öğütülmüş yüksek fırın cürufu içeren ve içermeyen betonlarda

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.
1
Kocaeli 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)
Blaine Özgül Yüzey (cm2/gr.)
Normal Kıvam Suyu (%)
Priz Başlangıcı (sa:dk)
Priz Sonu (sa:dk)
Hacim Sabitliği (Le Chatelier mm.)
3,10
3513
28
2:42
3,32
4
Tablo 2. Çimentoya Ait Mekanik Özellikler.
Yaş (gün)
2
7
28
Basınç Dayanımı (N/mm2)
27,6
40
48
Tablo 3. Çimento Ve ÖYFC’ na Ait Kimyasal Özellikler.
Kimyasal Özellikler
Çimento – CEM I 42,5
SiO2 (%)
20,72
Al2O3 (%)
4,88
Fe2O3 (%)
2,95
CaO (%)
61,83
MgO (%)
1,39
SO3 (%)
2,33
K2O (%)
--Cl (%)
0,0060
Kızdırma Kaybı (%)
3,17
Çözünmeyen Kalıntı (%)
0,63
C3S (%)
71,47
C2S (%)
2,12
C3A (%)
5,18
2C3A+C4AF (%)
21,19
ÖYFC
40,16
10,52
2,31
32,26
9,01
--1,15
--1,19
0,88
---------
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, İzmitAslanbey’ 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.
Özgül
Elekten Geçen (%)
Ağırlık
Agrega
31,5
16
8
4
2
1
0,5
0,25 (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
Çimento (kg/m3)
350
ÖYFC (kg/m3)
350
350
A4
A5
B1
B2
B3
B4
B5
350
350
245
245
245
245
245
0
0
0
0
0
105
105
105
105
105
Su/Toplam Bağlayıcı Oranı
182
0,52
182
0,52
182
0,52
182
0,52
182
0,52
182
0,52
182
0,52
182
0,52
182
0,52
182
0,52
Doğal Kum (kg/m3)
912
684
456
228
0
912
684
456
228
0
Kırmakum (kg/m3)
918
0
230
459
689
918
Su (kg/m3)
0
230
459
689
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
3
464
464
464
464
464
464
464
464
464
464
1,0
192,5
1,0
192,5
1,0
192,5
1,0
192,5
1,0
192,5
1,0
192,5
Kırmataş No II (kg/m )
Katkı/Toplam Bağlayıcı Oranı
Süperakışkanlaştırıcı (g/m3)
Çökme (mm)
3
Birim Ağırlık (kg/m )
1,0
1,0
192,5 192,5
1,0
1,0
192,5 192,5
160
155
150
150
140
170
165
160
160
150
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.
Numune
Küp Basınç Dayanımları (N/mm2)
Yaşı / Kodu
A1
A2
A3
A4
A5
B1
B2
7 gün
35,11
36,28
38,52
40,49
41,11
34,13
35,46
28 gün
46,16
47,07
48,63
50,12
50,57
46,26
47,35
B3
37,55
B4
38,96
B5
39,73
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.
Numune
Eğilme Dayanımları (N/mm2)
Yaşı / Kodu
A1
A2
A3
A4
A5
B1
B2
28 gün
6,37
6,49
6,63
6,73
6,78
6,49
6,59
803
B3
6,77
B4
6,92
B5
6,99
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
Numune İsmi / Kodu
(N/mm2)
A1
A2
A3
A4
A5
B1
B2
B3
B4
B5
Donma-Çözülme Çevrim Küp
41,73 43,07 45,13 46,56 47,49 35,57 37,08 39,10 42,27 42,22
(K-DÇÇ)
Donma-Çözülme Karşılaştırma
46,16 47,07 48,63 50,12 50,57 46,26 47,35 48,82 50,44 50,69
Küp (K-DÇK)
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
Numune İsmi / Kodu
Dayanımları (N/mm2)
A1
A2
A3
A4
A5
B1
B2
B3
B4
B5
Donma-Çözülme Çevrim Silindir
36,28 37,41 39,56 41,5 41,69 30,62 31,57 34,55 35,81 37,16
(S-DÇÇ)
Donma-Çözülme Karşılaştırma
41,13 41,85 43,57 45,16 45,46 40,66 41,76 43,79 45,04 45,93
Silindir (S-DÇK)
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
