I

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YUMURTALIK SUGÖZÜ UÇUCU KÜLÜ İÇEREN BETONLARIN BASINÇ, EĞİLME VE AŞINMA DAYANIMLARININ

ARAŞTIRILMASI

İdris GÜNİNDİ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

Bu tez ...../...../ 2005 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir.

İmza.............................................. İmza...................................... İmza................................................

Doç.Dr.İsmail Hakkı ÇAĞATAY Doç.Dr.Cengiz DuranATİŞ Yrd.Doç.Dr.Sıdıka Seren Güven

DANIŞMAN ÜYE ÜYE

Bu tez Enstitümüz İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No

Prof.Dr.Aziz ERTUNÇ

Enstitü Müdürü

• Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

II

ÖZ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

YUMURTALIK SUGÖZÜ UÇUCU KÜLÜ İÇEREN BETONLARIN BASINÇ, EĞİLME VE AŞINMA DAYANIMLARININ

ARAŞTIRILMASI

İdris GÜNİNDİ

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

Danışman : Doç. Dr. İsmail Hakkı ÇAĞATAY

Yıl : 2005, Page 67 Juri : Doç. Dr. İsmail Hakkı ÇAĞATAY Doç. Dr. Cengiz Duran ATİŞ

Yrd. Doç. Dr. Sıdıka Seren GÜVEN

Bu çalışmada, yüksek oranda Yumurtalık-Sugözü uçucu külü içeren betonun basınç, eğilme ve aşınmaya karşı direnci deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmada değişik miktarlarda uçucu kül kullanılarak farklı beton karışımları elde edilmiş ve süper akışkanlaştırıcı yardımı ile sabit su-çimento oranında betonlar üretilmiştir. Bu beton karışımlar teste tabii tutulmuş olup, elde edilen deney sonuçları aralarında karşılaştırılmıştır. Uçucu kül ile çimento miktarından tasarruf sağlanmıştır. Beton basınç dayanımı arttıkça aşınma direncinin de arttığı görülmüştür. Uygun uçucu kül kullanımı ile ağırlıkça %10 yer değiştirme oranında normal beton dayanımına eşdeğer dayanım elde edilebileceği sonucuna varılmıştır. Uçucu kül içeren betonun dayanım özellikleri ile normal betonun özellikleri arasındaki ilişkinin benzer olduğu sonucuna varılmıştır. Laboratuvarda elde edilen verilere dayanarak mevcut uçucu külün çimentoyu %10-%40 oranında ikame edebileceği ve incelenen betonun, uygun bir şekilde dizayn edildiği takdirde özellikle beton yol kaplaması olarak kullanılabileceği kanaati oluşmuştur.

Anahtar Kelimeler : Uçucu kül, Dayanım, Aşınma

III

ABSTRACT

MSc. THESIS

INVESTIGATION OF COMPRESSIVE, FLEXURAL AND ABRASION RESISTANCE OF CONCRETE CONTAINING FLY ASH FROM

YUMURTALIK SUGOZU

İdris GÜNİNDİ

DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING

INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES

UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor : Assoc. Prof. Dr. İsmail Hakkı ÇAĞATAY Year : 2005, Page 67 Jury : Assoc. Prof. Dr. İsmail Hakkı ÇAĞATAY Assoc. Prof. Dr. Cengiz Duran ATİŞ

Assist. Prof. Dr. Sıdıka Seren Güven In this work, compressive, flexural and abrasion resistance of concrete containing Yumurtalık-Sugözü fly ash were investigated. In the work, concrete mixtures were prepared using different amounts of fly ash to obtain different mixes were prepared with superplasticizer using fixed water-cement ratio. These concrete mixtures were tested, the results were compared with each other. Using fly ashes are employed to provide savings on amount of cement. In general, it has been determined that the stronger the concrete is the higher the abrasion resistance. The results show that a fly ash concrete having a similar strength value to that of conventional concrete can be produced at a 10% (by mass) replacement of cement by fly ash is provided. The relation between the strength characteristic of concrete containing fly ash was found to be similar to that of conventional concrete. Based on data obtained from laboratory study, it was concluded that the current fly ash might replace the cement ratio at about 10%-40% and it was concluded that the concrete studied can be used for road pavements when it is properly designed.

Key Words : Fly ash, Strength, Abrasion

IV

TEŞEKKÜR

Yüksek lisans tez konumun belirlenmesi ve yürütülmesi esnasında

çalışmalarımı ilgi ile izleyip yön veren, değerli fikir ve katkılarıyla

çalışmalarıma ışık tutan, bana her türlü desteği sağlayan danışman hocam,

sayın Doç. Dr. İsmail Hakkı ÇAĞATAY’a en içten teşekkürlerimi sunarım.

Yüksek lisans çalışmam esnasında deneysel çalışmaların yürütülmesinde

ve tez yazımında katkılarını esirgemeyen Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği

Arge Direktörü sayın Prof. Asım YEĞİNOBALI ve çalışanları, Adana Oyak

Hazır Beton Tesis Şefi İnş. Yük. Müh. İ. Hakan ÖZBEBEK, Laboratuvar

Teknisyeni Rauf YÜRÜK, olmak üzere emeği geçen herkese teşekkürü bir

borç bilirim.

Ayrıca Yüksek lisans çalışmamda benden desteklerini esirgemeyen sevgili

eşim ve aileme teşekkür ederim.

V

İÇİNDEKİLER SAYFA

ÖZ............................................................................................................................. ІІ

ABSTRACT.............................................................................................................ІІІ

TEŞEKKÜR........................................................................................................... .ІV

İÇİNDEKİLER......................................................................................................... V

ÇİZELGELER DİZİNİ............................................................................................VІІ

ŞEKİLLER DİZİNİ.............................................................................................. VІІІ

SİMGELER VE KISALTMALAR....................................................................... ІX

1.GİRİŞ......................................................................................................................1

2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR.....................................................................................3

2.1. Betonu Meydana Getiren Malzemeler...........................................................3

2.1.1. Bağlayıcı Maddeler............................................................................3

2.1.1.1. Çimento......................................................................................3

2.1.1.2. Agrega........................................................................................5

2.1.1.3. Beton Karışım Suyu...................................................................5

2.1.1.4. Katkılar.......................................................................................6

2.2. Beton...............................................................................................................6

2.2.1. Taze Beton Özellikleri........................................................................8

2.2.2. Sertleşmiş Beton Özellikleri.............................................................10

2.2.3. Dayanım............................................................................................11

2.2.4. Betonun Dayanımını Etkileyen Faktörler.........................................14

2.3. Uçucu Küller.................................................................................................15

2.3.1. Uçucu Küllerin Sınıflandırılması Ve Standartları.............................18

2.3.2. Uçucu Küllün Kimyasal Bileşenleri Ve Özellikleri..........................20

2.3.3. Uçucu Küllerin Fiziksel Özelliklerine Göre Sınıflandırılması..........21

2.3.4. Betonda Uçucu Kül Kullanımı..........................................................22

2.3.5. Uçucu Kül İkame Metodları...............................................................23

2.3.5.1. Basit İkame Metodu.................................................................23

2.3.5.2. Değiştirilmiş İkame Metodu....................................................24

2.3.5.3. Rasyonel Metod........................................................................24

2.3.6. Uçucu Külün Beton Özellikleri Üzerine Etkileri..............................24

VI

2.3.6.1 Basınç Dayanımı....................................................................25

2.3.6.2. Eğilme Çekme Dayanımı.......................................................26

2.3.6.3. Aşınma Direnci......................................................................26

2.4. Beton Yollar...........................................................................................27

2.4.1. Beton Yolların Tarihçesi.................................................................28

2.4.2. Beton Yolların Asfalt Yollarla Kıyaslanması.................................30

2.4.3. Beton Yol Uygulaması....................................................................31

2.4.4. Beton Yolların Üstünlükleri............................................................32

3.MATERYAL VE METOD..................................................................................33

3.1. Kullanılan Malzemeler Ve Özellikler........................................................33

3.1.1. Çimento...........................................................................................33

3.1.2. Uçucu Kül.......................................................................................34

3.1.3. Su....................................................................................................35

3.1.4. Agrega............................................................................................35

3.1.4.1.Agrega Granülometrisi.............................................................36

3.1.5. Katkılar...........................................................................................38

3.2. Beton Karışım Oranları, Yapılan Deneyler Ve Kür Durumu................38

3.3. Aşınma Mukavemetinin Bulunması......................................................40

4.BULGULAR VE TARTIŞMA............................................................................41

4.1. Basınç Dayanımı.....................................................................................41

4.2. Kiriş Numunelerin Eğilme Dayanımları.................................................45

4.3. Küp Numune Aşınma Ağırlıkları Ve Yüzdesi.......................................56

5.SONUÇ VE ÖNERİLER.....................................................................................60

KAYNAKLAR.......................................................................................................62

ÖZGEÇMİŞ............................................................................................................67

VII

ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA

Çizelge 2.1. Portland Çimentosunu Oluşturan Oksitler Ve Miktarları.........................4

Çizelge 2.2. Çimento Türleri........................................................................................4

Çizelge 2.3. Agregada Aranan Önemli Özellikler........................................................5

Çizelge 2.4. Beton Sınıfları Ve Dayanımları................................................................7

Çizelge 2.5. Betonun Özellikleri..................................................................................8

Çizelge 2.6. Uçucu Küllerin Sınıflandırılması...........................................................19

Çizelge 2.7. Uçucu Külün Beton Karışımında Kullanılmasının Etkileri..................25

Çizelge 2.8. Beton Yolların Tarihçesi........................................................................30

Çizelge 3.1. Kullanılan Çimentonun Kimyasal Bileşimi.......................................33

Çizelge 3.2. Kullanılan Çimentonun Fiziksel Özellikleri......................................34

Çizelge 3.3. Adana-Yumurtalık Uçucu Külün Kimyasal Kompozisyonu................34

Çizelge 3.4. Adana-Yumurtalık Uçucu Külün Kimyasal Analiz Raporu..................35

Çizelge 3.5. Adana-Yumurtalık Uçucu Külün Özellikleri.........................................35

Çizelge 3.6. Kullanılan Agregalar............................................................................36

Çizelge 3.7. Agrega Granülometrisi...........................................................................36

Çizelge 3.8. Agrega Standart Sınırları........................................................................37

Çizelge 3.9. Üretilen Betonların Yaklaşık Malzeme Miktarları................................39

Çizelge 3.10. Üretilen Taze Betonun Yoğunluğu.......................................................39

Çizelge 4.1. Beton küp numunelerin basınç dayanımları ..........................................41

Çizelge 4.2. Beton küp numunelerin ağırlığı ve yoğunluğu.......................................44

Çizelge 4.3. Beton kiriş numunelerin kırılma yükleri ...............................................45

Çizelge 4.4. Kiriş numunelerin eğilme dayanımları ..................................................46

Çizelge 4.5. Küp numunelerin basınç, kiriş numunelerin eğilme dayanımları..........48

Çizelge 4.6. Beton numunelerin eğilme dayanımının, basınç dayanımına oranı.......48

Çizelge 4.7. Beton Küp Numunelerin 100 ve 500 Devirdeki Ağırlıkları...................56

Çizelge 4.8. Beton Küp Numunelerin 100 ve 500 Devirdeki Yüzdesel Aşınması....57

Çizelge 4.9. Beton Küp Numunelerin 500 Devirdeki Ortalamalarının Yüzdesel

Aşınması.................................................................................................57

VIII

ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA

Şekil 2.1. Bir beton numunenin basınç dayanımı yönteminin şematik gösterimi......12

Şekil 2.2. Bir beton numunenin yarmada çekme dayanımı yönteminin şematik

gösterimi....................................................................................................13

Şekil 2.3. Bir beton numunenin eğilme ayanımın üçtebir noktalarından

yüklenmiş basit kiriş yönteminin şematik olarak gösterimi.....................14

Şekil 3.1. Beton karışımında kullanılan agregaların karışım gradasyonu..................37

Şekil 4.1. %0-40 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç dayanım

grafiği.........................................................................................................42

Şekil 4.2. %0-40 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük eğilme dayanım

grafiği..........................................................................................................47

Şekil 4.3.%0-40 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç(B)-eğilme(E)

dayanımları zaman grafiği..........................................................................49

Şekil 4.4. %0 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç(B)-eğilme(E)

dayanımlarının grafiği................................................................................50

Şekil 4.5. %10 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç(B)-eğilme(E)

dayanımlarının grafiği................................................................................51

Şekil 4.6. %20 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç(B)-eğilme(E)

dayanımlarının grafiği................................................................................52

Şekil 4.7. %30 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç(B)-eğilme(E)

dayanımlarının grafiği................................................................................53

Şekil 4.8. %40 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç(B)-eğilme(E)

dayanımlarının grafiği................................................................................54

Şekil 4.9. %0-40 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç(B)-eğilme(E)

dayanımları grafiği......................................................................................55

Şekil 4.10. %0-40 U.K. betonların 500 devirdeki aşınmalarının yüzdesel

grafiği..........................................................................................................58

IX

SİMGELER VE KISALTMALAR

UK : Uçucu Kül

fck : Beton (Silindir) Basınç Dayanımı

fc : Beton (Küp) Basınç Dayanımı

fctk : Beton Çekme Dayanımı Ec : Elastisite Modülü

P : Kırılma Yükü

A : Beton Numunenin Kesit Alanı

d : Beton Numune Çapı

l : Beton Numune Boyu

b : Beton Numune Eni

S/Ç : Su/Çimento

NPÇ : Normal Portland Çimentosu

THBB : Türkiye Hazır Beton Birliği

1

1. GİRİŞ

Beton, dünyada yaygın olarak kullanılan bir yapı malzemesidir ve

çimento, kum, su ve agregadan oluşmaktadır. Betonun basınç, eğilme ve

aşınma dayanımını artırmak için çeşitli mineral katkılı malzemeler

kullanılmaktadır. Bu amaçla, portland çimentosunun bir kısmı yerine mineral

katkı malzemesi olarak uçucu kül kullanılabilmekte, böylece uçucu kül katkılı

beton elde edilebilmektedir.

Uçucu kül, elektrik üreten termik santrallerde toz haline gelmiş kömürün

bir ürünü olarak elde edilmektedir. Termik santral fırınlarında yanan öğütülmüş

yakıttan dolayı oluşan küllerden bir kısmı sıcaklığın etkisi ile yüksek

bacalardan dışarı doğru uçuşurlar. Uçucu kül olarak adlandırılan bu atık madde

mekanik filtreler yada elektronik toplayıcılar vasıtasıyla toplanır. Böylece,

uçucu küllerin bacadan çıkıp civar bölgeleri kirletmesine engel olunur. Uçucu

külün puzolanik olduğu bilinmektedir. Bu özellik nedeni ile son zamanlarda

uçucu küller çimento içinde katkı malzemesi olarak beton üretiminde

kullanılmaktadır (Atiş, 2001).

Gerek şehir içi, gerekse şehirlerarası karayollarımızın son yıllarda giderek

artan bakım-onarım giderleri, Türkiye’nin bu sorunu kendi kaynaklarını daha

çok kullanarak akıllı bir şekilde çözme zorunluluğunu ortaya koymaktadır.

