tokyay ve diğ. 2002). Cüruflu betonun dayanımı, cüruf inceliğine, aktivite indeksine ve karışım içerisindeki cüruf/çimento oranına bağlıdır (Malhora, 1987). YFC ince öğütülmüş olarak beton içerisinde kullanıldığında, işlenebilirliği artırdığı, daha az su absorbe ettiği, terlemeyi azalttığı görülmüştür (Neville, 1999). Özyurt ve diğerleri (Özyurt ve diğ., 2003) yaptıkları çalışmada; uçucu küllü betonlarda kırma taş kumu ile doğal kumu ince agreganın %50, %75, %100’ü kırmakum olacak şekilde yer değiştirmiş ve karışımların basınç dayanımını, kılcal su emmelerini ve donma-çözülmeye dayanıklılıklarını incelemişlerdir. Bu çalışma sonunda, kırmakum/ince agrega oranındaki artışın betonun basınç dayanımını arttırdığını, kılcal su geçirimliliğini ve donma-çözülme dayanıklılığını azalttığı saptanmışlardır. Donza ve diğerleri (Donza ve diğ., 2002) doğal kum ile kırmakum kullanarak üretilen yüksek dayanımlı betonların özelliklerini karşılaştırmışlar; ince agregası kırmakum olan betonların, ince agregası doğal kum olan betonların mekanik dayanımına ulaşabildiğini saptamışlardır. Aynı çalışmada kırmakumun şekil ve yüzey özellikleri nedeniyle agrega matris ara yüzeyinin güçlendiğini, fakat su ihtiyacının arttığını belirtmişlerdir. 1Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemeleri Laboratuvarı

800

Bu çalışmada ÖYFC içeren ve içermeyen betonlarda kırmakum ve doğal kumun ince agregada belirli oranlarda yer değiştirmelerinin betonların dayanım ve dayanıklılıklarına etkileri araştırılmıştır.

Deneysel Çalışmalar

Malzeme

Çimento Deney numunelerinin üretiminde Bolu Çimento Sanayi A.Ş. fabrikasının üretimi olan CEM I 42,5 tipi çimento kullanılmıştır. Çimentonun fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri Tablo 1, Tablo 2, Tablo 3’de verilmiştir. Tablo 1. Çimentoya Ait Fiziksel Özellikler.

Özgül Ağırlık (gr/cm3) 3,10 Blaine Özgül Yüzey (cm2/gr.) 3513

Normal Kıvam Suyu (%) 28 Priz Başlangıcı (sa:dk) 2:42

Priz Sonu (sa:dk) 3,32 Hacim Sabitliği (Le Chatelier mm.) 4

Tablo 2. Çimentoya Ait Mekanik Özellikler.

Yaş (gün) Basınç Dayanımı (N/mm2) 2 27,6 7 40

28 48 Tablo 3. Çimento Ve ÖYFC’ na Ait Kimyasal Özellikler.

Kimyasal Özellikler Çimento – CEM I 42,5 ÖYFC SiO2 (%) 20,72 40,16 Al2O3 (%) 4,88 10,52 Fe2O3 (%) 2,95 2,31 CaO (%) 61,83 32,26 MgO (%) 1,39 9,01 SO3 (%) 2,33 --- K2O (%) --- 1,15 Cl (%) 0,0060 ---

Kızdırma Kaybı (%) 3,17 1,19 Çözünmeyen Kalıntı (%) 0,63 0,88

C3S (%) 71,47 --- C2S (%) 2,12 --- C3A (%) 5,18 ---

2C3A+C4AF (%) 21,19 --- Öğütülmüş Yüksek Fırın Cürufu (ÖYFC) Bu çalışmada kullanılan ÖYFC, Karabük Karçimsa Çimento Sanayi ve Ticaret A.Ş. tesislerinden sağlanmıştır. ÖYFC’nin fiziksel ve kimyasal özellikleri Tablo 3’ de verilmiştir. Agregalar Üretilen betonlarda Adapazarı doğal kumu, İzmit-Hereke’deki kırma taş ocağında üretilen kırma taş kumu, İzmit-Aslanbey’ deki taş ocağında üretilen kırmataş No I ve kırmataş No II kullanılmıştır. Karışımlarda ince ve kalın agrega hacimce % 50 oranında alınmıştır. Kırmakum tüm eleklerden elenerek granülometrisinin doğal kum ile aynı değerlerde olması sağlanmıştır. Kırmataş No I’in maksimum dane boyutu 12 mm., kırma taş No II’nin 19 mm.’dir. Agregalara ait granülometri değerleri, agrega özgül ağırlıkları ve su emme değerleri Tablo 4’de verilmiştir.

