Sugözü Uçucu Külünün Beton Katkısı
Olarak Kullanılabilirliği
Okan Karahan, Cengiz Duran Atiş
Erciyes Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü 38039/Kayseri
Tel: 352 – 437 00 80
E-Posta: [email protected]
Öz
Bu çalışmada, yakın zamanda kullanılmaya başlanan Sugözü termik santralinde ikincil
ürün olarak meydana çıkan uçucu külün beton içerisinde mineral katkı olarak
kullanabilirliği sertleşmiş betonlarda basınç, eğilme, yarmada çekme dayanımları,
elastisite modülü, boşluk oranı, su emme oranı, kapiler su emme katsayısı, kuruma
rötresi ve donma çözülme özellikleri açısından değerlendirilmiştir. Hazırlanan beton
karışımlarının bağlayıcı (çimento+kül) miktarı birim metreküp için yaklaşık 400 kg’dır.
Bütün karışımlarda, maksimum tane çapı 16 mm olan %55 iri ve %45 ince agrega
kullanılmış, su/bağlayıcı oranı 0.35’de, hiper akışkanlaştırıcı ve bağlayıcı oranı da
%1’de sabit tutulmuştur. F tipi uçucu kül ağırlıkça ikame yoluyla betona %0, %10,
%15, %20, %25, %30 ve %45 oranlarında çimento ile yer değiştirilerek uçucu kül
katkılı beton karışımlar hazırlanmıştır. Laboratuar çalışması sonucunda, Sugözü uçucu
külünün betonda mineral katkı olarak %30 mertebesine kadar ikame edilebileceği, hatta
yüksek oranlarda uçucu kül içeren betonlarda %45 ve üzeri kullanılabileceği, böylece
ekonomik ve ekolojik faydalarında elde edileceği kanaati oluşmuştur.
Anahtar sözcükler: Beton, Uçucu Kül, Dayanım, Dayanıklılık
Giriş
Gelişmekte olan ülkelerin ekonomik büyümeleri enerji tüketimlerinin artmasına neden
olmaktadır. Ülkemizde de nüfus artışı, yaşama standardının yükselmesi, sanayileşme ve
kentleşme enerji gereksinimini hızlı bir şekilde arttırmıştır. Bu gereksinim karşısında
mevcut potansiyeller mümkün olduğu kadar çabuk bir biçimde harekete geçilmiş ve
hidroelektrik ve termik santraller kurulması bir çözüm olarak gerçekleşmiştir (Tokyay
ve Erdoğdu, 1998).
Modern termik santrallerde en önemli atık malzeme; toz kömürün yanmasıyla meydana
gelen, baca gazlarıyla sürüklenen çok ince kül parçacıklarıdır. Bu ince kül parçacıkları
elektrostatik yöntemlerle elektro filtrelerde ve siklonlarda yakalanmakta ve baca gazları
ile atmosfere çıkışları önlenmektedir (Ünal ve Uygunoğlu, 2004).
405
Silisli ve alüminli amorf yapıya sahip oldukları, ve çok ince taneli olarak elde
edildikleri için, uçucu küller de, aynen ince taneli doğal puzolanlar gibi, puzolanik
özellik göstermektedirler; kalsiyum hidroksitle sulu ortamda birleştiklerinde, hidrolik
bağlayıcılığa sahip olmaktadırlar. Genellikle, beton katkı maddesi olarak çok büyük
miktarlarda kullanılabilmektedirler. Beton karışımının içerisinde yer alan uçucu kül
miktarı, çimento ağırlığının %15-%50’si civarında değişebilmektedir (Erdoğan, 2003).
Ülkemizde açığa çıkan uçucu küllerin büyük bölümü yüksek kireç içeriklidir ve uçucu
kül özellikleri santralden santrale, hatta aynı santralde zamana bağlı olarak büyük
değişiklikler gösterebilmektedir (Yazıcı, 2005). Uçucu küllerin ekonomik olarak
değerlendirilmesi, kullanılabilir miktara, gerekli nakliye miktarına ve istenen tasarıma
bağlıdır (Şengül ve diğ., 2003).