Günümüzde artık karayollarına ayrılan sınırlı bütçenin büyük bir bölümünü

ancak bakım-onarım giderlerinde kullanabilen Türkiye; artık daha dayanıklı,

uzun yıllar bakım-onarım gerektirmeden kullanabilecek yollar yapmak

zorundadır. Bu noktada akla ilk gelen seçenek ise beton yollardır. Ülkemizin

ithal ettiği ürünler içerisinde en büyük yüzdeyi oluşturan ürün petroldür.

Asfalta alternatif olarak betonun ham maddesi %100’ü yerlidir. Türkiye’de 5

Rafineriye karşılık 39 Çimento Fabrikası bulunmaktadır. Amerika ve birçok

Avrupa ülkesinde yıllar önce beton yol kaplamalarının yapımına yer

verilmesine rağmen Türkiye’de bu konu üzerine yeterli hassasiyet ve önem

gösterilmemiştir. Sadece bazı belediyeler küçük cadde ve sokakları beton kilit

taşları ve beton yol kaplaması yapmıştır (THBB, 2003).

2

Bu çalışmada Yumurtalık-Sugözü Termik santralından çıkan uçucu külün

beton ve beton yol kaplaması içinde kullanabilirliği araştırılmıştır. Araştırmada,

TS 19 (1992) ile uyumlu olan Portland çimentosu, tane boyutu dağılımı TS

706 (1980) ile uyumlu agrega kullanılmıştır. Çalışmanın amacına ulaşmak için

beş farklı uçucu kül ikame oranı ile su-çimento oranı sabit tutularak betonlar

üretilmiştir.

Yapılan çalışmada, uçucu külün beton dayanımı üzerindeki etkilerini

araştırmak amacıyla, çimento, her bir karışımda ağırlıkça %0 (şahit beton),

%10, %20, %30, %40 oranlarında uçucu kül ile ikame edilmiştir. Her bir

karışımdan 15x15x15 cm’ lik ve 5x5x5 cm’ lik üçer adet kübik beton

numuneler, 15x15x60 cm’ lik ikişer adet prizmatik beton numuneler beş farklı

uçucu kül ikame oranı ile üretilmiştir. Her bir beton numune (15x15x15 ve

15x15x60) 1, 3, 7, 28. ve 90. günlerde kırılarak deney sonuçları elde

edilmiştir.

Çalışmanın tümünde farklı beton karışımlarının basınç mukavemetleri

incelenmiştir. 15x15x15 cm’ lik beton numunelerin basınç dayanımları,

15x15x60 cm’ lik beton numunelerin ise eğilme dayanımları incelenmiştir.

Ayrıca 5x5x5 cm’ lik beton numunelerin aşınma dayanımları Los Angeles

Tamburuna atılarak 100 ve 500 devir döndürülerek incelenmiştir. Bu çalışmada

amaç;

Uçucu külün katkı malzemesi olarak kullanılmasıyla beton ve beton yol

kaplaması üzerindeki etkisinin araştırılması

Uçucu kül kullanılarak beton ve beton yol kaplamalarının üretiminin daha

dayanıklı ve ekonomik olması planlanılması

En uygun oranlarda uçucu kül kullanılarak beton üretilmesi

Elde ettiğimiz bulguların yorumlanmasıyla bir atık malzeme olan uçucu kül

kullanılarak üretilen betonun basınç, eğilme ve aşınmaya karşı

dayanımının tespit edilmesi amaçlanmaktadır.

3

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR

2.1. Betonu Meydana Getiren Malzemeler

2.1.1. Bağlayıcı Maddeler

2.1.1.1. Çimento

Çimento, ana hammaddeleri kalker ve kil olan ve mineral parçalarını

(kum, çakıl, tuğla, biriket vs.) yapıştırmada kullanılan bir yapı malzemesidir.

Çimentonun bu yapıştırma özelliğini yerine getirebilmesi için mutlaka suya

ihtiyaç vardır. Çimento, su ile reaksiyona girerek sertleşen bir bağlayıcıdır.

Kırılmış kalker, kil ve gerekiyorsa demir cevheri ve/veya kum katılarak

öğütülüp toz haline getirilir. Bu malzeme 1400-1500 ºC’de döner fırınlarda

pişirilir. Meydana gelen ürüne ‘‘klinker’’ denir. Daha sonra klinkere bir miktar

alçı eklenir ve çok ince toz haline öğütülerek Portland çimentosu elde edilir.

Portland çimentosunu oluşturan oksitler ve yaklaşık miktarları Çizelge 2.1.’de

verilmiştir (Özkul ve ark., 1999).

Katkılı çimento üretiminde; klinker ve alçı taşı dışında, çimento tipine

göre tek veya birkaçı bir arada olmak üzere tras, yüksek fırın cürufu, uçucu

kül, silis dumanı vb. katılır. Çimento birçok beton karışımında hacimce en

küçük yeri işgal eden bileşendir; ancak beton bileşenleri içinde en önemlisidir.

En çok kullanılan çimento tipleri Portland Kompoze Çimento, Katkılı

Çimento, Cüruflu Çimento ve Sülfata Dayanıklı Çimento’dur. Bunun dışında

özel amaçlar için Beyaz Portland Çimentosu, ve diğer bazı tip çimentolar

kullanılmaktadır. Çimentolar kullanılacakları ortama, dayanımlarına, içlerinde

bulunan minerallere ya da rengine göre bir çok sınıflara ayrılmaktadır.

Türkiye’de üretilen ve TSE tarafından kabul görmüş çimento türleri Çizelge

2.2.’de verilmiştir (Özkul ve ark., 1999).

Portland Çimentosu : TS 19 Portland çimentosu klinkerinin, bir miktar alçı

taşı ile birlikte öğütülmesi sonucu elde edilen hidrolik bağlayıcıdır.

4

Çizelge 2.1. Portland Çimentosunu Oluşturan Oksitler Ve Miktarları

Oksit

Sembol

Çimento Kimyasına

Göre Sembolü

Miktar (%)

Kireç CaO C 60-67

Silis SiO2 S 17-25

Alümin Al2O3 A 3-8

Demir Oksit Fe2O3 F 0,5-6

Kükürt Trioksit SO3 S 1-3

Magnezyum Oksit MgO M 0,1-4

Alkaliler Na2O+K2O N+K 0,2-1,3

Çizelge 2.2. Çimento Türleri 1 Portland Çimentoları (PÇ 32.5, PÇ 42.5, PÇ 52.5) TS 19

2 Beyaz Portland Çimentosu (BPÇ 32.5 ve BPÇ 42.5) TS 21

3 Uçucu Küllü Çimento (UKÇ 32.5) TS 640

4 Portland Cüruflu Çimento (PCÇ/A, PCÇ/B) TS12139

5 Katkılı Çimento (KÇ 32.5) TS10156

6 Traslı Çimento (TC 32.5) TS 26

7 Kompoze Çimento (KZC/A, KZC/B) TS12142

8 Portland Kompoze Çimento (PKÇ32.5,PKÇ42.5,PKÇ 52.5) TS12143

9 Sülfata Dayanıklı Çimento (SDÇ 32.5) TS10157

10 Yüksek Fırın Cüruflu Çimento (CÇ 32.5, CÇ 42.5) TS 20

11 Harç Çimentosu (HC 16) TS 22

12 Süper Sülfat Çimentosu (SSÇ 32.5) TS 809

13 Erken Dayanımı Yüksek Çimento (EYÇ 52.5) TS3646

14 Portland Kalkerli Çimento (PLÇ/A, PLÇ/B) TS12140

15 Portland Silika Füme Çimento (PSFC) TS12141

16 Puzolanik Çimento (PZÇ/A, PZÇ/B) TS12144

Beyaz Portland Çimentosu : Bu çimento gerçekte bir portland çimentosudur.

Rengi beyaz olan bu çimento, özellikle mimari ve estetik işlerde kullanılır.

Uçucu Küllü Çimento : Portland çimentosu klinkerinin bir kısmının, termik

santrallerden elde edilen uçucu kül ile değiştirilip, alçı taşıyla birlikte

öğütülmesi sonucu üretilir. TS 640 Uçucu Küllü Çimento Standardına göre

5

klinker ve uçucu kül karışımının ağırlıkça %10-%30’luk kısmı uçucu külden,

%90-%70’lik kısmı klinkerden oluşmaktadır.

2.1.1.2. Agrega

Beton üretiminde kullanılan kum, çakıl, kırmataş gibi malzemelerin

genel adı agregadır. Beton içinde hacimsel olarak %60-75 civarında yer işgal

eden agrega önemli bir bileşendir. Agrega, çimento ve su ile birlikte betonu

oluşturan temel malzemelerden birisidir (Erdoğan, 1995c). Agregalar tane

boyutlarına göre ince (kum, kırma kum gibi) ve kaba (çakıl kırmataş gibi)

agrega olarak ikiye ayrılır. Agregalarda aranan en önemli özellikler Çizelge

2.3.’de gösterilmektedir.

Çizelge 2.3. Agregada Aranan Önemli Özellikler

- Sert, dayanıklı ve boşluksuz olmaları

- Zayıf taneler içermemeleri (deniz kabuğu, odun, kömür gibi)

- Basınca ve aşınmaya mukavemetli olmaları

- Toz, toprak ve betona zarar verebilecek maddeler içermemeleri

- Yassı ve uzun taneler içermemeleri

- Çimentoyla zararlı reaksiyona girmemeleridir.

Agreganın kirli (kil, silt, mil, toz,...) olması aderansı olumsuz

etkilemekte, ayrıca bu küçük taneler su ihtiyacını da arttırmaktadır.

Beton agregalarında elek analizi, özgül ağırlık ve su emme gibi deneyler

uygun aralıklarla yapılarak kalite sürekliliği takip edilmelidir. Ayrıca betonda

kullanılacak agregalar TS 706’ya uygun olmalıdır.

2.1.1.3. Beton Karışım Suyu

Çimento ve agrega ile birlikte betonu oluşturan temel malzemelerden

birisidir. Su, beton yapımında üç değişik amaca hizmet etmek için

6

kullanılmaktadır. (1) Çimento ve agrega ile betonun karılmasında, ‘‘karışım

suyu olarak’’, (2) yerleştirilen prizini almış taze betonun yüzeyine uygulanan

‘‘bakım yada kür suyu’’ olarak, (3) betonda kullanılacak agregaların

temizlenmesi ve karıştırıcının temizlenmesi adına, ‘‘yıkama suyu’’ olarak.

Bunların en önemlisi ilk sırada belirten amaç olmaktadır.

Beton mukavemeti su/çimento oranına bağlıdır. Genel olarak içilebilir

nitelik taşıyan bütün sular betonda kullanıma uygundur. Ancak, betonda

kullanılacak suyun içilebilir özellikte olması şart değildir. Bir takım ön

deneyler yapılmak kaydıyla, içilmeyen sularda bile gayet kaliteli beton

üretilmektedir (Özkul ve ark., 1999).

Bununla birlikte karışım suyu içinde bulunabilecek tuz, asit, yağ, şeker,

lağım ve endüstriyel atıklar gibi bazı maddeler betonda istenmeyen etkiler

yaratabilir. Karışım suyun analizlerle belirlenmesi ve kalitesinin belli aralıklarla

denetlenmesi şarttır.

2.1.1.4. Katkılar

Betonun özelliklerini geliştirmek üzere üretim sırasında veya dökümden

önce beton karışımına az miktarda ilave edilen maddelere katkı adı verilir.

Katkı maddelerini kökenine göre kimyasal ve mineral katkılar olarak ayırmak

mümkündür .

Kimyasal katkılar; Su azaltıcılar (akışkanlaştırıcılar), priz geciktiriciler,

priz hızlandırıcılar, antifrizler, hava sürükleyici katkılar, su geçirimsizlik

katkıları olarak sınıflandırılır. Kimyasal katkılar betonun kalitesini ve

dayanımını artırdığından dolayı bütün inşaat sektöründe betonun ayrılmaz bir

parçası olmuştur.

2.2. Beton

Beton; su, çimento, agrega ve kimyasal veya mineral katkı maddelerinin

homojen olarak karıştırılmasından oluşan, başlangıçta plastik kıvamda olup,

7

şekil verilebilen, zamanla katılaşıp sertleşerek mukavemet kazanan düşük

teknoloji ile üretilen bir yapı malzemesidir (Özkul ve ark., 1999).

Beton, çok geniş kullanım alanına sahiptir. Betona çeşitli katkı

maddeleri katılarak betonun dayanımı artırılır. Beton karışımı kolayca

taşınabilmeli, homojen olmalı, yeterince akıcı olmalı, fazla enerji harcamadan

kolayca sıkıştırılabilmeli, yüzeyi kolayca perdahlanabilir olmalıdır.

Betonlar genelde ağırlıklarına, yapım tekniklerine ve dayanımlarına göre

sınıflara ayrılmaktadır. Betonlar ağırlıklarına göre; ağır beton, normal ağırlıklı

beton, hafif ağırlıklı beton, yapım tekniklerine göre; vakumlanmış beton,

agregası önceden yerleştirilmiş beton, lifli beton, püskürtme beton, silindirle

sıkıştırılabilen beton, dayanımlarına göre ise; normal ve yüksek dayanımlı

betonlar olarak sınıflara ayrılmaktadır. Beton sınıfları ve dayanımları Çizelge

2.4.’de gösterilmektedir. Bu çizelgede BS 25’e kadar olan betonlar normal

dayanımlı, diğerleri de yüksek dayanımlı olarak adlandırılır.

Çizelge 2.4. Beton Sınıfları Ve Dayanımları (TS 500)

Beton Sınıfları

fсk,Silindir

Basınç

Dayanımı

kgf /cm2

(N/mm2)

fc,Eşdeğer Küp

Basınç

Dayanımı

kgf /cm2

(N/mm2)

fctk,Çekme

Dayanımı

kgf /cm2

(N/mm2)

Ec,Elastisite

Modülü kgf /cm2

(N/mm2)

BS 14 (C14) 140 (14) 160 (16) 13 (1,3) 261500 (26150)

BS 16 (C16) 160 (16) 200 (20) 14 (1,4) 270000 (27000)

BS 20 (C20) 200 (20) 250 (25) 16 (1,6) 285000 (28500)

BS 25 (C25) 250 (25) 300 (30) 18 (1,8) 302500 (30250)

BS 30 (C30) 300 (30) 350 (35) 19 (1,9) 318000 (31800)

BS 35 (C35) 350 (35) 400 (40) 21 (2,1) 332000 (33200)

BS 40 (C40) 400 (40) 450 (45) 22 (2,2) 345500 (34550)

BS 45 (C45) 450 (45) 500 (50) 23 (2,3) 358000 (35800)

BS 50 (C50) 500 (50) 550 (55) 25 (2,5) 369500 (36950)

8

Betonun mutlak hacmini %75 oranında agrega (kum, çakıl, mıcır), %10

oranında çimento, %15 oranında su oluşturur. Gerektiğinde, çimento ağırlığının

%2’sinden fazla olmamak kaydıyla, katkı malzemesi ilave edilebilir.