801

Tablo 4. Agregalara Ait Granülometri Değerleri, Agrega Özgül Ağırlıkları ve Su Emme Değerleri.

Elekten Geçen (%)

Agrega 31,5 16 8 4 2 1 0,5 0,25

Özgül Ağırlık (gr/cm3)

Su Emme (ağırlıkça-

%)

Doğal Kum 100 100 100 95 87 72 43 12 2,66 1,40

Kırmakum 100 100 100 95 87 72 43 12 2,67 1,70

Kırma taş No I 100 100 56 7 3 2 1 1 2,70 0,45

Kırma taş No II 100 84 2 1 0 0 0 0 2,70 0,45

Karışım 100 96 65 50 44 37 22 6

Beton Karışım Suyu Beton karma suyu olarak İzmit-Yeniköy şebeke suyu kullanılmıştır. Katkı Çalışmada yoğunluğu 1,18 gr/cm³ olan Sika Deteks firması üretimi FFN isimli süper akışkanlaştırıcı kullanılmıştır.

Beton Karışımları

Karışımlarda toplam bağlayıcı miktarı 350 kg/m³ alınmıştır. ÖYFC içermeyen karışımlarda 350 kg/m3 çimento, ÖYFC içeren karışımlarda 245 kg/m³ çimento ve 105 kg/m³ ÖYFC kullanılmıştır. Yani çimento ile ÖYFC %30 oranında yer değiştirmiştir. Su/toplam bağlayıcı oranı tüm karışımlarda 0,52 olarak sabit tutulmuştur. Karışımların granülometrisi ÖYFC içeren ve içermeyen betonlarda; %50 ince agrega, %25 kırma taş No I ve %25 kırma taş No II olarak belirlenmiştir. Kırmakumun ince agrega içindeki oranının %0, %25, %50, %75 ve %100 olduğu betonlar üretilmiştir. Pompalanabilir beton elde edebilmek amacıyla toplam bağlayıcı miktarının %1’i oranında süper akışkanlaştırıcı katkı kullanılmıştır. Beton bileşimleri ve taze beton özellikleri Tablo 5’ de verilmiştir. Taze Beton Deneyleri Beton üretimleri 56 lt. kapasiteli düşey eksenli, döner kazanlı karıştırıcılı betonyerde yapılmıştır. Her beton üretiminde betoniyer; 180 sn., slump ve birim ağırlık deneyleri yapıldıktan sonra da tekrar 60 sn. daha çalıştırılmıştır. Slump testi TS 2871’e , birim ağırlık tayini TS 2941’e uygun olarak yapılmıştır. Sertleşmiş Beton Deneyleri Sertleşmiş beton deneyleri olarak numuneler üzerinde basınç dayanımı, eğilme dayanımı, donma-çözülme direnci ve aşınma deneyleri yapılmıştır. Deneylere başlamadan önce tüm numuneler üzerinde birim ağırlık ve ultrases ölçümleri yapılmıştır. Basınç dayanımları 7. ve 28. günlerde (15*15*15) cm.’lik küpler üzerinde, eğilme dayanımı deneyleri 28. günde (10*10*40) cm’lik prizmalar üzerinde yapılmıştır. Donma-çözülme direnci karşılaştırmalı deneyleri (15*15*15) cm.’lik küpler, (7,5*7,5*25,4) cm.’lik prizmalar ve (15*30) cm.’lik silindirler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Numuneler 7. güne kadar standart kürde bekletilmiş, 7. günden sonra donma-çözülme çevrimine tabi tutulmuşlardır. Çevrimlerde numuneler gece boyunca -25°C dolapta bekletilmişler, sonra 3saat boyunca 10°C suda çözülmüşlerdir. Daha sonra tekrar -25 ˚C’de dolapta donmaya bırakılmışlar ve tekrar 3 saat 10°C suda çözülmüşlerdir. Standart kür işlemi; üretimi takiben kalıplara yerleştirilen numunelerin 23+-2°C sıcaklıktaki kür odasında 24 saat tutulması, ardından kalıpları sökülen numunelerin 20±2 °C kirece doygun suda kür edilmesi şeklinde olmuştur.