Uçucu küllerin sınıflandırılması, kimyasal bileşen yüzdesine göre F tipi ve C tipi olarak
sınıflandırılmaktadırlar (ASTM C618, 1998). Türkiye’de aktif olarak çalışan 12 adet
termik santral vardır ancak, bunlardan sadece ikisinden, Çatalağzı ve Sugözü Termik
santrallerinden F tipi uçucu kül elde edilmektedir, diğer tüm santrallere ait uçucu küller
ise C tipi uçucu küldür.
Uçucu küller, çimento üretiminde puzolanik katkı maddesi ve beton içinde ikincil
bağlayıcı madde olarak çimentoyla birlikte, tuğla ve yapı bloğu üretiminde, suni agrega
üretiminde, enjeksiyon uygulamalarında, dolgu malzemesi olarak, yol inşaatlarında
temel ve temel altı tabakası olarak ve zemin iyileştirmesinde kullanılmaktadır.
Bu çalışmada, 2004 yılında faaliyete geçen Sugözü Termik santralinde ikincil ürün
olarak meydana çıkan F sınıfı uçucu külün beton içerisinde mineral katkı olarak
kullanabilirliği, sertleşmiş betonların dayanım ve dayanıklılık özellikleri açısından
araştırılmıştır.
Deneysel Çalışmalar
Kullanılan Malzemeler ve Özellikleri
Çimento
Çalışmada Adana Çimento Sanayi tarafından üretilen standart CEM I 42,5 R çimentosu
kullanılmıştır. Çimentonun kimyasal özellikleri Tablo 1’de verilmiştir. Başlangıç ve
bitiş priz süresi 2.18 ve 3.23 saattir. Çimento özgül ağırlığı 3.16 gr/cm3 olup, Blaine özgül
yüzeyi ise 3250 cm2/gr dır.
Uçucu Kül
Çalışmada, Adana’nın Yumurtalık ilçesinin Sugözü köyünde kurulu termik santralinde,
Kolombiya'dan gemilerle getirilen ithal taş kömürünün yakılmasıyla açığa çıkan F sınıfı
uçucu külü kullanılmıştır. Sugözü uçucu külünün kimyasal özellikleri Tablo 1’de
verilmiştir. Sugözü uçucu külü, ASTM C618 (1998) standardına göre
SiO2+Al2O3+Fe2O3 değerinin %70’nin üzerinde olması ve CaO miktarının %10’dan az
olması nedeniyle F sınıfı (düşük kireçli) uçucu kül sınıfına girmektedir. Uçucu külün
özgül ağırlığı 2.31 gr/cm3, Blaine özgül yüzeyi ise 2900 cm2/gr dır.
406
Tablo 1 Çimento ve Uçucu Külün Kimyasal Kompozisyonu (%).
Oksit
Çimento
Uçucu Kül
SiO2
19.71
52.50
Al2O3
5.20
22.82
Fe2O3
3.73
5.34
CaO
62.91
7.16
MgO
2.54
2.56
SO3
2.72
0.20
K2O
0.90
0.99
Na2O
0.25
0.48
KK
0.96
3.35
Agrega
Deneysel çalışmalarda DSİ VI. Bölge Müdürlüğü Kanalet Üretim Fabrikası agrega
tesislerinden alınan Çakıt Deresi doğal agregası kullanılmıştır. Beton karışımlarında
kullanılan agreganın maksimum tane çapı 16 mm dir. İnce ve iri agreganın kuru yüzey
doygun özgül ağırlıkları sırasıyla 2.61 ve 2.70 gr/cm3 ve su emme kapasiteleri ise
sırasıyla %1.2 ve %1.1’dir. Karışımda kullanılan karışık agreganın granülometrisi Tablo
2’de verilmiştir.
Tablo 2 Karışık Agrega Granülometrisi.
Dane çapı (mm)
Miktar (%)
0-0.25
3.5
0.25-0.50
11.2
0.5-1.0
5.2
1.0-2.0
7.1
2.0-4.0
18.5
4.0-8.0
31.1
8.0-16.0
23.4
Akışkanlaştırıcı
Numunelerin hazırlanmasında YKS Glenium 51 hiper akışkanlaştırıcı katkı malzemesi
kullanılmıştır. Katkının miktarı çimento ağırlığının %1’i olarak belirlenmiştir. Hiper
akışkanlaştırıcının teknik özellikleri Tablo 3’de verilmiştir.
Tablo 3 Akışkanlaştırıcının Teknik Özellikleri.