Betonu günümüzün en yaygın taşıyıcı yapı malzemesi yapan özellikleri

Çizelge 2.5.’de şöyle sıralamak mümkündür;

Çizelge 2.5. Betonun Özellikleri

- Ucuzluğu

- Bilgisayar kontrollü santrallar, transmikserler, pompalar vb. ile üretim, taşıma

ve yerleştirme aşamalarında büyük gelişmelerin sağlanmış olması

- Şekil verebilme kolaylığı

- Çelik donatı ile (betonarme) çekme mukavemetinin yetersizliğinin

dengelenmesi

- Yüksek basınç dayanımlarına ulaşılması

- Fiziksel ve kimyasal dış etkilere karşı dayanaklılığı (uzun ömür, bakım

kolaylığı)

- Hafif agrega ile hafifletilmesi, pigmentlerle renklendirilmesi

Betonun mukavemeti;

- Çimento hamurunun mukavemetine

- Agrega tanelerinin mukavemetine

- Agrega taneleri ile çimento hamuru arasındaki yapışmanın gücüne (aderans)

bağlıdır.

2.2.1. Taze Beton Özellikleri

Agrega ve çimento karışımına su katıldıktan sonraki ilk birkaç saatte

beton, sıvıya benzer akıcılık özellik taşır ve kolayca şekil verilebilir; bu

aşamadaki karışıma taze beton denir. Beton zaman içerisinde çimentonun

hidratasyonu sonucunda akıcılığını kaybederek katılaşır ve dayanım kazanır.

Taze betonda dikkat edilmesi gereken en önemli özelliği işlenebilirliktir.

İşlenebilirlik taze betonun, ayrışmaya uğramadan, taşınması, dökülmesi,

yerleştirilmesi, sıkıştırılması ve sonlanması işlemlerinin kolaylıkla yapılabilmesi

9

özelliği olarak tanımlanabilir (Özkul ve ark., 1999). Taze betonun

işlenebilirliğini etkileyen etkenler olarak; karışımdaki su miktarı, hava miktarı,

karışım oranları, agrega özellikleri, agrega tane dağılımı, çimento özellikleri,

katkılar, zaman ve sıcaklık sayılabilir.

Kıvam: İşlenebilirliği etkileyen en önemli faktör taze betonun su miktarıdır.

Kıvam betonun akışkanlığını gösteren bir ölçüdür. Betonda artan su miktarı

kıvamı, diğer bir deyişle, betonun akışkanlığını artırır. Çünkü artan su miktarı,

betonun akmaya, yerleşmeye ve sıkışmaya karşı direncinin temel sebebi olan

katı taneler arasındaki sürtünme katsayısını düşürür. Ancak, su miktarı çok

yüksek olan beton işlenebilir beton anlamına gelmez. Ayrışma, taze betonda iri

agrega tanelerinin harçtan ayrılarak kalıpların alt kısmına çökelmesidir (Özkul

ve ark., 1999). S/Ç oranı, kum-çakıl tane yapısı ve kum-çakıl tane boyutu

dağılımı kıvamı sağlayan etkenler olarak sıralamak mümkündür. Sıralamada da

görüldüğü gibi S/Ç oranı kıvam belirlemede önemli bir yer tutmakta olup

çimentonun su ile tepkimesi (hidratasyon) açısından belli bir oranda suyun

beton karışımına katılması zorunlu olmaktadır. Diğer yandan kum-çakıl

(agrega) karışımındaki tanelerin göreceli daha yuvarlak, yüzeylerinin de daha

pürüzsüz oluşu birbiri üzerinden kaymasını kolaylaştırmaktadır. Tane boyutu

dağılımının (granülometri) süreklilik arz edecek biçimde bir karışım oluşturması

da yine kıvam açısından son derece önemli sayılmaktadır.

Çimento Hamuru-Agrega Oranı: Sabit bir su/çimento oranındaki betonda,

çimento hamuru-agrega oranının artmasıyla beton daha kolay işlenebilir bir

durum alır. Çünkü bu durumda betondaki katı maddelerin birim yüzeyine

düşen kayganlaştırıcı çimento hamuru miktarı artar ve betonun yerleştirilmesi

sırasında katı maddeler birbirleri üzerinden daha kolay kayar (Özkul ve ark.,

1999).

Agrega Tane Dağılımı: Sabit su/çimento oranında ve sabit çimento dozajında

betonun ayrışmadan işlenebilmesi için en uygun tane dağılımına sahip agrega

kullanılmalıdır.

Agrega Şekli ve Yüzey Özellikleri: Sabit su/çimento oranı kullanıldığında

betona ilave edilecek agreganın daha köşeli ya da pürüzlü bir yüzeye sahip

10

olması taze betonun su miktarını, dolayısıyla çimento miktarını artıracaktır.

Çünkü köşeli ve pürüzlü bir agreganın yüzey alanı aynı hacimdeki küresel bir

agreganın yüzey alanına göre daha fazladır.

Bu durum ise köşeli ve yüzeyi pürüzlü agrega kullanılması halinde

betonda ıslatılması gereken yüzey miktarının artmasına neden olur. Bu şartlar

altında beton karışımlarına aynı miktarlarda su koyduğumuzda köşeli ve

pürüzlü yüzeye sahip agrega kullanılan beton daha zor işlenir Ayrıca bu

yapıdaki agrega tanelerinin beton içerisindeki diğer tanelerle arasındaki

sürtünme katsayısı küresel agregalara göre daha fazladır. Bunun nedeni ise

betonu karıştırırken, yerleştirirken ve sıkıştırırken daha fazla enerji harcanması

sonucunu doğurur (Özkul ve ark., 1999).

Zaman: Zaman içerisinde taze beton, çimentonun su ile reaksiyona girmesi

(hidratasyon) neticesinde akışkanlığını ve plastikliğini kaybeder. Bu nedenle

çimentonun suyla karıştırılmasını takip eden sürenin uzaması betonda

işlenebilirliğin azalmasına sebep olur.

Sıcaklık: Artan sıcaklık karışım suyunun daha kolay buharlaşabilmesine sebep

olur. Bu nedenle betonda kıvam kaybı (çökme miktarında azalma) zamanla

daha çok olacaktır. Kıvam kaybı ise doğrudan işlenebilirliği azaltır.

2.2.2. Sertleşmiş Beton Özellikleri

Taze beton özellikleri betonun tüm ömrünün en başındaki birkaç saatlik

bölümünü kapsar. Taze beton özellikleri betonun daha sonraki özelliklerine de

etki eder. Sertleşmiş beton özellikleri ise betonun geri kalan tüm ömrü

bakımından önemlidir. Sertleşmiş beton özellikleri genel başlıklar olarak

dayanım, dayanıklılık ve rötre olarak gruplandırılır. Genellikle, dayanım

sertleşmiş betonun en önemli özelliği olarak kabul edilir. Ancak, bir çok

durumda diğer özelliklerin önem kazandığı görülür (Özkul ve ark., 1999).

11

2.2.3. Dayanım

Betonun dayanımı taşıyabileceği en yüksek gerilme olarak tanımlanabilir.

Basınç dayanımının yanı sıra, çekme ve eğilme dayanımlarının da belirlemek

gereklidir. Betonun çok düşük olan çekme dayanımı hesaplarda genelde

dikkate alınmadığından, üzerinde durulan en önemli özelliği basınç

dayanımıdır. Aksi belirtilmedikçe betonun dayanımından söz edildiğinde bu

dayanım basınç dayanımıdır.

Basınç Dayanımı: Beton basınç dayanımı, 15 cm veya 20 cm boyutlarındaki

standart küp numuneler veya çapı 15 cm boyu 30 cm olan standart silindir

numuneler kullanılarak saptanır. Numuneler hazırlanırken, taze beton kalıplara

konmadan kalıpların iç yüzeyleri hafifçe yağlanır; beton vibratörle

sıkıştırılacaksa kalıp tamamen doldurulur, tokmakla sıkıştırılacaksa, küplerde

iki, silindirlerde üç eşit tabaka halinde doldurulur ve sıkıştırılır. Genellikle,

çökme değeri 75 mm’den çok olan betonlar tokmakla, 25 mm’den az olan

betonlar vibratörle, 25-75 mm arasında olanlar ise her iki yöntemden biri

kullanılarak sıkıştırılır. Bir deneyde kullanılacak tüm numuneler aynı koşullarda

hazırlanmalı ve sıkıştırılmalıdır. Beton kalıplara konup sıkıştırıldıktan sonra

numunenin üst yüzeyi mastarlanarak düzeltilir. Daha sonra üzerleri, betonla

temas etmeyecek şekilde nemli bez örtülerek kapatılır. 24 saat süreyle hava

ceryanından uzak bir yerde bekletildikten sonra numuneler kalıptan çıkarılır ve

kür tankında veya kür odasında %95 + 5 bağıl nem ortamında deney zamanına

kadar 23 ± 2°C sıcaklıkta tutulur. Basınç deneyi yapılmadan önce, silindir

numunelerin alt ve üst yüzeyleri çimento hamuru, ince harç veya kükürtle

başlıklanır. Numuneler uygun bir test presi altında, uygulanan gerilme hızı

saniyede 0,15-0,35 N/mm2 olacak şekilde ayarlanarak, kırılır ve kırılma yükü

belirlenir. Bu yük, uygulandığı alana bölünerek numunenin basınç dayanımı

hesaplanır (Özkul ve ark., 1999). Beton basınç dayanım testi Şekil 2.1.’de

şematik olarak gösterilmiştir.

Bir beton numunenin basınç dayanımı, aşağıdaki formül yardımı ile

hesaplanır.

12

σB = P / A (2.1.)

σB: Betonun basınç dayanımı (kgf/cm2)

P : Deney presinde kırılma anındaki en büyük yükü (kgf)

A : Numunenin kesit alanı

Şekil 2.1. Bir beton numunenin basınç dayanımı yönteminin şematik gösterimi

Çekme Dayanımı: Betonun çekme dayanımı, basınç dayanımın yaklaşık olarak

%10 civarındadır ve direkt olarak çekme dayanımın belirlenmesi oldukça

güçtür. Bu nedenle, yarmada çekme dayanımı adı verilen daha pratik bir

dolaylı çekme testi uygulanır (Özkul ve ark., 1999). Bu test yöntemi Şekil

2.2.’de şematik olarak gösterilmiştir.

Bir beton numunenin yarmada çekme dayanımı aşağıdaki formüller

kullanılarak bulunur.

Silindir numune kullanılmış ise;

σ = 2P/ π x d x l (2.2.)

P : Uygulanan kırılma yükü

D : Numune çapı

l : Numune boyu

Küp numune kullanılmış ise;

σ = 2P / π x l² (2.3.)

13

P : Uygulanan kırılma yükü

l : Küp numune boyutu

Şekil 2.2. Bir beton numunenin yarmada çekme dayanımı yönteminin şematik

gösterimi

Eğilme Dayanımı: Betonun eğilme dayanımı kiriş numuneler üzerinde (a)

üçtebir noktalarından yüklenmiş basit kiriş yöntemi, (b) orta noktasından

yüklenmiş basit kiriş yöntemi ile belirlenir. Bunlardan birincisi daha gerçekçi

sonuç verir (Özkul ve ark., 1999). Şekil 2.3.’de üçtebir noktalarından

yüklenmiş basit kiriş yöntemi şematik olarak gösterilmiştir. Bir beton

numunenin eğilme dayanımı aşağıdaki formüller kullanılarak bulunur.

Üçtebir noktalarından yüklenmiş basit kiriş yönteminde, kırılma orta

üçtebirlik kısımda meydana gelmişse,

σE = P x l / b x h2 (2.4.)

Kırılma orta üçtebirlik kısmın dışında meydana gelmişse,

σE = 3P x a / b x h2 (2.5.)

14

Şekil 2.3. Bir beton numunenin üçtebir noktalarından yüklenmiş basit kiriş yönteminin şematik olarak gösterimi

Burada:

σE = Eğilmede çekme dayanımı, (kgf/cm²)

P = Deney presinde kırılma anındaki en büyük yük, (kgf)

L = Yükleme tablası mesnetleri arasındaki açıklık, (cm)

h = Kırılma kesitinin ortalama yüksekliği, (cm)

b = Kırılma kesitinin ortalama genişliği, (cm)

a = Kırılma çizgisi ile yakındaki mesnet arasındaki ortalama mesafe, (cm).

2.2.4. Betonu Dayanımını Etkileyen Faktörler

Betonun dayanımını etkileyen faktörler (a) deney yöntemi ile

ilişkili faktörler ve (b) deney yönteminden bağımsız olan faktörler olmak üzere

iki ana grubta toplanır.

(a) Deney yöntemi ile ilişkili faktörler: Yukarıda belirtildiği gibi, dayanım

deneyleri oldukça basit deneylerdir. Bu Faktörlerden bazıları aşağıda

sıralanmaktadır.

Numune boyutu ve geometrisi: Genel olarak, numune boyutları küçüldükçe

dayanım artar. Silindir numunelerde boy-çap (l/d) oranı arttıkça dayanım azalır.

Yükleme hızı: Genel olarak, yükleme hızı arttıkça dayanım artar.

Numunenin rutubet durumu: Kuru numuneler ıslak numunelere oranla daha

yüksek dayanım gösterirler.

15

Deney ortamın sıcaklığı: Deneyin yapıldığı ortam sıcaklığı yükseldikçe

dayanım düşer.

(b) Deney yönteminden bağımsız olan faktörler: Betonun dayanımı

bileşenlerinin nitelikleri ve miktarlarıyla ve karıştırma, yerleştirme ve sıkıştırma

koşullarıyla doğrudan ilişkilidir. Bu faktörlerin bazıları aşağıda sıralanmıştır.

Su-çimento oranı: Uygun bir şekilde sıkıştırılmış bir betonun içerdiği boşluk

miktarı su-çimento oranıyla doğrudan ilişkilidir. Ancak, kullanılan su miktarı

arttıkça dayanım azalır.

Sıkıştırma düzeyi: Betonun dayanımını etkileyen bir diğer parametre ise

sıkıştırma düzeyidir. Beton, içindeki boşluk miktarının mümkün olan en az

düzeye indirilmesi amacıyla sıkıştırılır.

Betonun yaşı: Uygun sıcaklık ve nem ortamı sağlandığı sürece betonun

dayanımı yaşla birlikte artar. Dayanım artış hızı erken yaşlarda daha yüksektir.

Pratikte, betonun 28 günlük dayanımı büyük önem taşır. Bunun nedeni,

betonun zaman içinde ulaşabileceği en yüksek dayanımının yaklaşık %70’ini

ilk 28 gün içinde elde etmesidir. Dayanım kazanma hızını etkileyen bir diğer

faktör ise kullanılan su-çimento oranıdır. Su-çimento oranı düşük olan

betonların dayanım kazanma hızı daha yüksektir.

Kullanılan çimento: Çimentonun kimyasal kompozisyonu ve inceliği betonun

basınç dayanımına etki eden önemli faktörlerden birisidir.

Kullanılan agrega: Agreganın dayanıma etkisi daha çok şekli ve yüzey

pürüzlülüğü ile ortaya çıkar. Ancak hafif betonlarda ve yüksek dayanımlı

betonlarda agrega dayanımı önem kazanır.