802

Tablo 5. Beton Bileşimleri ve Taze Beton Özellikleri.

Beton Kodu A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 Çimento (kg/m3) 350 350 350 350 350 245 245 245 245 245 ÖYFC (kg/m3) 0 0 0 0 0 105 105 105 105 105 Su (kg/m3) 182 182 182 182 182 182 182 182 182 182 Su/Toplam Bağlayıcı Oranı 0,52 0,52 0,52 0,52 0,52 0,52 0,52 0,52 0,52 0,52 Doğal Kum (kg/m3) 912 684 456 228 0 912 684 456 228 0 Kırmakum (kg/m3) 0 230 459 689 918 0 230 459 689 918 Doğal Kum (%) 100 75 50 25 0 100 75 50 25 0 Kırmakum (%) 0 25 50 75 100 0 25 50 75 100 Kırmataş No I (kg/m3) 464 464 464 464 464 464 464 464 464 464 Kırmataş No II (kg/m3) 464 464 464 464 464 464 464 464 464 464 Katkı/Toplam Bağlayıcı Oranı 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Süperakışkanlaştırıcı (g/m3) 192,5 192,5 192,5 192,5 192,5 192,5 192,5 192,5 192,5 192,5Çökme (mm) 160 155 150 150 140 170 165 160 160 150 Birim Ağırlık (kg/m3) 2370 2373 2375 2379 2381 2366 2367 2370 2373 2375

Deneysel Çalışmaların Sonuçları

Basınç Dayanımı Basınç dayanımı deneyi 7 ve 28. günlerde 15*15*15 cm boyutlardaki küp numuneler üzerinde yapılmıştır. Her yaş için 3 adet numune kullanılmış ve bu numunelerin basınç dayanımlarının ortalamaları alınmıştır. Üretilen numuneler kalıplardan çıkarıldıktan sonra 20±2°C sıcaklıkta kirece doygun kür tankının içinde deney gününe kadar kür edilmişlerdir. 7 ve 28 günlük numuneler kür tankından çıkarılmışlar, doygun ağırlıkları ve TS 3624’ e göre birim ağırlıkları ölçülmüştür. Daha sonra yüzeyleri silinerek kurumaya bırakılmışlardır ve yüzeyleri kuruduktan sonra ultrasonik ses cihazı ile ses hızı geçirimlilikleri belirlenmiştir. Daha sonra tüm numuneler TS 3114’ e göre basınç deneyine tabii tutulmuşlardır. 7 ve 28 günlük basınç dayanımı testi sonuçları Tablo 6’ da gösterilmiştir. Tablo 6. Numunelerin 7 ve 28 Günlük Küp Basınç Dayanımı Deney Sonuçları.

Küp Basınç Dayanımları (N/mm2) Numune Yaşı / Kodu A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5

7 gün 35,11 36,28 38,52 40,49 41,11 34,13 35,46 37,55 38,96 39,73

28 gün 46,16 47,07 48,63 50,12 50,57 46,26 47,35 48,82 50,44 50,69 Eğilme Dayanımı Eğilme dayanımı deneyi 28. günlerde 10*10*40 cm boyutlardaki prizma numuneler üzerinde yapılmıştır. 28 gün için 3 adet numune kullanılmış ve bu numunelerin eğilme dayanımlarının ortalamaları alınmıştır. Üretilen numuneler kalıplardan çıkarıldıktan sonra 20±2°C sıcaklıkta kirece doygun kür tankının içinde deney gününe kadar kür edilmişlerdir. Numuneler 28. günde kür tankından çıkarılmışlar ve daha sonra yüzeyleri silinerek kurumaya bırakılmışlardır. Yüzeyleri kuruduktan sonra ultrasonik ses cihazı ile ses hızı geçirimlilikleri belirlenmiştir. Numunelerin TS 3281’ e göre üçte bir noktalarından yüklenmiş basit kiriş metodu ile eğilme dayanımları belirlenmiştir. Eğilme dayanımı testi sonuçları Tablo 7’ de gösterilmiştir. Tablo 7. Numunelerin 28 Günlük Eğilme Dayanımı Deney Sonuçları.