Numune İsmi / Kodu
Dayanımları (N/mm2)
A1
A2
A3
A4
A5
B1
B2
B3
B4
B5
Donma-Çözülme Çevrim Prizma
5,51 5,62 5,80 5,89 6,05 4,68 4,86 4,97 5,21 5,39
(S-DÇÇ)
Donma-Çözülme Karşılaştırma
6,37 6,49 6,63 6,73 6,78 6,49 6,59 6,77 6,92 6,99
Prizma (S-DÇK)
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 Çeşidi
A1
A2
A3
A4
A5
B1
B2
B3
B4
B5
Numune
Küp - DÇÇ
4,33
Küp - DÇK
4,34
7. Günde
Silindir - DÇÇ
4,34
Ultrases
Silindir
DÇK
4,33
Hızları (km/s)
Prizma - DÇÇ
4,32
Prizma - DÇK
4,32
Küp - DÇÇ
4,44
Küp - DÇK
4,70
28. Günde
Silindir - DÇÇ
4,43
Ultrases
Silindir
DÇK
4,71
Hızları (km/s)
Prizma - DÇÇ
4,48
Prizma - DÇK
4,77
Küp - DÇÇ
2,54
Küp - DÇK
8,29
7 gün - 28
Silindir - DÇÇ
2,07
gün arası ses
hızı artışı
Silindir - DÇK
8,78
(%)
Prizma - DÇÇ
3,70
Prizma - DÇK
10,42
Küp-DÇÇ-DÇK
5,75
Donma-Çöz.
Etkisi Kaybı Silindir-DÇÇ-DÇK 6,71
(%)
Prizma-DÇÇ-DÇK 6,72
4,40
4,39
4,37
4,38
4,39
4,40
4,54
4,75
4,51
4,74
4,55
4,79
3,18
8,20
3,20
8,22
3,64
8,86
5,02
5,02
5,22
4,48
4,48
4,46
4,47
4,49
4,50
4,63
4,79
4,62
4,80
4,67
4,85
3,35
6,92
3,59
7,38
4,01
7,78
3,57
3,79
3,77
4,52
4,54
4,52
4,52
4,53
4,54
4,73
4,87
4,73
4,89
4,77
4,92
4,65
7,27
4,65
8,19
5,30
8,37
2,62
3,54
3,07
4,58 4,32 4,35 4,44
4,59 4,30 4,37 4,46
4,58 4,29 4,36 4,44
4,58 4,29 4,35 4,44
4,59 4,30 4,36 4,45
4,59 4,31 4,38 4,46
4,77 4,44 4,53 4,61
4,90 4,75 4,79 4,82
4,78 4,40 4,54 4,61
4,90 4,75 4,81 4,84
4,81 4,43 4,52 4,64
4,95 4,82 4,85 4,90
4,15 2,78 4,14 3,83
6,75 10,47 9,61 8,07
4,37 2,56 4,13 3,83
6,99 10,72 10,57 9,01
4,79 3,02 3,67 4,27
7,84 11,83 10,73 9,87
2,60 7,69 5,47 4,24
2,62 8,16 6,44 5,18
3,05 8,81 7,06 5,60
4,52
4,51
4,50
4,50
4,51
4,52
4,70
4,89
4,71
4,91
4,71
4,94
3,98
8,43
4,67
9,11
4,43
9,29
4,45
4,44
4,86
4,55
4,54
4,53
4,52
4,54
4,55
4,75
4,93
4,76
4,95
4,78
5,00
4,40
8,59
5,08
9,51
5,29
9,89
4,19
4,43
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
7 Günlük ÖYFC
İçermeyen Karışımların
basınç dayanımları
Basınç Dayanımı (MPa)
50
40
7 Günlük ÖYFC İçeren
Karışımların basınç
dayanımları
30
20
28 Günlük ÖYFC
İçermeyen Karışımların
basınç dayanımları
10
0
0
25
50
75
100
28 Günlük ÖYFC
İçeren Karışımların
basınç dayanımları
Kırmakum/İnce Agre ga, (%)
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
7
28 Günlük ÖYFC
İçermeyen
Karışımların
eğilme dayanımları
Eğilme Dayanımı (MPa)
6
5
4
3
2
28 Günlük ÖYFC
İçeren
Karışımların
eğilme dayanımları
1
0
0
25
50
75
100
Kırmakum/İnce Agre ga, (%)
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 (%)
Ultrases Hızı Kaybı (%)
9
8
ÖYFC İçermeyen Küp Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki Ultrases
Hızı Kaybı (%)
7
ÖYFC İçeren Küp Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki Ultrases
Hızı Kaybı (%)
6
5
4
3
2
1
0
0
25
50
75
100
Kırmakum/İnce Agrega, (% )
Şekil 3. Küp Numunelerde Donma-Çözülme Etkisi ile Oluşan Ultrases Hızı Kayıpları ve Kırmakum / İnce Agrega