2.3. Uçucu Küller

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

artmıştır. Bu gereksinim karşısında mevcut potansiyeller mümkün olduğu kadar

çabuk bir biçimde harekete geçirilmiş ve hidroelektrik ve termik santraller

16

kurulması bir çözüm olarak gerçekleştirilmiştir. Özellikle endüstriyel yakıt

olarak kullanılma imkanı olmayan düşük kalorili kömür yatakları yakınına

büyük kapasiteli termik santraller kurulması enerji üretimini artırma maksadıyla

yürütülen çalışmalar arasında başta gelenlerden birisidir. Ancak, enerji

üretiminin artırılmasında tutarlı bir çözüm olarak görünen kömüre dayalı

termik santrallerin sayısının artması önemli ekolojik, ekonomik ve teknik

sorunları da beraberinde getirebilecek olan kül üretiminin de artmasına neden

olmaktadır. Bu küllerin santrallerden uzaklaştırılması ve depolanması muhtemel

çevre kirliliğinin yanı sıra işletme enerji üretim kaybı v.b. konularda da

parasal ve teknik problemler yaratabilmektedir (Tokyay ve ark., 1998).

Çoğu ısı ile çalışan güç üretim tesislerinde öğütülmüş taş kömürü yada

linyit yakılarak elektrik üretilir. Öğütülmüş bu kömürün %80’lik kısmı 75µ

(no:200) eleğinden geçecek inceliğe sahiptir. Bu kömür tozları sıcak hava ile

karıştırılarak yanma için fırına gönderilir. Bu yanmanın sonucunda değişik

özelliklerde çeşitli gazlar ve bazı atıklar meydana çıkar. Bu atıklardan büyük

bir bölümü (%75-%80 civarında) bacalardan çıkan gazlarla birlikte, sıcaklıktan

dolayı, uçup giden küllerdir. Bunların bacalardan çıkıp gitmelerine izin

verilmez. Aksi takdirde çevreyi kirletir. Bu küller bacadan yukarı giderken

elektrostatik yada filtre torbaları yardımı ile tutulur. Çağdaş güç üretim

tesislerinde gazlarla birlikte uçuşan bu küllerin %99’undan fazlası

tutulmaktadır. Uçucu kül, bu güç üretim tesislerinde bacadan gazlarla birlikte

uçup gitmeye çalışan küllere verilen isimdir. Endüstriyel bir yan ürün yada

atık olarak bilinir (Atiş, 2000).

Ortaya çıkan bu uçucu küller, gerek taşıma ve gerekse depolama

sırasında önemli sorunlar oluştururlar. Uçucu küller ya kuru olarak atık

depolarına atılmakta ya da suyla karıştırmak suretiyle kül barajlarına

pompalanmaktadır. Her iki durumda da çevrenin kirlenme riski vardır (Özcan,

1997).

Uçucu külün esas bileşenleri Si02, Al2O3 ve FeO3’tür. Ayrıca uçucu kül

tipine bağlı olmak üzere belli miktarda CaO, MgO, SO3 ve yanmamış karbon

içerir (Özturan, 1991; Türker ve ark., 2003). Betonda kullanılan mineral katkı

17

maddeleri portland çimentosuna benzer minerolojik ve kimyasal bileşimler ile

fiziksel özelliklerine sahip olmalarına rağmen büyük çoğunluğunun kendi

başlarına bağlayıcılık yetenekleri yoktur. Bu maddeler puzolanik aktiviteleri

nedeniyle hidratasyon ürünlerinin oluşumunda etkinlik göstererek bağlayıcı

hamur yapısını değiştirirler. Böylece betonun çeşitli özellikleri iyileştirilirken

puzolanik aktivitesi yüksek olan mineral katkı maddeleri, boşluk yapısını

iyileştirerek daha yoğun bir bağlayıcı hamurun oluşmasını, agrega-hamur ara

yüzeyindeki aderansın artmasını sağlamakta ve yüksek mukavemetlere

erişilmesi mümkün olabilmektedir (Özturan, 1991)

Beton üretiminde bağlayıcı madde olarak kullanılan portland

çimentosunun bir kısmı yerine mineral katkı maddesi olarak kül

kullanılabilmekte, böylece uçucu kül katkılı beton elde edilebilmektedir. Bazen

beton üretiminde kullanılan ince agreganın ince tanelerini oluşturmak üzere de

uçucu kül kullanılabilmektedir (Alataş, 1996).

Enerji ihtiyacındaki artışa paralel olarak üretim miktarı büyük ölçülere

ulaşan uçucu küllerin tarımdan kimya endüstrisine, zemin ıslahından çeşitli

yapı malzemeleri üretimine kadar çok sayıda potansiyel kullanım alanları

mevcuttur (Abdunnur, 1961). Uçucu küllerin en çok kulanılabileceği alanların

başında inşaat sektörü gelmektedir. Bu alanda yapılan çalışmaların çoğunluğu

uçucu küllerin çimento, beton, tuğla, hafif agrega üretiminde, zemin

stabilizasyonu ve dolgu yapımında kullanılmasına yöneliktir (Tokyay ve ark.,

1998).

Son zamanlarda, silindirilebilen beton uygulaması ile yapılan beton yol

kaplaması karışımında uçucu kül kullanımı oldukça yaygın bir hale gelmiştir.

Uçucu külün bu şekilde kullanılması hem ekonomik olmakta hemde betonun

işlenebilirlik, dayanım, rötre, v.s. gibi bazı özelliklerini değiştirmektedir.

Ayrıca, endüstriyel atık bir malzeme olan uçucu külün depolanma sorunu da

böylelikle çözülmektedir . Yol kaplaması yapımında başarı ile kullanılmış olan

silindirle sıkıştırılabilen beton, çok geniş uygulama alanlarına sahiptir. Bu

uygulama alanlarının bazıları normal yollar, fabrika içi yollar, yapım için

18

kullanılacak geçici yollar, havaalanı pist ve ulaştırma yolları, ağır trafikle

yüklü yollar ve oto yolların temel ve kaplama tabakalarıdır (Atiş, 2000).

Özel işlemlerde uçucu külden dayanıklı hafif agrega elde edilebilir.

Diğer kullanım alanları arasında; beton ve asfalt yollarda, yol temel

tabakalarında filler olarak, zemin stabilizasyonunda, kireç-kumtaşı blokların,

endüstriyel seramik ve refrakterlerin, boyaların üretiminde kullanımları

sayılabilir. Uçucu külün bilinçli olarak çeşitli alanlarda kullanımı hem

kullanıcı, hem de külü üreten için ekonomik avantaj sağlar, atık bir madde

ortadan kalktığı için çevre korunmuş olur. Bugün Dünya’da ortaya çıkan uçucu

kül miktarı yılda 600 milyon ton civarındadır. Çeşitli ülkelerde uçucu küllerin

önemli miktarlarda kullanılmaya başlanması, baraj inşaatları sırasında ve

betonda hidratasyon ısısını düşürmek amacıyla yapılmıştır. Örneğin A.B.D.’de

ilk kullanım 1940’lı yıllarından önce Hoover daha sonra Hungry Horse

barajlarındadır. Ülkemizde ise 1960’lı yıllarda Gökçekaya ve Porsuk baraj

inşaatlarında uçucu kül kullanılmasına karar verildi ve Türk Standartları

Enstitüsü uçucu kül (TS 639) ve uçucu küllü çimento (TS 640) standartlarını

hazırlayarak yayınladı. DSİ baraj uygulamaları dışında Karayolları Genel

Müdürlüğü bazı köprü ve yol inşaatlarında deneme amacı ile uçucu kül

kullanılmıştır (Türker ve ark., 2003).

Son yıllarda, özellikle hazır beton endüstrisinin gelişmesi ve Avrupa’dan

uyarlanan yeni çimento ve beton standartları, çimento ve beton endüstrilerinde

uçucu küle olan ilgiyi artırmış bulunmaktadır. (Türker ve ark., 2003). Buna en

iyi örnek Afyon’da uçucu kül kullanılarak Nisan 2004’te T.Ç.M.B. tarafından

yapılması başlanan şehirler arası 15 km. lik beton yoldur.

2.3.1. Uçucu Küllerin Sınıflandırılması Ve Standartları

Uçucu küller kimyasal kompozisyonlarına göre değişik şekillerde

sınıflandırılmaktadır. ASTM C618’e göre uçucu küller, kimyasal bileşenlerine

göre iki grupta sınıflandırılmaktadır. Uçucu kül, taş kömüründen elde edilen

uçucu küller F sınıfı olarak sınıflandırılır ve çimento katkısı olarak

19

kullanılabilmesi için SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 ≥ %70 olması gerekir. Linyitten elde

edilen uçucu küller C sınıfı kabul edilir ve çimento ile kullanılabilmesi için

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 ≥ %50 olması gerekir (Türker ve ark., 2003). Çizelge

2.6.’da uçucu küllerin sınıflandırılması tablo şeklinde verilmektedir.

Çizelge 2.6. Uçucu Küllerin Sınıflandırılması Sınıf Tanım

F SiO2+Al2O3+Fe2O3 ≥ %70, CaO muhtevası %10’dan az olduğundan

sadece puzolanik özelliğe sahiptirler.

C SiO2+Al2O3+Fe2O3 ≥ %50, CaO muhtevası %10’dan fazla olduğundan

hem bağlayıcı hem de puzolanik özellik gösterirler.

Kireç ve SO3 Miktarına Göre Sınıflandırma: Bu sınıflandırmaya göre,

(a) esas yapısı sikikoaluminatlardan meydana gelen ve genellikle taş

kömüründen elde edilen uçucu küllere silikoaluminöz uçucu küller, (b)

genellikle linyit kömüründen elde edilen ve diğerlerine oranla yüksek

miktarda SO3 ve CaO içeren küllere sülfokalsik uçucu küller, (c) yine

genellikle linyit kömürlerinden elde edilen kireç ve silika miktarı yüksek

uçucu küllere ise silikokalsik uçucu küller adı verilir (Aticin ve ark., 1986;

EİE 1979).

CaO Miktarına Göre Sınıflandırma: Son yıllarda oldukça geniş kabul

gören bir başka sınıflandırma ise uçucu külün içerdiği analitik CaO miktarına

dayanmaktadır. Buna göre, CaO miktarı % 10’un altında olan uçucu küller

düşük kireçli veya düşük kalsiyumlu, % 10’un üstünde olanlar ise yüksek

kireçli veya yüksek kalsiyumlu uçucu küller olarak adlandırılırlar (Tokyay ve

ark., 1998).

CaO muhtevası % 10’dan az olan uçucu küller kalsiyum miktarı az

olan uçucu kül (low-lime) olarak bilinir. CaO muhtevası % 10’dan fazla olan

uçucu küller ise kalsiyum miktarı fazla olan (high-lime) uçucu kül olarak

bilinir. Uçucu kül içinde bulunan CaO miktarı güç üretim tesisinde kullanılan

kömür tipine bağlıdır. Taş kömürün yanmasından elde edilen uçucu külde CaO

20

oranı % 10’dan daha az iken linyitin yanmasından elde edilen uçucu külün

CaO oranı % 10’dan fazladır. Araştırmalara göre high lime uçucu külün

kullanımının beton özellikleri üzerinde herhangi bir kötü yan etkisi yoktur

(Sevim, 2003).

ENV 197-1 Sınıflandırması: Avrupa Çimento Standardı ENV 197-1’e göre

uçucu küllü çimentolarda kullanılabilecek uçucu küller:

a) Silisli Uçucu Küller (V),

b) Kalkerli Uçucu Küller (W) olarak iki gruba ayrılmaktadır.

a) V sınıfı küller esas itibariyle reaktif silika ve aluminadan meydana

gelmiş olan, reaktif CaO miktarı %5’in altında, reaktif SiO2 miktarı

ise %25’in üstünde olan uçucu küllerdir.

b) W sınıfı uçucu küller ise esas itibariyle reaktif CaO, reaktif SiO2

ve aluminadan oluşan, reaktif CaO %5’in üstünde olan uçucu küllerdir

(Tokyay ve ark., 1998).

TS EN 197-1’e göre sınıflandırmada uçucu küller silissi (V) ve kalkersi (W)

olmak üzere iki gruba ayrılırlar: V sınıfı uçucu küller, çoğunluğu puzolanik

özelliklere sahip küresel taneciklerden meydana gelen ince bir toz olup; esas

olarak reaktif silisyum dioksit (SiO2) ve alüminyum oksitten (Al2O3)

oluşan;geri kalanı demir oksit ve diğer bileşenleri içeren küllerdir. Bu küllerde,

reaktif kireç (CaO) oranının %10’dan az, reaktif silis miktarının %25’den fazla

olması gerekmektedir.W sınıfı küller ise, hidrolik ve/veya puzolanik özellikleri

olan ince bir toz olup; esas olarak reaktif kireç (CaO), reaktif SiO2 ve

Al2O3’den oluşan; geri kalanı demir oksit (Fe2O3) ve diğer bileşenleri içeren

küllerdir. Bu küllerde, reaktif kireç (CaO) oranının %10’dan fazla, reaktif silis

miktarının da %25’den fazla olması gerekmektedir (Türker ve ark., 2003).

2.3.2. Uçucu Külün Kimyasal Bileşenleri Ve Özellikleri

Uçucu küllerin ana bileşenleri SiO2 (%35-60), Al2O2 (%10-30), Fe2O3

(%4-20) ve CaO (%1-35) olarak bulunur. Bu oksitlere ilaveten düşük oranda

MgO ve SO3 ve alkaliler bulunur. Uçucu külün bacadan toplanırken içinde

21

bazı yanmamış karbon partikülleride uçucu külün önemli bir bileşenini

oluştururlar. Uçucu küller ; F ve C sınıfı olarak adlandırılmaktadır (Türker ve

ark., 2003).

Uçucu küldeki yüksek kalsiyum varlığı külün minerolojik

karakteristiklerini ve reaktivitesini değiştirir. Birinci olarak uçucu külün ana

bileşeni; örneğin cam yapısında daha fazla kalsiyuma sahip olur. İkinci olarak,

ikincil bileşenler; örneğin C3A, Cs ve C4A3s gibi kristal bileşikler yüksek

reaktivitedir. Bu kristal bileşikler çimentolaşır, çünkü hidratasyon ürünü

oluşturmak için çimentonun kalsiyum hidroksidine ihtiyaçları yoktur.

Sonuç olarak yüksek kalsiyumlu uçucu küller düşük kalsiyumlu uçucu

küllerle kıyaslandığında yalnızca puzolanik davranış bakımından daha aktif

değildirler, aynı zamanda çimentolaşırlar. Kalsiyumun önemli rolü uçucu külün

davranışının değiştirmesidir, bu da uçucu külü sınıflandırırken kalsiyum içeriği

dikkate almayan standart şartnameler için süprizdir (Mehta, 1983).

2.3.3. Uçucu Küllerin Fiziksel Özelliklerine Göre Sınıflandırılması

Akakın (2004)’e göre şekil, incelik, tane büyüklüğü dağılımı ve

yoğunluğu taze betonun özelliklerini, dayanım gelişimini ve sertleşmiş betonun

dayanımını etkiler. Bunun ana nedeni tanelerinin beton karışımının su ihtiyacı

üzerine etkisidir. Ayrıca farklı uçucu kül kaynaklarından gelen küller farklı

renkli sahiptirler. Kullanılan uçucu külün rengi ve miktarı betonun rengini

etkiler. Betonun rengi özellikle mimari olarak devamlı aynı bir rengin

sağlanması gereken brüt betonlarda önem taşır.

Ayrıca uçucu küllerde renk değişimi, uçucu küllerin özelliklerinde

değişiklikler olduğuna işaret eder (Yakma koşulları, kömür kaynağı, karbon

miktarı, demir miktarı gibi).