Eğilme Dayanımları (N/mm2) Numune Yaşı / Kodu A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5

28 gün 6,37 6,49 6,63 6,73 6,78 6,49 6,59 6,77 6,92 6,99

803

Donma-Çözülme Deneyi Donma-çözülme deneyleri, numunelerin 7 gün standart kürde kür edilmesinden sonra 21 gün donma-çözülme çevrimine tabii tutulmasıyla gerçekleştirilmiştir. Bir donma-çözülme çevrimi kısaca DÇÇ olarak belirtilmiş, bir çevrimde numuneler gece -25°C’ de donmuş ve sabah 3 saat 5°C-15°C arası sıcaklıktaki suda çözülmüştür. Daha sonra numuneler tekrar 3 saat -25°C’ de dondurulmuş ve yine 3 saat 5-15°C sıcaklıkta suda çözülmüştür. Böylece deneylerde numuneler 21 kez gece 21 kez gündüz çevrimi olmak üzere 42 çevrime tabii tutulmuşlardır. Deneylerde 2 adet 15*15*15 cm küp çevrim numuneleri, 2 adet 15*15*15 cm küp karşılaştırma numuneleri, 2 adet 15*30 cm silindir çevrim numuneleri, 2 adet 15*30 cm silindir karşılaştırma numuneleri, 2 adet 7,5*7,5*25,4 cm prizma çevrim numuneleri ve 2 adet 7,5*7,5*25,4 cm prizma karşılaştırma numuneleri üretilmiştir. Donma-çözülme deneylerinde, küp, silindir ve prizma donma-çözülme çevrim ve karşılaştırma numuneleri 7. günde sudan çıkarılarak ağırlıkları ve birim ağırlıkları belirlenmiştir. Ayrıca Pundit cihazı ile ultrases hızı okumaları yapılmıştır. Bu işlemlerden sonra numuneler 28. güne kadar derin dondurucuya konarak çevrime başlanmış ve karşılaştırma numuneleri 28. güne kadar standart kür ortamında saklanmıştır. 28. gün sonunda yine 7. gün yapılan işlemler tekrarlanarak; küp ve silindir numuneler basınç testine, prizma numuneler ise eğilme testine maruz bırakılmışlardır. Donma çözülme ve ultrases hızı deneylerine ait sonuçlar Tablo 8, Tablo 9, Tablo 10 ve Tablo 11’ de verilmiştir. Tablo 8. Donma-Çözülme Çevrimine Maruz Kalan Numuneler İle Standart Kürde Saklanan Küp Numunelerin Basınç Dayanım Deneyi Sonuçları.

Donma-Çözülme Çevrim ve Karşılaştırma Küp Basınç Dayanımları (N/mm2) Numune İsmi / Kodu

A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 Donma-Çözülme Çevrim Küp

(K-DÇÇ) 41,73 43,07 45,13 46,56 47,49 35,57 37,08 39,10 42,27 42,22

Donma-Çözülme Karşılaştırma Küp (K-DÇK) 46,16 47,07 48,63 50,12 50,57 46,26 47,35 48,82 50,44 50,69

Basınç Dayanımındaki Azalma (%) 9,60 8,50 7,20 7,10 6,09 23,11 21,69 19,91 16,20 16,71

Tablo 9. Donma-Çözülme Çevrimine Maruz Kalan Numuneler ile Standart Kürde Saklanan Silindir Numunelerin Basınç Dayanım Deneyi Sonuçları.

Donma-Çözülme Çevrim ve Karşılaştırma Silindir Basınç Dayanımları (N/mm2) Numune İsmi / Kodu

A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 Donma-Çözülme Çevrim Silindir

(S-DÇÇ) 36,28 37,41 39,56 41,5 41,69 30,62 31,57 34,55 35,81 37,16

Donma-Çözülme Karşılaştırma Silindir (S-DÇK) 41,13 41,85 43,57 45,16 45,46 40,66 41,76 43,79 45,04 45,93

Basınç Dayanımındaki Azalma (%) 11,79 10,61 9,20 8,10 8,29 24,69 24,40 21,10 20,49 19,09

Tablo 10. Donma-Çözülme Çevrimine Maruz Kalan Numuneler ile Standart Kürde Saklanan Prizma Numunelerin Basınç Dayanım Deneyi Sonuçları.