Yoğunluk (g/cm3)
1.07-1.012
Klor (%)
<0.1
Renk
Amber
Homojenite
Homojen
Kimyasal İçeriği
Polikarboksilik Eter Zincirleri
Beton Karışımları
Bu çalışmada, bağlayıcı (çimento+kül) miktarı birim metreküp için yaklaşık 400 kg’dır.
Bütün karışımlarda, %55 iri agrega ve %45 ince agrega kullanılmış, su/bağlayıcı oranı
0.35’de, ayrıca işlenebilirliği için hiper akışkanlaştırıcı ve bağlayıcı oranı da %1’de
sabit tutulmuştur. F tipi uçucu kül ağırlıkça ikame yoluyla betona %0, %10, %15, %20,
%25, %30 ve %45 oranlarında çimento ile yer değiştirilerek uçucu küllü beton
karışımlar hazırlanmıştır. Üretilen betonlarda bir metreküp için kullanılan yaklaşık
malzeme miktarları Tablo 4’de verilmiştir.
Tablo 4 Üretilen Betonların Yaklaşık Malzeme Miktarları.
Karışım
No
K00
K10
K15
K20
K25
K30
K45
Çimento
(kg/m3)
400
360
340
320
300
280
220
Uçucu Kül
(kg/m3)
0
40
60
80
100
120
180
Su
(kg)
140
140
140
140
140
140
140
407
Agrega
(kg/m3)
1891
1879
1874
1868
1862
1856
1838
YKS
(kg/m3)
4
4
4
4
4
4
4
Deneyler ve Sonuçları
Basınç Dayanımı
Her bir karışımın basınç dayanımının tayini için 150×150×150 mm’lik küp numuneler
üretilmiştir. Numunelerin zamanla göstereceği dayanım artışları için 7, 28, 90 ve 365
günlük dayanımları ölçülmüştür. Numuneler, TS EN 12390-4’e (2002) basınç
dayanımı-deney makinalarının özellikleri standardına uygun Ele Test 3000 markalı 300
ton basınç kapasiteli preste, TS EN 12390-3 (2003) deney numunelerinde basınç
dayanımının tayini standardına uygun olarak deneye tabi tutulmuşlardır. Makine
otomatik yükleme sistemi ile küp numuneler 530 kg/sn yükleme hızı ile yüklenmiştir.
Uçucu kül katkılı betonlara ait basınç dayanımlarının zamana bağlı olarak artışları Şekil
1’de sunulmuştur.
Basınç Dayanımı (MPa)
120
%0
%10
%15
%20
%25
%30
%45
100
80
60
40
20
0
7
28
90
365
Zaman (gün)
Şekil 1 Basınç dayanımı - zaman ilişkisi.
Şekil 1’de görüldüğü gibi uçucu külün basınç dayanımına etkisi erken zamanlarda
olumsuz olmasına karşın zamanla dayanım kazanmaları artmakta ve dayanımları
kontrol betonlara yaklaşabilmiştir. Uçucu kül oranı %30’a kadarki betonların basınç
dayanımları 90 ve 365 günlerde birbirlerinin dayanımlarına yaklaşık olarak eşdeğer
düzeyde dayanım kazanmışlardır. Bu dayanımlar aynı zamanda kontrol beton
dayanımlarıyla karşılaştırılabilir düzeyde bulunmuştur. Uçucu külün, zamanla dayanım
kazandırdığı görülmüştür. Uçucu kül katkılı betonların basınç dayanımlarının kontrol ve
28 günlük beton basınç dayanımlarına oranları ise Tablo 5’de verilmiştir.
Tablo 5’de %30’a kadar uçucu kül katılan betonların 90 ve 365 günlük dayanımlarının
kontrol betonuna göre yaklaşık olarak %90 ve üzerinde değerler aldıkları görülmüştür.
%45 uçucu kül katkılı betonlarda 90 ve 365 günlük dayanımlarının kontrol betona
oranları %81 olmuştur.
Uçucu kül katkılı betonların 7 günlük erken dayanımlarının kül oranı arttıkça azaldığı
ve 28. günden sonra 90 ve 365 günlerde uçucu küllü betonların dayanım kazanımlarının
kül oranının artışı ile daha da arttığı görülmüştür. 150 mm’lik küplerde %10, %15, %20,
408
%25, %30 ve %45 oranındaki uçucu kül ilavesinin 365 gün sonundaki 28 günlük
dayanımlarına kıyasla dayanım artışları sırasıyla %31, %39, %43, %44, %47 ve %49
olmuştur. Kontrol betonunun artışı ise %33 olmuştur.