Atiş (2000)’e göre uçucu küllerin fiziksel özellikleri tane şekli, tane

dağılımı, incelik ve yoğunluktur. Bu özellikler taze yada katılaşmış betonun

özelliklerini etkilerler. Uçucu külün rengi ve kullanılacağı miktar sonuçta elde

edilecek betonun rengini etkileyebilir.

22

ASTM C618’e göre uçucu külün inceliğinin yanısıra dayanım aktivite

indisi, su ihtiyacı, homojenliği ve su muhtevasıda uçucu külün fiziksel özelliği

olarak araştırılmalıdır.

Amerikan Standartları (ASTM C618, 1991) gibi birçok standart

şartnameleri betonda uçucu kül için fiziksel ve kimyasal şartlar açıkça belirtir.

Ayrıca şartnameye göre SiO2, Al2O3 ve FeO3 gibi oksit bileşenlerinin

toplamının %70 olması gerekir.

Mehta (1986)’ya göre uçucu kül, cüruf ve silika dumanın betonda

kullanılması ile ilgili şartnamelerin, performansı baz almaktan ziyade sıkı

kurallar koyan bir yapıda olmasından kaynaklandığı sonucuna varmıştır. Mehta

(1986)’ya göre bu çok uygun değildir, çünkü betonun performansı bakımından

kullanılan bu malzemeler benzer avantaj gösterebilirler. Bir kullanıcı için

malzemenin diğer malzemelerle karşılaştırıldığında, malzemenin betonda nasıl

davranacağının bilinmesi daha önemlidir. Mehta (1986)’ya göre ürünün

uniformluğunu ve kalitesini sağlamak için incelik, kızdırma kaybı ve puzolanik

indeksin test edilerek sınırlandırılmasını önermiştir.

2.3.4. Betonda Uçucu Kül Kullanımı

Atiş (2001), uçucu kül içeren, silindirle sıkıştırılabilen betonun

özelliklerini ölçmüştür. Uygun uçucu kül kullanımı ile ağırlıkça %50 yer

değiştirme oranında normal beton dayanımına eşdeğer dayanım geliştiren beton

üretilebileceği ve ağırlıkça %70 yer değiştirme oranında ise oldukça doyurucu

dayanım elde edilebileceği sonucuna varmıştır.

Avustralya’da çimento yerine %75 oranında uçucu kül içeren betonlar

yol alt temeli olarak ve fabrika döşemelerinde kullanılmıştır. Bu betonlar hem

standartlardaki kriterleri sağlamış olup, hem de rötrede azalma, yüksek çekme

deformasyonu kapasitesi, yüksek yoğunluk ve geçirgenlikte azalma meydana

getirmiştir (Munn, 1984).

23

Dunstan (1984)’a göre uçucu küllü beton birçok yol ve havaalanı

inşaatında kullanılmıştır. Düzgün bir şekilde tasarlanan uçucu kül, betonun

erken yaş dayanımı geleneksel Portland çimentosu betonu ile kıyaslanabilecek

düzeydedir. Ayrıca Dunstan (1984) uçucu kül içeren betonun dayanım

gelişiminin en az 500 gün sürdüğüne dikkat çekmiştir.

Nelson ve ark. (1992), uçucu küllü beton kaplamalarla yaptıkları

çalışmalara göre su/çimento oranı 0.31 ve 0.41 olan, su azaltıcı ve hava

sürükleyici katkı içeren uçucu küllü betonlar tatmin edici işlenebilirlik,

durabilite, kanama, priz zamanı, ısı yükselmesi ve mukavemet performansı

göstermişlerdir

EPRI (1993) araştırma raporu, su/çimento oranı 0.33 olan 128 beton

karışımı ile yapılan çalışmanın sonuçlarını sunmaktadır. Hava sürükleyici ve su

azaltıcı katkı içeren betonlar çok iyi işlenebilirlik, durabilite, kanama, priz

zamanı, ısı yükselmesi ve mukavemet performansı göstermişlerdir.

Ülkemizde ise betonda uçucu kül, çeşitli baraj ve yol inşaatlarında

kullanılmıştır ve kullanılması devam etmektedir.

2.3.5. Uçucu Kül İkame Metodları

Birçok araştırmacı karışım oranları ve uçucu külün ikamesi ya da beton

karışımına katılması konusunda çalışmalar yapmışlardır. Uçucu kül ikame

metodları aşağıdaki şekilde sınıflandırılmıştır (Munday ve ark. 1983).

2.3.5.1. Basit İkame Metodu

Bu metodda, kontrol karışımının çimentosunun bir kısmı yerine hacimce

veya ağırlıkça eşit miktarda uçucu kül konularak uçucu küllü beton

üretilmektedir. Bu metod kolaylığından dolayı birçok araştırmacı tarafından

kullanılmıştır, örneğin Brooks ve ark. (1982), Atiş ve ark. (2001), Atiş ve ark.

(2002), Atiş ve ark. (2004).

24

Literatürde uçucu küllü betonlarla çalışma yapan birçok araştırmacı

uçucu küllü çimentonun %10’u ile %30’u aralığında ikame etmektedir Bu

yüzden şartnamelerde %30’a kadar olan yer değiştirme oranları normal yer

değiştirme seviyesi olarak kabul edilmiştir, %30’dan fazla ikame ise yüksek

hacimli uçucu kül ikamesi olarak hesaba katılır (Sevim, 2003).

2.3.5.2. Değiştirilmiş İkame Metodu

Basit ikame metodu ile dizayn edilen beton karışımlarının erken

dayanım düşüklüğü, araştırmacıları yeterli erken yaş dayanımı veren bir başka

ikame metodu bulmaya itmiştir. Bu yüzden Dunstan (1984), tarafından düşük

erken yaş dayanımının üstesinden gelen ve basit ikame metodunu modifiye

eden çeşitli yöntemler önerilmiştir. Bütün metodlarda ortak göze çarpan

özellik, karışıma konan uçucu külün fazla konulan miktarı ince agrega yerine

kullanılır.

2.3.5.3. Rasyonel Metod

Uçucu küllü betonun şartnamelerdeki işlenebilirlik ve mukavemet

şartlarıyla uyuşması gerektiği gerçeği, betonun bu özelliklerini etkileyen uçucu

kül karakteristiklerini göz önüne almak gerektiğini ortaya koymuştur. Birçok

karışım tasarım metodu, Munday ve ark. (1983) tarafından önerilmiştir.

Önerilen bu metodlar esas olarak Abraham’ın su/çimento oranı-dayanım

ilişkisine dayanır, aralarında ise küçük farklar vardır.

2.3.6. Uçucu Külün Beton Özellikleri Üzerine Etkileri

Uçucu külün beton karışımında kullanımı taze ve katılaşmış betonun

özelliklerini oldukça etkiler. Bu etkenler Çizelge 2.7’de gösterilmektedir.

25

Çizelge 2.7. Uçucu Külün Beton Karışımında Kullanılmasının Etkileri

Faydalı Etkiler

- Sabit su miktarında işlenebilirliğini artırır

- Pompalanabilirliği iyileştirir

- Kanamayı ve ayrışmayı önler (özellikle F sınıfı uçucu kül)

- Uzun dönemde dayanım kazanmayı artırır

- Rötreyi azaltır

- Alkali-silika reaksiyonunu azaltır

- Sülfata karşı dayanımı artırır

- Ekonomi sağlar

Potansiyel Bozucu Etkiler

- Özellikle soğuk havalarda rötreyi artırır

- Yavaş dayanım kazanma sağlar

- Dikkatli ve uzun süre küre ihtiyaç duyar

- Karbon içeriğine bağlı olmak üzere, sabit miktarda hava sürükleme için hava

sürükleyici katkısının dozajını artırır

2.3.6.1. Basınç Dayanımı

Cabrera ve Plowman (1981), sabit su-bağlayıcı oranında, betonda kısa

dönem dayanımının NPÇ’na göre daha düşük olacağını rapor etmişlerdir.

Brooks ve ark. (1982), çimentonun ağırlıkça %30’unun yerine uçucu

kül kullanımının erken yaşlarda dayanımı azalttığı sonucunu çıkarmıştır. Fakat,

uçucu kül içeren betonun uzun dönemde gerçekleşen dayanım gelişimi,

NPÇ’nun dayanımından daha yüksek olmuştur.

Cabrera ve Woolley (1985), uçucu kül içern betonun uzun dönemde

dayanım kazanmaya devam ettiğini açıklamışlardır.

Mehta (1986), uçucu külün puzolanik reaksiyonundan dolayı, uçucu kül

içeren betonun dayanım gelişmesinin, genellikle ilk zamanlarda daha yavaş

olduğunu ifade etmiştir.

26

Gebler ve Klieger (1986), C sınıfı ve F sınıfı uçucu küllerle yaptıkları

çalışmalar sonucunda, içinde C sınıfı uçucu kül bulunan betonların erken

basınç dayanımı gelişiminin F sınıfı kül bulunan betonlara göre daha fazla

olduğunu, düşük kür ısısında F sınıfı küllerle üretilen betonların basınç

dayanımlarının C sınıfı küllerle üretilen betonlara göre oldukça düşük olduğunu

belirtmişlerdir.

2.3.6.2. Eğilme Çekme Dayanımı

Birçok araştırmacıya (Franklin, 1981, Brooks ve ark., 1982) göre

çimentosu %30’luk oranda kısmi olarak uçucu kül ile yer değiştirilerek

üretilen betonun çekme dayanımı, basınç dayanımından tahmin edilebilir.

Araştırmacılar uçucu kül betonunun eğilme çekme dayanımı ve basınç

dayanımı arasındaki oranın NPÇ betonunda bulunan orana benzer olduğu

sonucunu çıkarmışlardır. Uçucu kül betonunun çekme dayanımı NPÇ

betonunun eğilme çekme dayanımı ile karşılaştırılabilir niteliktedir.

EPRI Raporuna (1993) göre özellikle yüksek miktarda uçucu kül içeren

betonda, betonun çekme dayanımı ileriki günlerde (28 gün ve sonrası)

tatminkar sonuçlar veriyor görünmektedir.

Atiş (2003a)’a göre, %50 ve %70 ikame oranlarına sahip uçucu küllü

betonlarla yaptığı çalışmalar sonucunda normal Portland çimentosu betonu ile

kıyaslandığında yüksek çekme ve basınç dayanımına sahip betonlar elde

etmiştir.

2.3.6.3. Aşınma Direnci

Gebler ve Klieger (1986), kontrol betonunun ve uçucu küllü betonların

aşınma dayanımlarının basınç dayanımlarına bağlı olduğunu söylemişlerdir.

Atiş (2000), yüksek oranda uçucu kül kullanımı ile elde edilen betonun

aşınmaya karşı direncini incelemiştir. Beton basınç dayanımı arttıkça aşınma

direncinin de arttığını görmüştür. Çok yüksek beton basınç dayanımlarında,

27

yüksek oranda uçucu kül kullanımı (Çimento ağırlığının %70’i ile yer değişim)

ile üretilen betonun aşınma direnci şahit betonun aşınma direncinden daha

yüksek olduğunu gözlemlemiştir.

2.4. Beton Yollar

Beton yol kaplama yapılmasında maliyetin oldukça önemi vardır. Bu

nedenle teknik ve ekonomik kıyaslamalarla birlikte hangi üst yapının ülkemizin

çeşitli koşulları için uygun olacağının ve bununda ülke ekonomisi açısından

doğuracağı sonuçlarının çok iyi analiz edilmesi gerekmektedir.

Ülkemizde ise beton yollarla ilgili çalışmalar hızla sürmektedir.

Çalışmaların artmasıyla birlikte çeşitli katkı malzemeleri kullanılarak beton

yolların üretiminin daha dayanıklı ve ekonomik olması planlanılmaktadır.

Bu çalışmaların bir kısmı uçucu külün katkı malzemesi olarak

kullanılmasıyla beton yollar üzerindeki etkisi araştırılmaktadır.

Son zamanlarda, silindirlenebilen beton uygulaması ile yapılan yol

kaplaması beton karışımında uçucu kül kullanımı oldukça yaygın bir hale

gelmiştir. Uçucu külün bu şekilde kullanılması hem ekonomik olmakta hemde

betonun işlenebilirlik, dayanım, rötre,v.s. gibi bazı özelliklerini değiştirmektedir.

Ayrıca, endüstriyel atık bir malzeme olan uçucu külün depolanma sorunuda

böylelikle çözülmektedir. Yol kaplaması yapımında başarı ile kullanılmış olan

silindirle sıkıştırılabilen beton, çok geniş uygulama alanlarına sahiptir. Bu

uygulama alanlarından bazıları normal yollar, fabrika içi yollar, yapım için

kullanılacak geçici yollar, havaalanı pist ve ulaştırma yolları, ağır trafikle yüklü

yollar ve otoyolların temel ve kaplama tabakalarıdır (Atiş, 2000).

Beton, yol kaplaması yapımında kullanıldığı zaman, rötreden dolayı

oluşan hacim değişmeleri oldukça önemli olmaktadır. Çünkü, pratikte taneli

malzemeden oluşan ve yüksek sürtünme sağlayan alt-temel üzerine oturan,

beton yol kaplaması bünyesinde rötre kısalmasından dolayı oluşacak hareket

kısmen yada tamamen tutulu olmakta dolayısıyla çekme gerilme oluşmasına

sebep olmaktadır. Bununla birlikte gerekli önlemler de alınmamış, uygun

28

aralıklarda derz bırakılmamış yada beton çelik ile donatılmamış ise çekme

gerilmelerine maruz kalan beton yol kaplaması üzerinde yer yer rötre çatlakları

oluşacaktır (Atiş, 2001).

THBB (2003), beton yollar üç çeşit yöntemle yapılmaktadır;

a) Derzli donatısız beton kaplama

b) Dersiz donatılı beton kaplama

c) Derzli donatılı beton kaplama

Beton yolların farklı yapım tekniğine bağlı farklı biçimleri de vardır;

a) Öngerilmeli beton kaplama

b) Silindirle sıkıştırılan beton kaplama

c) Kompozit kaplama

Artık günümüzde beton yollar, en çok hazır beton kullanılarak beton

finisheri ile yapılmaktadır.

2.4.1. Beton Yolların Tarihçesi

İlk olarak Romalılar M.Ö.1. yüzyılda yollarda taşları birbirine bağlamak

için puzzolanik bağlayıcılar kullanmışlardır. Çok eskiye dayanan bu örnekten

sonra beton yollar konusunda gelişmeler 19.yüzyılın sonlarına dayanmaktadır.

İlk beton yollar A.B.D.’’de yapılmıştır. 1891 yılında Ohio’da bir sokak bilinen

en eski beton yoldur (THBB, 2003).

İlk geleneksel beton kaplama 1865 yılında İskoçya’da inşa edilmiştir.

Aradan yaklaşık 50 yıl sonra, 1910’lu yıllarda bir çok ülkede silindirle

sıkıştırılan beton kaplamalar yapılmıştır. Silindirle sıkıştırılan beton

kaplamaların bilinen ilk modern örneği 1970 yılında, İspanya’da, düşük hacimli

trafiğin olduğu bir yolda uygulanmıştır. Ağır trafik taşıyan diğer bir beton

kaplama uygulaması da 1976 yılında Kanada’da yapılmıştır. 1980 yılından

sonra, Fransa, Almanya, Norveç, İsveç, Finlandiya, deneme yol olarak

kullanmaya başlanmıştır (Ağar, 2004).