Donma-Çözülme Çevrim ve Karşılaştırma Prizma Eğilme Dayanımları (N/mm2) Numune İsmi / Kodu

A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 Donma-Çözülme Çevrim Prizma

(S-DÇÇ) 5,51 5,62 5,80 5,89 6,05 4,68 4,86 4,97 5,21 5,39

Donma-Çözülme Karşılaştırma Prizma (S-DÇK) 6,37 6,49 6,63 6,73 6,78 6,49 6,59 6,77 6,92 6,99

Eğilme Dayanımındaki Azalma (%) 13,50 13,41 12,52 12,48 10,77 27,89 26,25 26,59 24,71 22,89

804

Tablo 11. Donma-Çözülme Çevrimine Maruz Kalan (DÇÇ) Numuneler ile Standart Kürde Saklanan Küp Numunelerin Birim AğırlıklarıvVe Ultrases Hızı Deney Sonuçları.

Deney / Numune Numune Çeşidi A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5

Küp - DÇÇ 4,33 4,40 4,48 4,52 4,58 4,32 4,35 4,44 4,52 4,55 Küp - DÇK 4,34 4,39 4,48 4,54 4,59 4,30 4,37 4,46 4,51 4,54

Silindir - DÇÇ 4,34 4,37 4,46 4,52 4,58 4,29 4,36 4,44 4,50 4,53 Silindir - DÇK 4,33 4,38 4,47 4,52 4,58 4,29 4,35 4,44 4,50 4,52 Prizma - DÇÇ 4,32 4,39 4,49 4,53 4,59 4,30 4,36 4,45 4,51 4,54

7. Günde Ultrases

Hızları (km/s)

Prizma - DÇK 4,32 4,40 4,50 4,54 4,59 4,31 4,38 4,46 4,52 4,55 Küp - DÇÇ 4,44 4,54 4,63 4,73 4,77 4,44 4,53 4,61 4,70 4,75 Küp - DÇK 4,70 4,75 4,79 4,87 4,90 4,75 4,79 4,82 4,89 4,93


28. Günde Ultrases

Hızları (km/s)

Prizma - DÇK 4,77 4,79 4,85 4,92 4,95 4,82 4,85 4,90 4,94 5,00 Küp - DÇÇ 2,54 3,18 3,35 4,65 4,15 2,78 4,14 3,83 3,98 4,40 Küp - DÇK 8,29 8,20 6,92 7,27 6,75 10,47 9,61 8,07 8,43 8,59


7 gün - 28 gün arası ses

hızı artışı (%)

Prizma - DÇK 10,42 8,86 7,78 8,37 7,84 11,83 10,73 9,87 9,29 9,89 Küp-DÇÇ-DÇK 5,75 5,02 3,57 2,62 2,60 7,69 5,47 4,24 4,45 4,19

Silindir-DÇÇ-DÇK 6,71 5,02 3,79 3,54 2,62 8,16 6,44 5,18 4,44 4,43 Donma-Çöz. Etkisi Kaybı

(%) Prizma-DÇÇ-DÇK 6,72 5,22 3,77 3,07 3,05 8,81 7,06 5,60 4,86 4,60

Deney Sonuçlarının İrdelenmesi Taze Beton deneyler Beton bileşimindeki kırmakum içeriği yüzdesi arttıkça karışımların çökmeleri bir miktar azalmıştır. Slump değerleri 140 mm – 160 mm arasında değişmiştir. Bunun nedeninin kırmakumun daha köşeli ve şekli düzgün olmayan taneciklerden oluşması olduğu söylenebilir. ÖYFC içeren beton karışımlarında çökme değeri bir miktar artmıştır. Bu da ÖYFC’ nun işlenebilmeyi olumlu yönde etkilediğini göstermektedir. Basınç Dayanımı Tablo 6 ve Şekil 1’ de görüldüğü gibi ÖYFC içeren beton karışımlarının 7 günlük basınç dayanımları ÖYFC içermeyen beton karışımların 7 günlük basınç dayanımından düşük olmuş, 28. günde bunun tersine ÖYFC içeren karışımların basınç dayanımı daha yüksek olmuştur. Puzolanik reaksiyonun hem serbest kireç oluşumunu beklemesi, hem de oldukça yavaş seyreden bir reaksiyon olması sonucu puzolanik etki nedeniyle dayanım kazanma da yavaş olmaktadır. Bununla birlikte hem ÖYFC içeren hem de içermeyen beton karışımlarında kırmakumun ince agregadaki yüzdesi arttıkça basınç dayanımı da artmıştır. Karışımlarda kırmakum oranı arttıkça daha köşeli ve şekli düzgün olmayan tane oranı arttığından dolayı çimento hamuru ve ince agrega kenetlenmesi artmıştır. Portland çimentosunun hidratasyonu sonucu oluşan reaksiyon; (C3S, C2S) + H (H2O) → C-S-H (jel) + CH (Ca(OH)2) şeklindedir. Puzolanik reaksiyon da; CH (Ca(OH)2) + S (SiO2) + H (H2O) → C-S-H (jel) şeklindedir. Görüldüğü gibi portland çimentosu hidratasyonu serbest kireç üretmekte, puzolanik reaksiyon ise serbest kireci bağlamaktadır. Puzolanik reaksiyonun ilerlemesi için portland çimentosunun hidratasyonu başlamalıdır (Özturan, 1991).