Tablo 5 Basınç Dayanımlarının Kontrol ve 28 Günlük Beton Dayanımlarına Oranları.
Uçucu
Kül
(%)
0
10
15
20
25
30
45
Kontrol (%)
7.gün
28.gün
100
97
86
81
81
79
59
100
94
88
85
85
82
72
28 günlük (%)
90.gün 365.gün
100
94
93
92
91
90
81
7.gün
28.gün
84
86
81
80
79
80
68
100
100
100
100
100
100
100
100
93
92
91
92
91
81
90.gün 365.gün
112
111
118
121
120
122
125
133
131
139
143
144
147
149
Eğilme Dayanımı
Betonun eğilme dayanımı tayini TS EN 12390-5 (2002) standartlarına göre yapılmıştır.
Eğilme dayanımları tayini için 100×100×500 mm’lik kiriş numuneler üretilmiştir.
Numunelerin zamanla göstereceği dayanım artışları için 7, 28, 90 ve 365 günlük
dayanımları ölçülmüştür. 500 mm uzunluğundaki kiriş numune 450 mm açıklığındaki
mesnetler üzerine yerleştirilmiş ve üçte bir noktalarından tekil yük uygulanmıştır.
Deney Ele Test 3000 markalı 20 ton eğilme kapasiteli preste, yükleme hızı 20 kg/sn
olacak şekilde yüklenmiştir.
Eğilme Dayanımı (MPa)
10
%0
%10
%15
%20
%25
%30
%45
8
6
4
2
0
7
28
90
365
Zaman (gün)
Şekil 2 Eğilme dayanımı - zaman ilişkisi.
Araştırma kapsamında yer alan uçucu kül katkılı betonlara ait zamana bağlı eğilme
dayanımları Şekil 2’de sunulmuştur. Uçucu kül katkılı betonların eğilme
dayanımlarının, kontrol ve 28 günlük eğilme dayanımlarına oranları ise Tablo 6’da
verilmiştir. Eğilme dayanımları sonuçlarına göre 90 ve 365 gün sonundaki uçucu kül
katkısının %25 oranına kadar uçucu kül kullanımında kontrol grubunun %92 ve üzerine
ulaştıkları görülmüştür. %30 ve %45 oranında uçucu kül katkısının betonların eğilme
409
dayanımını 90 gün ve sonrasında kontrol betonun eğilme dayanımının yaklaşık olarak
%80 ve üzerinde bir değere ulaştıkları görülmüştür.
Tablo 6 Eğilme Dayanımlarının Kontrol ve 28 Günlük Beton Dayanımlarına Oranları.
Uçucu
Kül
(%)
0
10
15
20
25
30
45
Kontrol (%)
7.gün
28.gün
100
95
83
78
65
64
58
100
94
86
83
78
75
70
28 günlük (%)
90.gün 365.gün
100
98
96
94
92
78
77
100
97
96
96
92
84
81
7.gün
28.gün
97
98
94
91
81
82
80
100
100
100
100
100
100
100
90.gün 365.gün
102
106
114
115
121
106
112
106
109
118
122
124
119
122
Zaman içerisinde uçucu kül katkılı betonların eğilme dayanımlarındaki artışın, basınç
dayanımlarındaki artıştan daha az olduğu görülmüştür. 365 gün sonunda eğilme
dayanımdaki artış en fazla %24 olmuştur.
Uçucu kül katkılı betonların eğilme dayanımları, basınç dayanımlarının yaklaşık %910’una karşılık gelmiştir. Uçucu kül katkılı betonların eğilme dayanımları ile basınç
dayanımları arasındaki oranın kontrol betonundaki orana benzer olduğu görülmüştür.
Ayrıca eğilme dayanımlarının, basınç dayanımlarının yaklaşık 7. günde %11, 28. günde
%10, 90. günde %9 ve 365. günde ise %8’ine karşılık geldiği görülmüştür. Buradan,
zamanla eğilme dayanımlarının basınç dayanımına oranlarının azaldığı görülmüştür.