Gerçek anlamda endüstriyel döneme 1933 yılından itibaren girilmiştir.

Almanya’da işsizlikle mücadele etmek için ve asgari birimlerin hızlı ve

29

güvenli bir şekilde yer değiştirmelerini sağlamak amacıyla ilk beton otoyol

şantiyeleri kurulmuştur. Daha sonra Belçika ve Fransa, beton otoyol yapmaya

başlamışlardır. Deforme olmayan kalıplar ve beton santralleri sayesinde kalite

garanti altına alınmaya başlamıştır ve bu sayede beton yol yapımı hız

kazanmıştır. Sırf 1960’lar ve 1970’lerde A.B.D.’de 70.000 km’lik bir beton yol

ağı bitirilmiştir. Önce A.B.D.’de başlayan bu gelişmeler, Almanya, Belçika ve

Japonya’da da gerçekleşmiştir (THBB, 2003).

Bugün otoyollarla birlikte 63,000 km uzunluğundaki karayollarımızın

ancak 8,300 kilometrelik bölümü ‘‘asfalt betonu’’ yani sıcak karışım ve

sıkıştırmayla yapılan asfalt yol, 50,000 kilometrelik bölümü ise ‘‘sathi asfalt

kaplama’’dır. Türkiye’deki ağır taşıt trafiğinin Avrupa ortalamalarının epey

üzerinde olduğu gerçeği de bunun üzerine eklenince, ortaya çıkan manzara,

sonu bir türlü gelmeyen bakım-onarım çalışmaları olmaktadır. Üstelik bu

durum, gelir ve performans beklentilerini karşılamaktan çok uzak kalan

otoyollarımız için de farklı değildir. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı’nın

verilerine göre, Karayolları Genel Müdürlüğü’nün trilyonlarca lira ödeyerek

Rafinelerden aldığı asfaltın çok büyük bir bölümü ancak bakım-onarım

çalışmalarında kullanılmaktadır. Belediyelerde de durum farklı değildir (THBB,

2003).

Özetle, karayollarımızdaki bakım-onarım çalışmalarının, son yıllarda

büyük bir daralma yaşayan ve kaynak sıkıntısı çeken ekonomimiz açısından

hiç de azımsanmayacak bir yük olduğunu ortaya koymaktadır. Bu arada sık

bakım-onarım çalışmalarıyla aksayan ulaşımın yol açtığı akaryakıt sarfiyatıyla,

iş ve enerji kaybının getirdiği külfetin ve sürücülerin yaşadığı sıkıntının da

ayrıca hesaba katılması gerekir.

Öyleyse, çözüm seçeneklerinden başlıcası daha dayanıklı ve daha az

bakım-onarım gerektiren, ana malzemesi kendi kaynaklarımızdan, uygun

maliyetlerle temin edilebilecek yollar yapmak olabilir. Bu seçenek, beton

yollardır. Amerika’da 100 yılı, Avrupa’da ise 75 yılı aşkın süredir kullanılan

beton yollar, az sayıdaki bazı kent içi ve köy yolu çalışmaları dışında

30

Türkiye’de ne yazık ki bugüne kadar ciddi şekilde değerlendirilmemiştir. Beton

yolların tarihçesi Çizelge 2.8.’de verilmiştir (THBB, 2003).

THBB (2003), beton yol teknolojisinde yaşanan hazır beton,

kayar kalıp, geçirimli beton, lifli beton, ön gerilmeli beton, sürekli betonarme

gibi yenilikler ve hızlı gelişmelerle beton kaplama, günümüzün modern yolları

için asfalt kaplamalara karşı vazgeçilemez bir seçenek haline gelmiştir.

Çizelge 2.8. Beton Yolların Tarihçesi (THBB, 2003). M.Ö.I.YY Romalıların çimento benzeri puzolanik bağlayıcılar kullanarak

yaptıkları yollar.

1865 İskoçya’da ilk beton yol denemeleri.

1880 Avustralya’da ilk beton yollar yapılmaya başlandı.

1891 Ohio’da Amerika’nın, bugün de kullanılmakta olan ilk beton yolu

yapıldı.

1913 Arkansas’ta Amerika’nın ilk beton otoyolu yapıldı.

1914 Amerika’da 3,500 km beton yol yapımı tamamlandı; yol yapımında

‘‘Silindirle Sıkıştırılan Beton’’(RCC) kullanılmaya başlandı.

1924 Fransa’da beton yol yapımı programı başlatıldı.

1930 Almanya’da 4000 km uzunluğunda beton otoyol yapımına başlandı.

İsviçre, Belçika başta olmak üzere, diğer Avrupa ülkelerinde de

beton yol yapımına başlandı.

1950 Kayar kalıp kullanımıyla beton yol yapımında hız ve kalite arttı.

1960-1970 ABD ve Kanada’da beton yol yapımı yoğunlaşmaya

başladı;ABD’de 70,000 km beton yol yapıldı.

1990 Beton teknolojisindeki ilerlemelerle beton yol yapımında yeni

gelişmeler kaydedildi: Betonda lif kullanımı, öngerme

teknolojisi,akıcı-kuru kıvamlı beton üretimi yaygın hale geldi.

2.4.2. Beton Yolların Asfalt Yollarla Kıyaslanması

Avantajları

- Ham maddesi ( çimento-agrega ) bol miktarda ülkemizde mevcuttur ve asfalta

oranla daha ucuzdur.

31

- İklim koşullarına ( yağmur vs.) asfalta oranla daha dayanıklıdır.

- Geçirimsiz yüzeye sahiptir.

- Islak zeminde bile yüksek bir kayma sürtünme katsayısına sahiptir.

- Asfalta göre daha uzun ömürlüdür ve dolayısıyla daha ekonomiktir.

- Bakım ve onarıma daha az gereksinim duyulur dolayısıyla daha ekonomiktir.

- Kaplama olarak kullanılmayacak hale geldiklerinde, üzerinde asfalt betondan

bir örtü tabakası seçilmek sureti ile temel tabakası görevi yapabilmektedir.

- Gerektiğinde demir donatı kullanılarak daha güvenli ve daha uzun ömürlü

olabilmektedir.

Dezavantajları - Yapım süresi uzundur.

- Yapım ve onarım sırasında trafiğe tamamen kapatılarak ulaşımın servis

yolundan yapılması gibi zorlukları vardır.

- Derz nedeni ile oluşan pürüzler sürüş konforunu olumsuz etkiler.

- Mevcut yolların iyileştirilmesinin maliyeti yüksektir (Ağar ve ark., 1996).

2.4.3. Beton Yol Uygulaması

Beton yol yapımında kullanılacak beton tasarımı, ilgili standart dikkatte

alınmakla birlikte, çevre koşullarına ve uygulamaya göre değişebilmektedir.

Beton yolların tasarımında beton kalitesi basınç dayanımından çok dayanıklılığa

(durabilite) ve eğilmede çekme direncine göre belirlenir (THBB, 2003). Beton

yol yapımında genel olarak iki tür uygulama yöntemi kullanılır. Sabit kalıp

kullanımı ve kayar kalıp kullanımı; sabit kalıpla beton yol yapımında, yol

boyunca ahşap veya çelik kalıplar kurulur. Makineler bu kalıplar arasında

döküm yapar. Mastarlama işi genelde el aletleriyle yapılır. Bu yöntem, kayar

kalıp kullanımına göre daha fazla işçilik gerektirdiğinden, eni fazla olan yol

yapımlarında pek tercih edilmez. Kayar kalıp kullanımında, makinede bulunan

vibratörlerle istenen boyutlarda ve yüksek kalitede beton yerleştirilmesi

sağlanır. Betonlama alanı ip veya lazer ışını kılavuzuyla, hasas olarak

32

kılavuzlanarak, sürekli derzsiz ve aynı nitelikte betonlama olarak yapılır. Kıvam

olarak çökme değeri düşük betonlar kullanılır.

Artık günümüzde beton yollar, hazır beton kullanılarak beton finisheri

ile yapılmaktadır.

2.4.4. Beton Yolların Üstünlükleri

- Beton kaplama ile asfalt kaplama yolların maliyet karşılaştırılması, taban

zeminin taşıma gücüne ve trafik hacmine göre değişmektedir. Taban zeminin

zayıf olması durumunda beton yollar, asfalt yollara kıyasla küçük trafik

hacimlerinde bile daha ekonomik olmaktadır.

- Beton yollar genellikle hiçbir alt zemine gerek olmaksızın doğrudan toprak

üzerine döşenirken, asfalt üst yapılarında her zaman mıcırlı bir alt temel

hazırlanması gerekir. Türkiye’ de yolun hizmete açıldığı yılda asfalt yol, beton

yola kıyasla daha ucuz görülebilmektedir. Ancak 8-10 yıllık analiz periyodu

içinde beton yollar daha ekonomik olmaktadır. 10-15 yıllık analiz periyodu

sonunda her türlü maliyet hesabında sürekli olarak beton yollar ekonomiktir

(Ağar ve ark., 1996).

- Beton yolları oluşturan çimentonun hammaddesi %100 yerlidir. Ülkemizde

bol miktarda mevcuttur ve ülkemizde çimento üretimi her geçen yıl

artmaktadır.

- Uçucu kül gibi katkı malzemeleri kullanılarak beton yollar daha dayanıklı

(durabilite ) ve ekonomiktir.

- Ekonomik parametreler göz önünde tutulduğunda, bitümlü malzeme azlığı,

yüksek kaliteli agrega eksikliği, enerji azlığı ve hidrolik bağlayıcı olan

çimentonun kolay ve ucuza temini gibi durumlarda beton yollar tercih

edilmelidir.

- Beton yollar daha kısa durma mesafesi sağlar .

- Beton yollar gece görüşünü kolaylaştırır (Ağar ve ark., 1998).

33

3. MATERYAL VE METOD

Bu bölümde, deneysel çalışmada kullanılan malzemelerin kimyasal

bileşimi ve fiziksel özellikleri ile beton karışımlarında kullanılan malzeme

miktarları verilmektedir .

3.1. Kullanılan Malzemeler ve Özellikleri

3.1.1. Çimento

Bu çalışmada kullanılan çimento, TS 19 (1992) ile uyumlu PÇ 42,5

olup, özgül yüzey ağırlığı 3,10 gr/cm3 olup Adana Çimento tarafından

üretilmiştir. Çimentonun taze olarak kullanılmasına özen gösterilmiştir.

Kullanılan PÇ 42,5 çimentosuna ait kimyasal ve fiziksel özellikler TS 24 ile

karşılaştırılmıştır. Çizelge 3.1. ve Çizelge 3.2.’de verilmiştir .

Çizelge 3.1. Kullanılan Çimentonun Kimyasal Bileşimi Kimyasal Analiz Analiz Sonuçları (%)

SiO2 20,65

Al2O3 5,60

Fe2O3 4,13

MnO3 0,06

CaO 61,87

MgO 2,60

SO3 2,79

Kızdırma Kaybı 0,50

Na2O 0,14

K2O 0,83

Toplam Alkaliler 0,68

34

Çizelge 3.2. Kullanılan Çimentonun Fiziksel Özellikleri

Fiziksel Özellikler

Özgül Ağırlık(gr/cm3) 3,16

İlk (saat:dakika) 3:17 Priz Süresi

Son (saat:dakika) 4:08

Özgül Yüzey (cm2/gr) 3140

0,200 mm elekte kalıntı

(%)

0,0

İncelik

0,090 mm elekte kalıntı

(%)

0,4

3.1.2. Uçucu Kül

Adana Yumurtalık ilçesi sınırları içerisinde bulunan Sugözü termik

santralde linyit kömürün yakılmasıyla ortaya çıkan uçucu kül kullanılmıştır.

Kullanılan bu külün özgül ağırlığı 2,30 gr/cm3, blaine özgül yüzeyi ise 2840

cm2/gr dır. Kimyasal kompozisyonu bakımından Adana-Yumurtalık Uçucu Külü

standart dışı bir küldür (ASTM C618, TS 639). Uçucu küle ait kimyasal analiz

değerleri Çizelge 3.3.-3.4.-3.5’de verilmiştir.

Çizelge 3.3. Adana-Yumurtalık Uçucu Külün Kimyasal Kompozisyonu (03.07.2004) Bileşenler Ortalama

SiO2 56,91

Fe2O3 6,52

Al2O3 21,85

CaO 3,33

MgO 2,57

K.K. 2,36

Toplam Alkali -

K2O -

SO3 0,26

Na2O -

Cl 0,0057

35

Çizelge 3.4. Adana-Yumurtalık Uçucu Külün Kimyasal Analiz Raporu (Türkiye Hazır Beton Birliği Analiz Raporu-18.10.2004)

Termik Santral %Kızdırma

Kaybı

%Cl %SO3 %Serbest CaO

Yumurtalık 4,333 0,048 1,075 0,128

Standart ( TS

EN 450 )

5 0,1 3 1

Çizelge 3.5. Adana-Yumurtalık Uçucu Külün Özellikleri (Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği Analiz Raporu-08.06.2004)

ÖZELLİK UÇUCU KÜL NUMUNESİ

Kızdırma Kaybı 2,67

SO3(%) 0,46

Cl(%) 0,0057

Serbest CaO(%) 0,18

Yoğunluk(g/cm3) 2,27

90 Mikron Elek Bakiyesi 4,6

45 Mikron Elek Bakiyesi 16,5

28 Günlük Puzolanik Aktivite İndeksi (%) 76,0

3.1.3. Su

Deneylerde kullanılan karışım ve bakım suyu şehir şebekesinden alınan

içme suyudur.

3.1.4. Agrega

Agregaların özgül ağırlık ve su emme kapasitesi tayini, TS 3526

(1980)’ya göre belirlenmiştir. Buna göre, ince agregalar için piknometre

yöntemi, iri agregalar için ise Arşimet terazisi kullanılmış ve rastgele alınan

numuneler üzerinde deney tatbik edilmiştir. Kullanılan agregalar Çizelge

3.6.’de verilmiştir.

36

Çizelge 3.6. Kullanılan Agregalar Malzeme Kaynak Özgül Ağırlık İncelik Modülü

1 Nolu Agrega (0-5 mm) Salbaş 2,64 gr/cm3 2,4

2 Nolu Agrega (0-7 mm) Salbaş 2,67 gr/cm3 3,8

3 Nolu Agrega (7-15 mm) Salbaş 2,70 gr/cm3 6,6

4 Nolu Agrega (15-25 mm) Salbaş 2,71 gr/cm3 7,8

3.1.4.1. Agrega Granülometrisi

Agrega üzerinde yapılan elek analizi sonucunda agreganın TS 706’da

belirtilen sınır eğrilerinden A ile B arasında kalmıştır. Agrega granülometrisi ve

standart sınırları Çizelge 3.7.’de ve 3.8.’de verilmektedir. Karışımda agrega

olarak, %23 1-Nolu agrega, %21 2-Nolu agrega, %30 3-Nolu agrega, %26 4-

Nolu agrega kullanılmıştır. Üretilen betonlarda kullanılan karışım agregaları

Çizelge 3.8.’de verilmektedir.