805

7 ve 28 Günlük Basınç Dayanımları

0

10

20

30

40

50

0 25 50 75 100Kırmakum/İnce Agrega, (%)

Basın

ç D

ayanımı (

MPa

)

7 Günlük ÖYFCİçermeyen Karışımlarınbasınç dayanımları

7 Günlük ÖYFC İçerenKarışımların basınçdayanımları

28 Günlük ÖYFCİçermeyen Karışımlarınbasınç dayanımları

28 Günlük ÖYFCİçeren Karışımlarınbasınç dayanımları

Şekil 1. 7 Ve 28 Günlük Küp Numunelerin Basınç Dayanımları. Eğilme Dayanımı ÖYFC içeren betonların 28 günlük eğilme dayanımı ÖYFC içermeyen betonlara göre daha yüksek olmuştur. ÖYFC kullanımı betonların eğilme dayanımını arttırmıştır. Yine basınç dayanımında olduğu gibi kırmakumun ince agregadaki yüzdesi arttıkça eğilme dayanımı artmıştır. Kırmakumun ince agregadaki yüzdesi ile eğilme dayanımının ilişkisi Şekil 2’ de verilmiştir.

28 Günlük Eğilme Dayanımları

0

1

2

3

4

5

6

7

0 25 50 75 100Kırmakum/İnce Agrega, (%)

Eğilm

e D

ayanımı (

MPa

)

28 Günlük ÖYFCİçermeyenKarışımlarıneğilme dayanımları

28 Günlük ÖYFCİçerenKarışımlarıneğilme dayanımları

Şekil 2. 28 Günlük Prizma Numunelerin Eğilme Dayanımları. Donma-Çözülme Etkisi Kırmakum kullanımının donma-çözülme direncine etkisi Tablo 8, Tablo 9, Tablo 10, Tablo 11 ve Şekil 3, Şekil 4, Şekil 5, Şekil 6, Şekil 7, Şekil 8, Şekil 9’ da görülmektedir. Şekil 3, Şekil 4 ve Şekil 5’ de, küp, silindir ve prizma numunelerde donma-çözülme çevrimine başlamadan önce ve çevrim bittikten sonraki ultrases hızları karşılaştırılmış ve donma-çözülme etkisi sonrası oluşan ultrases hızı kayıpları belirlenmiştir. Bu verilere dayanarak en yüksek kayıp prizma numunelerde olmuştur. Bunda yüzey alanı / hacim oranının etkili olduğu düşünülmektedir. Beton karışımlarında kırmakum içeriği arttıkça donma çözülme direnci de artmaktadır. Tüm numunelerde ultrases hızı kaybı en çok %8,82 ile B1 grubu numunelerde olmuş, en az ultrases hızı kaybı ise %2,62 ile A5 grubu numunelerde olmuştur. Şekil 6, Şekil 7 ve Şekil 8’ de, küp, silindir ve prizma numunelerde donma-çözülme çevriminden sonraki basınç ve eğilme dayanımları karşılaştırılmış ve donma-çözülme etkisi sonrası oluşan basınç ve eğilme dayanımı kayıpları belirlenmiştir. En yüksek kayıplar yine prizma numunelerde olmuştur. Tüm numunelerde basınç ve eğilme dayanımı kaybı en çok %27,89 ile B1 grubu numunelerde olmuş, en az ultrases hızı kaybı ise %6,09 ile A5 grubu numunelerde olmuştur.