İlişkisi
Silindir Numunelerin Ultrases Hızı Kayıpları (%)
9
ÖYFC İçermeyen Silindir Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki
Ultrases Hızı Kaybı (%)
Ultrases Hızı Kaybı (%)
8
ÖYFC İçeren Silindir Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki Ultrases
Hızı Kaybı (%)
7
6
5
4
3
2
1
0
0
25
50
75
100
Kırmakum/İnce Agrega, (% )
Şekil 4. Silindir Numunelerde Donma-Çözülme Etkisi İle Oluşan Ultrases Hızı Kayıpları Ve Kırmakum / İnce Agrega
İlişkisi
807
Prizma Numunelerin Ultrases Hızı Kayıpları (%)
9
ÖYFC İçermeyen P rizma Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki
Ultrases Hızı Kaybı (%)
Ultrases Hızı Kaybı (%)
8
ÖYFC İçeren P rizma Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki Ultrases
Hızı Kaybı (%)
7
6
5
4
3
2
1
0
0
25
50
75
100
Kırmakum/İnce Agrega, (% )
Şekil 5. Prizma Numunelerde Donma-Çözülme Etkisi ile Oluşan Ultrases Hızı Kayıpları ve Kırmakum / İnce Agrega
İlişkisi
Küp Numunelerin Basınç Dayanımı Kayıpları (%)
Basınç Dayanımı Kaybı (%
25
ÖYFC İçermeyen Küp Numunelerin Donma Çözülme
Çevriminden Sonraki Basınç Dayanımı Kaybı (%)
ÖYFC İçeren Küp Numunelerin Donma Çözülme
Çevriminden Sonraki Basınç Dayanımı Kaybı (%)
20
15
10
5
0
0
25
50
75
100
Kırmakum/İnce Agrega, (% )
Şekil 6. Küp Numunelerde Donma-Çözülme Etkisi İle Oluşan Basınç Dayanımı Kayıpları Ve Kırmakum / İnce Agrega
İlişkisi
808
Silindir Numunelerin Basınç Dayanımı Kayıpları (%)
30
ÖYFC İçermeyen Silindir Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki
Basınç Dayanımı Kaybı (%)
Basınç Dayanımı Kaybı (%
25
ÖYFC İçeren Silindir Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki Basınç
Dayanımı Kaybı (%)
20
15
10
5
0
0
25
50
75
100
Kırmakum/İnce Agrega, (% )
Şekil 7. Silindir Numunelerde Donma-Çözülme Etkisi ile Oluşan Basınç Dayanımı Kayıpları ve Kırmakum / İnce
Agrega İlişkisi
Prizma Numunelerin Basınç Dayanımı Kayıpları (%)
35
ÖYFC İçermeyen P rizma Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki
Basınç Dayanımı Kaybı (%)
ÖYFC İçeren P rizma Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki Basınç
Dayanımı Kaybı (%)
Eğilme Dayanımı Kaybı (%
30
25
20
15
10
5
0
0
25
50
75
100
Kırmakum/İnce Agrega, (% )
Şekil 8. Prizma Numunelerde Donma-Çözülme Etkisi ile Oluşan Basınç Dayanımı Kayıpları ve Kırmakum / İnce
Agrega İlişkisi
809
Numunelerin Basınç Dayanımı Kayıpları (%)
ÖYFC İçermeyen Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki Basınç Dayanımı Kaybı (%)
ÖYFC İçeren Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki Basınç Dayanımı Kaybı (%)
Basınç Dayanımı Kaybı (%
36
ÖYFC İçermeyen Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki Eğilme Dayanımı Kaybı (%)
ÖYFC İçeren Numunelerin Donma Çözülme Çevriminden Sonraki Eğilme Dayanımı Kaybı (%)
31
26
21
16
11
6
0
25
50
75
100
Kırmakum/İnce Agrega, (% )
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