Yarmada Çekme Dayanımı
Yarmada çekme dayanımı deneyleri TS EN 12390-6 (2002) standardına uygun olarak
28 günlük 150×300 mm’lik silindir ve 150×150×150 mm‘lik küp beton (Brezilya
yöntemi) numuneler üzerinde yürütülmüştür. Uçucu kül katkılı beton gruplarına ait 28
günlük yarmada çekme dayanımları Tablo 7’de verilmiştir.
Tablo 7 Yarmada Çekme Dayanımları.
Uçucu Kül
(%)
0
10
15
20
25
30
45
Yarmada Çekme Dayanımı (MPa)
Silindir
Küp
4.42
4.11
4.39
4.15
4.27
4.00
4.30
4.16
4.29
4.20
4.25
4.16
3.97
3.82
Uçucu kül katkılı betonlarda hem silindir hem de küp numuneler üzerinde yapılan
yarmada çekme dayanımı deney sonuçlarına göre, %30 oranlarına kadar uçucu kül
katkısının betonların yarmada çekme dayanımlarını kontrol numunelere göre
kıyaslandığında yaklaşık olarak birbirlerine oldukça yakın değerlerde ve 4 MPa
değerinin üzerinde olduğu görülmüştür. Sadece %45 oranında uçucu kül katkılı
betonlarda silindir ve küp yarma dayanımları sırasıyla 3.97 ve 3.82 MPa değerlerinde
çıkmıştır.
410
Ayrıca, aynı numune gruplarına ait yarma dayanımları incelendiğinde, küp yarma
dayanımlarının silindir yarma dayanımlarından ortalama %4 daha düşük değerlerde
olduğu görülmüştür.
Elastisite Modülü
Uçucu kül katkılı beton gruplarının elastisite modüllerinin tayini 28 günlük 150×300
mm’lik silindir beton numunelerde yapılmıştır. Bu araştırmada uçucu küllü betonların
σ-ε eğrisinin üzerinde herhangi bir nokta belirlenmiş ve hem σ-ε eğrisinin başlangıç
noktasından (0 noktasından) hem de belirlenen bu noktadan geçen bir doğru çizilmiştir.
Bu noktanın seçiminde, betonun maksimum gerilme değerinin %40’ına karşılık gelen
gerilme değeri temel alınmıştır. Çizilen bu doğru, betonun σ-ε eğrisi imiş gibi kabul
edilmiş ve bu doğrunun eğimi (E=σ/ε) hesaplanmıştır. Uçucu kül katkılı betonların 28
günlük 150×300 mm’lik silindir basınç dayanımları ile sekant elastisite modülleri Tablo
8’de verilmiştir.
Tablo 8 Elastisite Modülü Değerleri.
Uçucu Kül (%)
Basınç Dayanımı (MPa)
Elastisite Modulü (GPa)
0
63.4
37.9
10
56.8
39.5
15
52.9
37.5
20
48.0
38.4
25
47.2
40.4
30
45.3
36.8
45
37.7
30.3
Uçucu kül katkılı betonlara ait gerilme-birim deformasyon diyagramları Şekil 3’de
gösterilmiştir. Uçucu kül katkılı beton gruplarının %45 uçucu küllü beton grubu hariç,
kontrol betonun elastisite modülü değerlerine eşdeğer veya biraz fazla olduğu
bulunmuştur. %10 ile %30 arasındaki uçucu kül katkılı betonların elastisite modülleri
kontrol betonun elastisite modülünün %90-%105’i arasında değerler almıştır. %45 gibi
yüksek oranda uçucu kül katkılı betonun elastisite modülü ise kontrol betonun %83’üne
karşılık gelmiştir.
70
%0
Gerilme (MPa)
60
%10
50
%15
40
%20
30
%25
20
%30
10
0
0.0000
%45
0.0005
0.0010
0.0015
0.0020
0.0025
Birim Deformasyon
Şekil 3 Gerilme - birim deformasyon diyagramları.
411
Boşluk ve Su Emme Oranları
Sertleşmiş betonda boşluk ve su emme oranlarının tayini için 28 gün suda kür edilmiş
71 mm’lik küp numuneler kullanılmıştır. Küp numunelerin sırasıyla etüv kurusu
ağırlıkları, su içinde tutulduktan sonra suya doygun ağırlıkları ve su içindeki ağırlıkları
tayin edilmiştir.Uçucu küllü betonlara ait boşluk ve su emme oranları Tablo 9’da
verilmiştir. Betona katılan uçucu kül oranı arttıkça boşluk ve su emme oranlarının arttığı
görülmüştür. Yalnızca %10 uçucu kül ilavesi ile boşluk ve su emme oranları kontrol
betonuna eşdeğer düzeyde olmuştur. %15 ve %20 ile %30 ve %45 uçucu kül katkılı
betonların boşluk ve su emme oranlarının ise birbirlerine yakın olduğu görülmüştür.