Çizelge 3.7. Agrega Granülometrisi Elek Açıklığı

(mm)

1 Nolu Agrega

(mm)

2 Nolu Agrega

(mm)

3 Nolu Agrega

(mm)

4 Nolu

Agrega (mm)

31,5 100,0 100,0 100,0 100,0

22,4 100,0 100,0 100,0 100,0

19,0 100,0 100,0 100,0 56,9

16,0 100,0 100,0 100,0 20,7

12,5 100,0 100,0 100,0 20,7

8,0 100,0 100,0 29,7 1,9

4,0 97,4 86,1 4,2 1,5

2,0 93,6 58,1 1,8

1,0 92,9 40,7

0,5 62,2 19,5

0,25 13.4 10,1

0,125 2,0 5,4

0,063 1,8 3,4

37

Çizelge 3.8. Agrega Standart Sınırları Elek Açıklığı

(mm)

TS 706 Alt Limiti

(%)

TS 706 Orta

Limiti (%)

TS 706 Üst

Limiti (%)

Karışım

Agregası (%)

0,25 2 8 15 5,20

0,50 5 20 28 18,40

1 8 28 42 29,91

2 14 37 53 34,27

4 23 47 65 42,13

8 38 62 77 53,40

16 62 80 89 79,38

31,5 100 100 100 100

Şekil 3.1. Beton karışımında kullanılan agregaların karışım gradasyonu

Şekil 3.1.’de yapılan çalışmada üretilen betonların karışımında kullanılan

agregaların karışım gradasyonu grafiğinin TSE standartlarına uygun olduğu

görülmektedir.

KARIŞIM GRADASYONU

5,20

18,40

29,9134,27

42,13

53,40

79,38

100,00

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,25 0,5 1 2 4 8 16ELEK ÇAPI (mm)

ELEK

TEN

GEÇ

EN %

KARIŞIM TSE LİMİT TSE LİMİT TSE LİMİT

38

3.1.5. Katkılar

Katkı olarak süper akışkanlaştırıcı (SA) Daracem 140 kullanılmıştır.

Karışıma çimento ağırlığının %1 oranında karıştırılmıştır. Daracem 140 beton

için süper akışkanlaştırıcıdır. Betonun çok yüksek performanslara ulaşmasını

sağlamak amacıyla hazırlanmıştır. Daracem 140, gerek taze gerekse sertleşmiş

durumdaki beton kalitesinin artmasını sağlayacak şekilde formüle edilmiştir. 100

kg. çimento için 800-1500 (%0.8-1.5 aralığında) gram kullanılır.

Avantajları; 1) Taze beton etkileri: Daracem 140 ile oluşturulmuş beton düşük

bir su/çimento oranı olmasına rağmen, kolay bir uygulama sağlayan yüksek

akışkanlık ve işlenebilirlik sağlar.

2) Sertleşmiş beton etkileri: Basınç ve eğilmeye karşı çok yüksek mekanik

dayanım sağlar.

3.2. Beton Karışım Oranları, Yapılan Deneyler ve Kül Durumu

Yapılan bu çalışmada beş farklı uçucu küllü ikame oranı ile üç farklı

kontrol betonu üretilmiştir. Su/çimento oranı 0,45 alınarak tüm beton

karışımlarında sabit tutulmuştur. Deneyler, TS 3068 şartlarına göre yapılmıştır.

Beton karışımı K1-00 olup, çimento miktarı birim metre küp için

yaklaşık 350 kg’dır. K1-00 serisinde (150x150x150 mm lik ve 50x50x50 mm’

lik) üçer adet beton numuneler hazırlanmıştır. K1-00 serisinde (150x150x600

mm’ lik) ikişer adet beton numuneler üretilmiştir. Bu kontrol beton karışımları

uçucu kül ile değişime uğratılarak, çimentonun ağırlıkça %10, %20, %30 ve

%40’ı uçucu kül ile yer değiştirerek yeni uçucu kül içeren beton karışımları

elde edilmiştir. K1 kodunda olan ve uçucu kül içeren betonlar (K1-00, K1-10,

K1-20, K1-30, K1-40), beş farklı uçucu küllü çimento ikame oranı ile

adlandırılmıştır.

Toplam bağlayıcı miktarı yaklaşık 350 kg/m³ alınmıştır. Kodların

yanında bulunan 0, 10, 20, 30, 40 ifadeleri ise uçucu kül yer değiştirme

oranını göstermekte olup, yer değiştirme ağırlık bazında yapılmıştır.

39

Basınç dayanımların tespitinde kullanılmak üzere bir kenarı 150 mm

olan küp numuneler, eğilme dayanımlarını tespit etmek üzere 150x150x600 mm

prizma numuneler hazırlanmıştır. Aşınmaları tespit amacıyla bir kenarı 50 mm

olan küp numuneler hazırlanmıştır. Aşınmaları tespit amacıyla kullanılan bu

numuneler Los Angeles Tamburunda 100 ve 500 devirde döndürülerek aşınma

yüzdeleri bulunmuştur. Beton numuneler döküldükten 1 gün sonra kalıplardan

alınmış ve basınç deneyine maruz kalacakları güne kadar sıcaklığı 23ºC olan

su içinde kür edilmişlerdir. Üretilen betonlarda birim hacim için kullanılan

yaklaşık malzeme miktarları Çizelge 3.9.’da verilmektedir. Üretilen taze

betonların yoğunluğu ile ilgili veriler Çizelge 3.10.’da verilmektedir.

Çizelge 3.9. Üretilen Betonların Yaklaşık Malzeme Miktarları Uçucu

Kül

Oranı

(%)

Karışım

Slump

(cm)

Çimento

(kg/m3)

Uçucu

Kül

(kg/m3)

Agrega

(kg/m3)

S/Ç

Oranı

Su

(kg/m3)

SA

(kg/m3)

Daracem

(140)

Toplam

Miktar

(kg/m3)

0 7,0 350 0 1921 0,45 157,50 3,50 2432,00

10 6,0 315 35 1936 0,45 141,75 3,15 2430,90

20 7,0 280 70 1948 0,45 126,00 2,80 2426,80

30 6,0 245 105 1965 0,45 110,25 2,45 2427,70

40 6,0 210 140 1981 0,45 94,50 2,10 2427,60

Çizelge 3.10. Üretilen Taze Betonun Yoğunluğu Uçucu Kül Oranı

(%)

Beton Sıcaklığı

(ºC)

Çimento Sıcaklığı

(ºC)

Taze Beton

Yoğunluğu

(kg/m3)

0 20,0 21,0 2446

10 19,0 19,0 2433

20 20,0 20,0 2453

30 19,0 19,0 2455

40 20,0 20,0 2458

40

3.3. Aşınma Mukavemetinin Bulunması

5x5x5 cm lik küp numuneler halinde hazırlanan beton numunelerin 1, 3,

7, 28 ve 90 günlük aşınma mukavemeti bulunmuştur. Numuneler kür

havuzundan çıkarıldıktan sonra yüzeyleri kurulanarak ağırlıkları bulunmuştur.

Küp numuneler, Los-Angeles aletinin tamburuna yerleştirilmiştir.

Her bir numunenin tambur içinde 100 ve 500 turluk aşınma sağlayan

çevrimlere maruz bırakılmıştır. 100 ve 500 turluk çevrimlerini tamamlayan

numuneler çıkarılarak ağırlıkları tartılmıştır. Kür havuzundan çıkarıldıktan

sonraki ağırlıklarının, aşınmaya maruz bırakıldıktan sonraki ağırlıklarına oranı

bulunmuştur. Böylelikle her bir numunenin yüzdesel aşınma değerleri bulunmuş

olmaktadır. Aşındırma küreleri tambur içine konularak 100 ve 500 devir

döndürülmüştür ve küp numunelerin büyük kısmının parçalandığı görülmüştür.

Bu nedenle yapılan aşınma deneyinde aşındırma küreleri tambur içine

konulmamıştır.

41

4.BULGULAR VE TARTIŞMA

4.1. Basınç Dayanımı

Laboratuvar çalışması sonucunda üretilen ve değişik zamanlarda elde

edilen, 0,45 S/Ç oranı ile üretilen bütün betonlara ait basınç dayanımları

Çizelge 4.1.’de verilmektedir. Çizelge 4.1.’den görüleceği üzere üretilen bütün

beton numunelerin basınç dayanımları zaman içinde artmaktadır.

Çizelge 4.1. Beton küp numunelerin basınç dayanımları K1 (N/mm²) (S/Ç:0,45) (15x15x15 cm3 )

Karışım No

1.Gün

Basınç

Dayanımı

(N/mm2)

3.Gün

Basınç

Dayanımı

(N/mm2)

7.Gün

Basınç

Dayanımı

(N/mm2)

28.Gün

Basınç

Dayanımı

(N/mm2)

90.Gün

Basınç

Dayanımı

(N/mm2)

17.7 33.9 42.8 53.4 64.3

19.9 35.2 47.4 52.3 60.8

16.9 33.7 44.4 48.9 50.5

K1-00

Ortalama = 18.2 34.3 44.9 51.5 58.3

15.4 34.5 40.9 52.4 61.6

14.7 30.7 43.9 41.7 55.5

16.9 33.0 43.1 51.4 50.9

K1-10

Ortalama = 15.7 32.7 42.6 50.5 56.0

5.5 27.0 33.6 45.1 54.4

5.4 25.9 34.7 44.2 49.3

5.2 24.5 31.9 41.5 46.6

K1-20

Ortalama = 5.4 25.8 33.4 43.6 50.1

4.4 24.0 30.3 42.9 54,3

4.1 23.6 31.6 37.1 48.4

4.2 23.4 32.8 39.5 46.5

K1-30

Ortalama = 4.2 23.6 31.6 39.8 49,7

3.4 21.2 31.3 36.9 48,5

4.4 19.9 29.5 38.0 48.3

3.8 22.5 32.3 35.9 44.3

K1-40

Ortalama = 3.9 21.2 31.0 36.9 47.0

42

Şekil 4.1. %0-40 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç dayanım grafiği

Şekil 4.1.’de %0-40 arasında uçucu kül içeren betonlara ait numunelerin

ortalamalarının basınç dayanımları – zaman grafiği verilmektedir. Burada 0.45

su/çimento oranı ile 1, 3, 7, 28 ve 90 gün olmak üzere her bir gün için

farklı üç adet beton numune üretilmiştir ve numunelerin ortalamaları alınarak

şekilde görüldüğü gibi grafikleri çizilmiştir. Genellikle %10 oranında uçucu kül

içeren betonların basınç dayanımları kontrol betonların basınç dayanımlarıyla

çoğunlukta eşdeğere yakın çıkmıştır. %20-40 oranında uçucu kül içeren

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Zaman (Gün)

Basın

ç D

ayanım

ları

(MPa

)

%0 UK%10 UK%20 UK%30 UK%40 UK

43

betonların basınç dayanımları ise kontrol betonların basınç dayanımlarına göre,

basınç dayanımlarının azaldığı görülmüştür. En yüksek beton basınç

dayanımını elde edebilmek için S/Ç oranı 0,45 alınmıştır. Bu gözlemlerden

uçucu kül oranı %0 ile %10 arasında çok iyi, %10 ile %20 arasında iyi, %20

ile %40 arasında normal basınç dayanımının verdiği anlaşılmaktadır.

Şekil 4.1.’den görüleceği üzere 0,45 S/Ç (Su/Çimento) oranı sabit

tutularak ve farklı ikame oranları miktarları kendi içinde karşılaştırıldığında,

uçucu kül ilavesi ile üretilen betonların erken yaşlarda (1. gün) kontrol

betonlarından daha az dayanım geliştirdikleri gözlenmektedir. Ancak, aynı

karşılaştırma (3. gün ve sonrası) basınç dayanımları arasında yapıldığında, bu

durumun aksine uçucu kül ilavesi ile elde edilen betonların kontrol betonlarıyla

karşılaştırılabilecek düzeyde basınç dayanımı geliştirdikleri görülebilir.

Şekil 4.1.’den görüleceği üzere üretilen betonların basınç dayanımlarının

büyük bir kısmını 28 günlükken aldığı tespit edilmiştir. Beton zamanla

dayanım kazanan bir malzemedir. İlk 7 günde çok hızlı olan dayanım

kazanımı, yavaşlayarak devam eder. Beton, genel olarak 7 günde öngörülen 28

günlükken dayanımının yaklaşık %70’ ine ulaşır. Bu nedenle, betonun 28

günlük dayanımını, özellikle ilk hafta içinde bulunduğu ortamın nem oranı ve

sıcaklığı önemli ölçüde etkiler. Tüm uluslararası ve ulusal yönetmeliklerde 28

günlük dayanım standart dayanım kabul edilmiştir. Betonarmede kullanılan

betonun 28 günlük basınç dayanımı genelde 140 ile 500 kgf./cm² arasında

değişir (Ersoy, 1985). Şekil 4.1.’den görüleceği üzere yapılan çalışmada üretilen

betonların 28 günlük basınç dayanımlarının yüksek dayanım gösterdiği

görülmektedir.

44

Laboratuvar çalışması sonucunda üretilen ve değişik zamanlarda elde

edilen, 0,45 S/Ç oranı ile üretilen bütün betonlara ait beton küp numunelerin

(15x15x15 cm3) ağırlığı ve yoğunluğu Çizelge 4.2.’de verilmektedir. Gün sayısı

artıkça beton basınç dayanımının artmasıyla beton yoğunluklarında genelde

artığı tespit edilmiştir.

Çizelge 4.2. Beton küp numunelerin ağırlığı ve yoğunluğu (gr-gr/cm3)(15x15x15 cm3)

Karışım

No

Slump(Sl)

1.Gün

Ağırlık -

Yoğunluk

(gr-gr/cm3)

3.Gün

Ağırlık -

Yoğunluk

(gr-gr/cm3)

7.Gün

Ağırlık -

Yoğunluk

(gr-gr/cm3)

28.Gün

Ağırlık -

Yoğunluk

(gr-gr/cm3)

90.Gün

Ağırlık -

Yoğunluk

(gr-gr/cm3)

8251-2444.7 8296-2458.1 8280-2453.3 8350-2474.1 8412-2492.4

8280-2453.3 8273-2451.3 8224-2436.7 8287-2455.4 8295-2457.8

8271-2450.7 8266-2449.2 8211-2432.9 8315-2463.7 8303-2460.1

K1-00

Sl=7cm

Ortalama= 8267-2449.6 8278-2452.8 8238-2441.0 8317-2464.4 8337-2470.1

8246-2443.3 8279-2453.0 8340-2471.1 8378-2482.4 8250-2444.4

8205-2431.1 8177-2422.8 8298-2458.7 8334-2469.3 8339-2470.8

8275-2451.9 8264-2448.6 8318-2464.6 8297-2458.4 8311-2462.5

K1-10

Sl=6cm

Ortalama= 8242-2442.1 8240-2441.5 8318-2464.8 8336-2470.0 8300-2459.2

8160-2417.8 8234-2439.7 8148-2414.2 8295-2457.8 8298-2447.1

8206-2431.4 8147-2413.9 8106-2401.8 8260-2447.4 8309-2461.9

8170-2420.7 8114-2404.1 8145-2413.3 8266-2449.2 8295-2457.8

K1-20

Sl=7cm

Ortalama= 8178-2423.3 8165-2419.3 8133-2409.8 8273-2451.5 8301-2455.6

8159-2417.5 8227-2437.6 8190-2426.7 8174-2421.9 8294-2457.5

8156-2416.6 8219-2435.3 8220-2435.6 8260-2447.4 8200-2429.6

8186-2425.5 8233-2439.4 8228-2437.9 8253-2445.3 8282-2453.9

K1-30

Sl=6cm

Ortalama= 8167-2419.9 8226-2437.4 8212-2433.4 8229-2438.2 8259-2447.0

8216-2434.4 8285-2463.7 8225-2437.0 8185-2457,8 8258-2446.8

8203-2430.5 8256-2446.2 8187-2425.8 8245-2447,4 8290-2456.3

8229-2438.2 8262-2430.2 8182-2424.3 8204-2449,2 8266-2449.2

K1-40

Sl=6cm

Ortalama= 8216-2434.4 8257-2446.7 8198-2429.0 8211-2451.5 8271-2450.8

45

4.2. Kiriş Numunelerin Eğilme Dayanımları

Laboratuvar çalışması sonucunda üretilen ve değişik zamanlarda elde

edilen, 0,45 S/Ç oranı ile üretilen bütün betonlara ait beton kiriş numunelerin

(15x15x60 cm3) kırılma yükleri Çizelge 4.3.’de verilmektedir. Beton kiriş

numunelerin kırılma yükünden eğilme dayanımının bulunması aşağıda

verilmiştir.