806

Şekil 9’ da donma-çözülme çevrimine maruz kalmış beton numunelerinin basınç ve eğilme dayanımları karşılaştırılmıştır. Kırmakum içeriği arttıkça donma-çözülme sonrası betonların basınç ve eğilme dayanımlarının kayıplarının azaldığı açıkça görülmektedir. ÖYFC içeren beton karışımlarının donma-çözülme direnci ÖYFC içermeyen beton karışımların donma–çözülme direncine göre daha düşük olmuştur. Bunun sebebi, puzolanik reaksiyonun çok yavaş ilerlemesi ve düşük ısılardan çok etkilenmesidir. Bu yüzden dayanım kazanma da yavaştır. Bununla birlikte ÖYFC içeren betonların 7 günlük dayanımlarının düşük olması da donma-çözülme dirençlerinin düşük olmasına etkendir. Donma-çözülme etkisinin yoğun olduğu bölgelerde mineral katkılı betonlar tercih edilmemeli ya da ilk yaşlardaki dayanımının arttırılması için çareler aranmalıdır.

Küp Numunelerin Ultrases Hızı Kayıpları (%)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 25 50 75 100Kırmakum/İnce Agrega, (% )

Ultr

ases

Hızı K

aybı

(%)

ÖYFC İçermeyen Küp Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki UltrasesHızı Kaybı (%)

ÖYFC İçeren Küp Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki UltrasesHızı Kaybı (%)

Şekil 3. Küp Numunelerde Donma-Çözülme Etkisi ile Oluşan Ultrases Hızı Kayıpları ve Kırmakum / İnce Agrega İlişkisi

Silindir Numunelerin Ultrases Hızı Kayıpları (%)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Ultr

ases

Hızı K

aybı

(%)

ÖYFC İçermeyen Silindir Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden SonrakiUltrases Hızı Kaybı (%)

ÖYFC İçeren Silindir Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki UltrasesHızı Kaybı (%)

Şekil 4. Silindir Numunelerde Donma-Çözülme Etkisi İle Oluşan Ultrases Hızı Kayıpları Ve Kırmakum / İnce Agrega İlişkisi

807

Prizma Numunelerin Ultrases Hızı Kayıpları (%)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Ultr

ases

Hızı K

aybı

(%)

ÖYFC İçermeyen Prizma Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden SonrakiUltrases Hızı Kaybı (%)

ÖYFC İçeren Prizma Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki UltrasesHızı Kaybı (%)

Şekil 5. Prizma Numunelerde Donma-Çözülme Etkisi ile Oluşan Ultrases Hızı Kayıpları ve Kırmakum / İnce Agrega İlişkisi

Küp Numunelerin Basınç Dayanımı Kayıpları (%)

0

5

10

15

20

25


Basın

ç D

ayanımı K

aybı

(%

ÖYFC İçermeyen Küp Numunelerin Donma ÇözülmeÇevriminden Sonraki Basınç Dayanımı Kaybı (%)

ÖYFC İçeren Küp Numunelerin Donma ÇözülmeÇevriminden Sonraki Basınç Dayanımı Kaybı (%)

Şekil 6. Küp Numunelerde Donma-Çözülme Etkisi İle Oluşan Basınç Dayanımı Kayıpları Ve Kırmakum / İnce Agrega İlişkisi

808

Silindir Numunelerin Basınç Dayanımı Kayıpları (%)

0

5

10

15

20

25

30


Basın

ç D

ayanımı K

aybı

(%

ÖYFC İçermeyen Silindir Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden SonrakiBasınç Dayanımı Kaybı (%)

ÖYFC İçeren Silindir Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki BasınçDayanımı Kaybı (%)

Şekil 7. Silindir Numunelerde Donma-Çözülme Etkisi ile Oluşan Basınç Dayanımı Kayıpları ve Kırmakum / İnce Agrega İlişkisi

Prizma Numunelerin Basınç Dayanımı Kayıpları (%)

0

5

10

15

20

25

30

35


Eği

lme

Day

anımı K

aybı

(%

ÖYFC İçermeyen Prizma Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden SonrakiBasınç Dayanımı Kaybı (%)ÖYFC İçeren Prizma Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki BasınçDayanımı Kaybı (%)

Şekil 8. Prizma Numunelerde Donma-Çözülme Etkisi ile Oluşan Basınç Dayanımı Kayıpları ve Kırmakum / İnce Agrega İlişkisi

809

Numunelerin Basınç Dayanımı Kayıpları (%)

6

11

16

21

26

31

36


Basın

ç D

ayanımı K

aybı

(%

ÖYFC İçermeyen Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki Basınç Dayanımı Kaybı (%)