Tablo 9 Boşluk Oranı, Su Emme Oranı ve Kapiler Su Emme Katsayısı.
Uçucu
Kül
(%)
0
10
15
20
25
30
45
Boşluk
Oranı
(%)
7.09
6.95
7.77
7.73
8.20
8.54
8.69
Su Emme
Oranı
(%)
2.86
2.82
3.17
3.17
3.37
3.53
3.58
Kapiler Su
Emme Katsayısı
(×10-3 cm/sn1/2)
0.21
0.40
0.42
0.46
0.47
0.51
0.61
Kapiler Su Emme Katsayısı
Betonların kapiler su emme katsayıları 28 gün suda kür edilen 40x40x160 mm’lik
numuneler üzerinde belirlenmiştir. Fırın kurusu numunelerin ağırlıkları tartıldıktan
sonra her bir deney numunesi için beton numunenin sadece alt yüzeyi suya temas
edeceğinden dolayı beton numunelerin yan yüzeyleri ısıtılmış parafin ile izole edilmiş
ve su yüksekliği yaklaşık olarak 5 mm olan deney düzeneğine yerleştirilmişlerdir.
Deney numuneleri 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64 ve 81. dakikalarda su emme miktarları (Q)
hesaplanmıştır. Emilen su miktarının temas eden yüzey alanına bölümünün oranı ile
(Q/A) ve geçen zamanın (t) saniye cinsinden değerinin karekökü arasında lineer bir
ilişki kurulmuştur. Bu ilişkiye ait elde edilen eğimler bize beton numunelerin kapiler su
emme katsayılarını vermiş ve Tablo 9’da gösterilmiştir.
Betona katılan uçucu kül miktarının artması ile kapiler su emme katsayılarının da arttığı
görülmüştür. Kontrol betonun kapiler su emme katsayısı 0.21 ×10-3 cm/sn1/2 iken, uçucu
külün %10, %15, %20, %25, %30 ve %45 oranlarında ilavesi, kapiler su emme
katsayılarını sırasıyla 0.40, 0.42, 0.46, 0.47, 0.51 ve 0.61 ×10-3 cm/sn1/2 olarak, iki hatta
üç katına kadar çıkarmıştır.
Kuruma Rötresi
Betonların kuruma-büzülme tayini 50x50x285 mm’lik kiriş prizma numuneleri üzerinde
yapılmıştır. 24 saat sonra kalıptan çıkarılan rötre numuneleri ilk günden itibaren 23±2ºC
sıcaklıktaki bağıl nemi %65 olan kür odasında tutulmuştur. İlk 28 gün boyunca her gün
91 güne kadar her hafta ve daha sonra ise her ay ölçüm alınmıştır. Ölçümler 0.002 mm
hassasiyetli deformasyon saatine sahip ölçüm aletinde yapılmıştır. Uçucu kül katkılı
betonlara ait rötre-zaman ilişkisi Şekil 4’de verilmiştir.
412
0.07
Rötre (%)
0.06
0.05
%0
%10
%15
%20
%25
%30
%45
0.04
0.03
0.02
0.01
0.00
0
30
60
90
120
150
180
210
Zaman (Gün)
Şekil 4 Rötre - zaman ilişkisi.
Uçucu kül içeren beton numunelerin kontrol beton numunesinden daha az kısaldığı yani
daha az rötre yaptığı görülmüştür. Uçucu kül ikame oranı arttıkça kuruma rötresininde
düştüğü ve en az rötre yapan grubun %45 uçucu kül katkılı beton grubu olduğu
görülmüştür. %20, %25 ve %30 uçucu kül içeren beton gruplarının rötre değerleri
birbirine oldukça yakın değerlerde olmuştur.