ÖYFC İçeren Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki Basınç Dayanımı Kaybı (%)

ÖYFC İçermeyen Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki Eğilme Dayanımı Kaybı (%)

ÖYFC İçeren Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki Eğilme Dayanımı Kaybı (%)

Şekil 9. Numunelerde Donma-Çözülme Etkisi ile Oluşan Basınç Dayanımı Kayıpları ve Kırmakum / İnce Agrega İlişkisi

Sonuçlar 1. Öğütülmüş Yüksek Fırın Cürufu (ÖYFC) içeren ve içermeyen betonlarda ince agregadaki kırmakum miktarı arttırıldıkça, beton basınç ve eğilme dayanımı artmaktadır. 2. Donma-Çözülme etkisinde en çok dayanım kaybına uğrayan numuneler, ince agregasında kırmakum bulunmayan numunelerdir. Donma-çözülme direnci en yüksek numuneler ise; ince agregasında kırmakum oranı en yüksek olan numunelerdir. 3. ÖYFC içeren betonların 7 günlük basınç dayanımları; ÖYFC içermeyen betonlara göre düşük, fakat 28 günlük dayanımları daha yüksek olmuştur. Bu puzolanik reaksiyonun yavaş ilerlemesinden kaynaklanmaktadır. 4. ÖYFC içeren betonların donma-çözülme dayanıklılıkları ÖYFC içermeyen betonlarınkine göre daha düşük olmuştur. Bu yüzden donma-çözülme etkisine maruz bölgelerde bu tür betonların zorunlu olmadıkça kullanılmaması önerilmektedir.

Teşekkür

Çalışmamıza gösterdikleri ilgi ve sağlamış oldukları malzeme yardımlarından dolayı PROTEKNİK LAB. A.Ş., Tolga OK ve Recai DABAKOĞLU’ na teşekkür ederiz.

KAYNAKLAR

1. ERDOĞAN, T.Y., “Beton”, ODTÜ Vakfı, 741sy, Ankara, 2003. 2. TS 706, Beton Agregaları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 1980. 3. ÇELİK, T., MARAR, K., “Effect of Crushed Stone Dust on Some Properties of Concrete”, Cement and Concrete Researc, Vol. 26, No 7, pp 1121-1130. 4. TAŞDEMİR, C., KARA, G., BAŞKOCA, A., “Kırmakumun Betonda Kullanılabilirliği”, Endüstriyel Atıkların İnşaat Sektöründe Kullanılması, Eskişehir, 1997. 5. TOKYAY, M., ERDOĞDU, K., Cüruflar ve Curuflu Çimentolar, Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği, Ankara, 2002. 6. PAL, S.C., MUKHERJEE, A., PATHAK,S.R., “Investigation of Hydralic Activity of Ground Granulated Blast FurnaceSlag ın Concrete”, Cement and Concrete Research, Vol. 23, pp. 1-6, 2003. 7. MANTEL, D.G., “Investigation of hydralic activity of five granulated blast furnace slags with eight different portland cement”, ACI Material Journal, Vol. 91, No 5, pp 471-477, 1994. 8. SATARİN, V.I., “Slag portland Cement”, Proceeding 6th International Congress on the Chemistery of the Cement, Moscow, 1974, Principal Paper, pp 1-51.

810

9. MALHOTRA, V.M., “Properties of fresh and hardened concrete incorporating ground granulated blast furnace slag”, Supplementary Chemistry Materials for Concrete”, Ottawa, pp 231-331, 1987. 10. NEVILLE, A.M., “Properties of Concrete”, 4th Edition, Longman 1999. 11. ÖZYURT N., Uçucu küllü betonlarda kırmataş kumu içeriğinin betonun mekanik özelliklerine etkisi, 5. Ulusal Beton Kongresi, 2003, İstanbul. 12. DONZA, H., CABRERA, O., IRASSAR, E.F., “High Strenght Concrete with Different Fine Aggregate”, Cement and Concrete Research, Vol 27, No 17. pp 1-7, 2002. 13. ÖZTURAN T., Yüksek Mukavemetli Beton Üretiminde Mineral Katkı Maddelerinin Etkinliği, 2. Ulusal Beton Kongresi, s. 280-291, 1991, İstanbul.

811

ÖĞÜtÜlmÜŞ yÜksek firin cÜrufu İÇeren ve...

Documents