%0, %10, %15, %20, %25, %30 ve %45 uçucu kül katkılı beton gruplarının rötre
değerleri (%) olarak, 28’inci gün için sırasıyla 0.05123, 0.04947, 0.04491, 0.04351,
0.04140, 0.04351 ve 0.03789 iken, 210. gün sonunda 0.06632, 0.06316, 0.06246,
0.05965, 0.05895, 0.05965 ve 0.05123 olmuştur.
210’uncu gün sonunda %10, %15, %20, %25, %30 ve %45 oranındaki uçucu kül içeren
betonların kuruma rötreleri kontrol betonuna kıyasla sırasıyla %5, %6, %10, %11, %10
ve %23 oranlarında azalmıştır. Kullanılan Sugözü uçucu külünün kuruma rötresini
azalttığı görülmüştür.
Donma Çözülme
Betonların donma-çözülme direncinin tayini için TS 699’a (2000) uygun olarak her bir
grup için eğilme dayanım için üretilmiş kiriş numunelerden kesilen 90 günlük
100x100x100 mm’lik küp numuneler üzerinde yapılmıştır. Dondurma kapasitesi -40°C
olan ve -20°C ye 4 saat süresinde ulaşabilen derin dondurucuda, -20°C ye geldikten
sonra 2 saat boyunca -20°C de bekletilen numuneler daha sonra çıkarılarak 2 saat
boyunca da 20°C deki suda bekletilmiştir. Günde sadece iki kez tekrarlanabilen bu
işlem deney süresince 50 kez tekrarlanmıştır. Deney süresinin dışındaki zamanlarda
beton numuneler 20°C deki suda bekletilmişlerdir.
Çevrimlerin ardından betonların ağırlıkları ve basınç dayanımları belirlenmiştir. Ağırlık
ve dayanım açısından betonların kayıpları, çevrimden önceki betonların ağırlıklarına ve
dayanımlarına kıyasla yüzde olarak belirlenmiş ve Tablo 10’da verilmiştir. Uçucu kül
oranı arttıkça betonların donma çözülmeye karşı olan direncinin artmakta olduğu
görülmüştür. %10, %15, %20, %25, %30 ve %45 uçucu kül içeren betonların donma
413
çözülme sonrası basınç dayanımları açısından kayıplarının sırasıyla yaklaşık %8, %7,
%6, %4, %0 ve %1 oranlarında oldukları görülmüştür. Kontrol betonunun donma
çözülme çevrimleri sonucunda ise dayanım kaybı yaklaşık %11 olmuştur.
Uçucu kül oranı arttıkça donma çözülme çevrimleri sonucundaki dayanım kayıpları da
azalmıştır. Bu sonuçla, deneylerin 90 gün kür edilen betonlarda yapılmasının uçucu
küller açısından önemli bir avantaj olduğu görülmüştür. Kür süresinin uzun olması
uçucu kül katkılı betonların donma çözülme direncini arttırmıştır. Ayrıca kontrol ve
uçucu kül katkılı tüm betonlarda donma çözülme çevrimleri sonrasında önemli bir
oranda ağırlık kayıpları görülmemiştir.
Tablo 10 Donma-Çözülme Kayıpları.
Uçucu
Kül
(%)
0
10
15
20
25
30
45
Çevrimsiz
Ağırlık
Dayanım
(gr)
(MPa)
2581.03
87.4
2608.27
85.1
2578.35
84.0
2566.16
84.2
2629.95
82.8
2558.36
75.6
2572.35
68.9
50 Çevrimli
Ağırlık
Dayanım
(gr)
(MPa)
2524.44
78.1
2552.52
78.7
2561.64
78.1
2565.48
79.4
2557.60
79.4
2528.24
75.8
2560.81
67.9
Kayıplar
Ağırlık
Dayanım
(%)
(%)
2
11
2
8
1
7
0
6
3
4
1
0
0
1
Sonuçlar
Uçucu kül oranı %30’a kadarki betonların basınç dayanımları 90. ve 365. günlerde
birbirlerinin dayanımlarına yaklaşık olarak eşdeğer düzeyde dayanım kazanmışlardır.
Bu dayanımlar aynı zamanda kontrol beton dayanımlarıyla karşılaştırılabilir düzeyde
bulunmuştur.
Eğilme dayanımları sonuçlarına göre ise %30 ve %45 oranında uçucu kül katkısının
betonların eğilme dayanımını 90 günden sonra kontrol betonun eğilme dayanımının
yaklaşık olarak %80 ve üzerinde bir değere ulaştıkları görülmüştür.
Silindir ve küp numuneler üzerinde yapılan yarmada çekme dayanımı deney sonuçlarına
göre %30 oranlarına kadar uçucu kül katkılı betonların yarmada çekme dayanımlarının
kontrol beton dayanımlarına yakın değerlerde ve 4 MPa’ın üzerinde olduğu
görülmüştür.
Uçucu kül oranı %30’a kadarki betonların elastisite modülü değerlerinin kontrol
betonun elastisite modülü değerine eşdeğer veya biraz fazla olarak, %90-%105’i
arasında bulunmuştur.
Betona uçucu kül katkısının artmasıyla, 28 günlük uçucu kül katkılı betonların boşluk,
su emme oranları ile kapiler su emme katsayılarının arttığı görülmüştür.
Uçucu kül içeren beton numunelerin kontrol beton numunesinden daha az rötre yaptığı
ve en az rötre yapan grubun %45 uçucu kül katkılı beton grubu olduğu ve Sugözü uçucu
külünün kuruma rötresini azalttığı görülmüştür.
414
Uçucu kül katkılı betonlarda donma çözülme çevrimleri sonucundaki dayanım
kayıplarının azaldığı görülmüştür. Deneylerin 90 gün suda kür edilen betonlarda
yapılmasının uçucu küller açısından önemli bir avantaj olduğu görülmüştür.
Sugözü uçucu külünün betonda mineral katkı olarak %30 mertebesine kadar ikame
edilebileceği, hatta yüksek oranlarda uçucu kül içeren betonlarda %45 ve üzeri
kullanılabileceği, böylece ekonomik ve ekolojik faydalarında elde edileceği kanaati
oluşmuştur.
Kaynaklar
American Society for Testing and Materials (1998) ASTM C 618: Standart
Specification for Coal Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use as a Mineral
Admixture in Concrete. Annual Book of ASTM Standarts, No.4.
Erdoğan, TY. (2003) Beton. ODTÜ Geliştirme Vakfı ve Yayıncılık A.Ş., Ankara.
Şengül, Ö. Taşdemir, M.A. ve Sönmez, R. (2003) Yüksek Oranda Uçucu Kül İçeren
Normal ve Yüksek Dayanımlı Betonların Klor Geçirimliliği. Beşinci Ulusal Beton
Kongresi, Bildiriler Kitabı, İMO İstanbul Şubesi, İstanbul, s. 75-85.
Türk Standardları Enstitüsü (2000) TS 699 Tabii Yapı Taşları - Muayene ve Deney
Metotları. Ankara.
Türk Standardları Enstitüsü (2003) TS EN 12390-3: Beton-Sertleşmiş Beton DeneyleriBölüm 3: Deney Numunelerinde Basınç Dayanımının Tayini. Ankara.
Türk Standardları Enstitüsü (2002) TS EN 12390-4: Beton-Sertleşmiş Beton DeneyleriBölüm 4: Basınç Dayanımı-Deney Makinalarının Özellikleri. Ankara.
Türk Standardları Enstitüsü (2002) TS EN 12390-5: Beton-Sertleşmiş Beton DeneyleriBölüm 5: Deney Numunelerinin Eğilme Dayanımının Tayini. Ankara.
Türk Standardları Enstitüsü (2002) TS EN 12390-6: Beton-Sertleşmiş Beton DeneyleriBölüm 6: Deney Numunelerinin Yarmada Çekme Dayanımının Tayini. Ankara.
Tokyay, M. ve Erdoğdu, K. (1998) Türkiye Termik Santrallerinden Elde Edilen Uçucu
Küllerin Karakterizasyonu. TÇMB AR-GE, Ankara.
Ünal, O ve Uygunoğlu, T. (2004) Soma Termik Santral Atığı Uçucu Külün İnşaat
Sektöründe Değerlendirilmesi. Türkiye 14 Kömür Kongresi Bildiriler Kitabı,
Zonguldak, Türkiye.
Yazıcı, H. (2005) Yüksek hacimde C sınıfı uçucu kül içeren betonların mekanik
özellikleri ve sülfürik asit dayanıklılığı. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt.11, Sayı.3, sf. 443-448.
415
416
Download

Sugözü Uçucu Külünün Beton Katkısı Olarak Kullanılabilirliği