Çizelge 4.3. Beton kiriş numunelerin kırılma yükleri P(KN) (S/Ç:0,45)(15x15x60 cm3 )

Karışım No

Slump

(Sl)

1.Gün

Kırılma Yükü

P(KN)

3.Gün

Kırılma Yükü

P(KN)

7.Gün

Kırılma Yükü

P(KN)

28.Gün

Kırılma Yükü

P(KN)

90.Gün

Kırılma Yükü

P(KN)

21.06 40.51 42.80 51.17 60.90

21.73 40.30 43.40 50.86 57.20

K2-00

Sl=7cm

Ort. = 21.40 40.41 43.10 51.02 59.05

15.80 33.30 43.53 48.91 61.32

15.60 33.50 42.15 48.37 55.91

K2-10

Sl=6cm

Ort. = 15.70 33.40 42.84 48.64 58.62

5.96 29.12 34.99 46.03 52.33

5.66 29.21 33.91 44.37 49.47

K2-20

Sl=7cm

Ort. = 5.81 29.17 34.45 45.20 50.90

4.00 21.90 27.76 45.28 49.59

4.15 22.11 28.31 42.86 48.44

K2-30

Sl=6cm

Ort. = 4.08 22.01 28.04 44.07 49.02

3.70 21.13 28.60 43.62 48.54

4.00 21.28 26.19 43.39 45.33

K2-40

Sl=6cm

Ort. = 3.85 21.21 27.40 43.51 46.94

TS 3286 Eğilme Day. Hesaplanması = P=21,06 KN ise, P=21060 N =

21060/9,81=2146,7 kg.

σe = P.L / b.h² = P.45/15.15²=45.P / 3375

σe = 0,013P=0,013.(2146,7)=27,90 kg/cm²=2,79 N/mm²

46

Laboratuvar çalışması sonucunda üretilen ve değişik zamanlarda elde

edilen, 0,45 S/Ç oranı ile üretilen bütün betonlara ait beton kiriş numunelerin

(15x15x60cm3) eğilme dayanımları Çizelge 4.4.’de verilmektedir.

Çizelge 4.4. Kiriş numunelerin eğilme dayanımları (N/mm2) (S/Ç:0,45)(15x15x60 cm3)

Karışım No

Slump

(Sl)

1.Gün

Eğilme

Dayanımı

N/mm2

3.Gün

Eğilme

Dayanımı

N/mm2

7.Gün

Eğilme

Dayanımı

N/mm2

28.Gün

Eğilme

Dayanımı

N/mm2

90.Gün

Eğilme

Dayanımı

N/mm2

2.79 5.36 5.67 6.78 8.07

2.88 5.35 5.75 6.74 7.58

K1-00

Sl=7cm

Ort. = 2.84 5.36 5.71 6.76 7.83

2.09 4.41 5.77 6.48 8.13

2.07 4.44 5.59 6.41 7.41

K1-10

Sl=6cm

Ort. = 2.08 4.43 5.68 6.45 7.77

0.79 3.86 4.64 6.10 6.93

0.75 3.87 4.49 5.88 6.56

K1-20

Sl=7cm

Ort. = 0.77 3.87 4.57 5.99 6.75

0.53 2.90 3.68 6.00 6.57

0.55 2.93 3.75 5.68 6.42

K1-30

Sl=6cm

Ort. = 0.54 2.92 3.72 5.84 6.50

0.49 2.80 3.79 5.78 6.43

0.53 2.82 3.47 5.75 6.00

K1-40

Sl=6cm

Ort. = 0.51 2.81 3.63 5.77 6.22

47

Şekil 4.2. % 0-40 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük eğilme dayanım grafiği

Şekil 4.2.’de % 0-40 arasında uçucu kül içeren betonlara ait eğilme

dayanımları – zaman grafiği verilmektedir. Burada 0.45 su/çimento oranı ile 1,

3, 7, 28 ve 90 gün olmak üzere her bir gün için farklı üç adet beton numune

üretilmiştir ve numunelerin ortalamaları alınarak grafiği çizilmiştir. Genellikle

%10 oranında uçucu kül içeren betonların eğilme dayanımları kontrol

betonların eğilme dayanımlarıyla çoğunlukta eşdeğere yakın çıkmıştır. %20-40

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Zaman (Gün)

Eğilm

e D

ayanım

ları

(MPa

)

%0 UK%10 UK%20 UK%30 UK%40 UK

48

oranında uçucu kül içeren betonların eğilme dayanımları ise kontrol betonların

basınç dayanımlarına göre, eğilme dayanımlarının azaldığı görülmüştür. En

yüksek beton eğilme dayanımını elde edebilmek için S/Ç oranı 0,45

alınmıştır. Bu gözlemlerden uçucu kül oranı %0 ile %10 arasında çok iyi, %10

ile %20 arasında iyi, %20 ile %40 arasında normal eğilme dayanımının

verdiği anlaşılmaktadır.

Çizelge 4.5.’te 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük küp numunelerin basınç ve

kiriş numunelerin eğilme dayanımlarının ortalama değerleri verilmiştir.

Çizelge 4.5. Küp numunelerin basınç, kiriş numunelerin eğilme dayanımları (N/mm2) (K:karışım,B:basınç, E:eğilme,)(15x15x15 ve 15x15x60 cm3)

K 1.Gün

B

N/mm2

1.Gün

E

N/mm2

3.Gün

B

N/mm2

3.Gün

E

N/mm2

7.Gün

B

N/mm2

7.Gün

E

N/mm2

28.Gün

B

N/mm2

28.Gün

E

N/mm2

90.Gün

B

N/mm2

90.Gün

E

N/mm2

K1-00 18,2 2,84 34,3 5,36 44,9 5,71 51,5 6,76 58,3 7,83

K1-10 15,7 2,08 32,7 4,43 42,6 5,68 50,5 6,45 56,0 7,77

K1-20 5,4 0,77 25,8 3,87 33,4 4,57 43,6 5,99 50,1 6,75

K1-30 4,2 0,54 23,6 2,92 31,6 3,72 39,8 5,84 49,7 6,50

K1-40 3,9 0,51 21,2 2,81 31,0 3,63 36,9 5,77 47,0 6,22

Çizelge 4.6.’da beton numunelerin basınç dayanımının eğilme dayanımına

oranı (%) verilmiştir. Yapılan çalışmada uçucu küllü beton numunelerin eğilme

dayanımının, basınç dayanımına oranının genel ortalaması %7,48 bulunmuştur.

Çizelge 4.6. Beton numunelerin eğilme dayanımının, basınç dayanımına oranı (%) (B:basınç,E:eğilme)(ŞB:şahit beton)(UK:uçucu kül)

Karışım

No

1.Gün

%=B/E

3.Gün

%=B/E

7.Gün

%=B/E

28.Gün

%=B/E

90.Gün

%=B/E

K1-00 6,41 6,40 7,86 7,62 7,45

ŞB Genel Ort. 7,15

K1-10 7,54 7,38 7,50 7,83 7,21

K1-20 7,02 6,67 7,31 7,28 7,42

K1-30 7,78 8,08 8,49 6,82 7,65

K1-40 7,65 7,54 8,54 6,40 7,56

UK Ortalama 7,50 7,42 7,96 7,08 7,46

UK Genel Ortalama

7.48

49

Şekil 4.3. %0-40 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç(B)- eğilme(E) dayanımları zaman grafiği Şekil 4.3’de %0-40 U.K. beton numunelerin 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük

basınç-eğilme dayanımlarının ortalamalarının zaman grafiği verilmiştir. Her bir

gün için farklı üç beton numune üretilmiştir. Üretilen beton numunelerin

ortalamaları alınarak şekildeki grafik çizilmiştir. Uçucu kül betonun eğilme

çekme dayanımı, NPÇ betonunun eğilme çekme dayanımı ile karşılaştırılabilir

niteliktedir. Yapılan çalışmada uçucu küllü betonların eğilme dayanımı, basınç

dayanımına oranı yaklaşık %7,48 bulunmuştur. Betonun eğilme çekme

dayanımı basınç dayanımının yaklaşık %10 civarındadır (Ersoy, 1985; Özkul

ve ark., 1999). Franklin (1981) ve Brooks ve ark. (1982), uçucu kül betonun

eğilme çekme dayanımı ve basınç dayanımı arasındaki oranın Normal Portland

Çimentosu betonunda bulunan orana benzer olduğu sonucunu çıkarmışlardır.

Atiş (2003a), %50 ve %70 ikame oranlarına sahip uçucu küllü betonlarla

yaptığı çalışmalar sonucunda NPÇ betonu ile kıyaslandığında yüksek eğilme

çekme ve basınç dayanımına sahip betonlar elde etmiştir.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Zaman (Gün)

Basın

ç-Eğ

ilme

Day

anım

ları

(MPa

)

B-0B-10B-20B-30B-40E-0E-10E-20E-30E-40

50

Şekil 4.4. %0 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç(B)-eğilme(E) dayanımlarının grafiği

Şekil 4.4.’de %0 uçucu kül içeren betonlara ait numunelerin

ortalamalarının basınç-eğilme dayanımları grafiği verilmektedir. Burada 0.45

su/çimento oranı ile 1, 3, 7, 28 ve 90 gün olmak üzere her bir gün için

farklı üç adet beton numune üretilmiştir. Üretilen beton numunelerin

ortalamaları alınarak şekildeki grafik çizilmiştir. Şekilde de görüldüğü üzere

basınç dayanımı, eğilme dayanımına doğru orantılı olarak çıkmıştır.

Aralarındaki bağıntı y=8,2764x – 5,7356 ve R²=0,9671 olarak bulunmuştur.

y = 8,2764x - 5,7356R2 = 0,9671

0

10

20

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8 10Eğilme Dayanımı (MPa)

Basın

ç D

ayanımı (

MPa

)

%0 UKDoğrusal (%0 UK)

51

Şekil 4.5. %10 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç(B)-eğilme(E) dayanımlarının grafiği

Şekil 4.5.’de % 10 uçucu kül içeren betonlara ait numunelerin

ortalamalarının basınç-eğilme dayanımları grafiği verilmektedir. Burada 0.45

su/çimento oranı ile 1, 3, 7, 28 ve 90 gün olmak üzere her bir gün için

farklı üç adet beton numune üretilmiştir. Üretilen beton numunelerin

ortalamaları alınarak şekildeki grafik çizilmiştir. Şekilde de görüldüğü üzere

basınç dayanımı, eğilme dayanımına doğru orantılı olarak çıkmıştır.

Aralarındaki bağıntı y=7,3368x + 0,7472 ve R²=0,9907 olarak bulunmuştur.

y = 7,3368x + 0,7472R2 = 0,9907

0

10

20

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8 10

Eğilme Dayanımı (MPa)

Basın

ç D

ayanımı (

MPa

)

%10 UKDoğrusal (%10 UK)

52

Şekil 4.6. %20 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç(B)-eğilme(E) dayanımlarının grafiği

Şekil 4.6.’da % 20 uçucu kül içeren betonlara ait numunelerin

ortalamalarının basınç-eğilme dayanımları grafiği verilmektedir. Burada 0.45

su/çimento oranı ile 1, 3, 7, 28 ve 90 gün olmak üzere her bir gün için

farklı üç adet beton numune üretilmiştir. Üretilen beton numunelerin

ortalamaları alınarak şekildeki grafik çizilmiştir. Şekilde de görüldüğü üzere

basınç dayanımı, eğilme dayanımına doğru orantılı olarak çıkmıştır.

Aralarındaki bağıntı y=7,4776x – 1,1668 ve R²=0,9956 olarak bulunmuştur.

y = 7,4776x - 1,1668R2 = 0,9956

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8Eğilme Dayanımı (MPa)

Basın

ç D

ayanımı (

MPa

)

%20 UKDoğrusal (%20 UK)

53

Şekil 4.7. %30 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç(B)-eğilme(E) dayanımlarının grafiği

Şekil 4.7.’de % 30 uçucu kül içeren betonlara ait numunelerin

ortalamalarının basınç-eğilme dayanımları grafiği verilmektedir. Burada 0.45

su/çimento oranı ile 1, 3, 7, 28 ve 90 gün olmak üzere her bir gün için

farklı üç adet beton numune üretilmiştir. Üretilen beton numunelerin

ortalamaları alınarak şekildeki grafik çizilmiştir. Şekilde de görüldüğü üzere

basınç dayanımı, eğilme dayanımına doğru orantılı olarak çıkmıştır.

Aralarındaki bağıntı y=7,1433x + 1,8927 ve R²=0,9754 olarak bulunmuştur.

y = 7,1433x + 1,8927R2 = 0,9754

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4 5 6 7

Eğilme Dayanımı (MPa)

Basın

ç D

ayanımı (

MPa

)

%30 UKDoğrusal (%30 UK)

54

Şekil 4.8. %40 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç(B)-eğilme(E) dayanımlarının grafiği

Şekil 4.8.’de % 40 uçucu kül içeren betonlara ait numunelerin

ortalamalarının basınç-eğilme dayanımları grafiği verilmektedir. Burada 0.45

su/çimento oranı ile 1, 3, 7, 28 ve 90 gün olmak üzere her bir gün için

farklı üç adet beton numune üretilmiştir. Üretilen beton numunelerin

ortalamaları alınarak şekildeki grafik çizilmiştir. Şekilde de görüldüğü üzere

basınç dayanımı, eğilme dayanımına doğru orantılı olarak çıkmıştır.

Aralarındaki bağıntı y=6,909x + 1,8289 ve R²=0,9566 olarak bulunmuştur.

y = 6,909x + 1,8289R2 = 0,9566

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7

Eğilme Dayanımı (MPa)

Basın

ç D

ayanımı (

MPa

)

%40 UK

Doğrusal (%40 UK)

55

Şekil 4.9. %0-40 U.K. betonların 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç(B)-eğilme(E) dayanımlarının grafiği

Şekil 4.9.’da % 0-40 uçucu kül içeren betonlara ait numunelerin

ortalamalarının basınç-eğilme dayanımları grafiği verilmektedir. Burada 0.45

su/çimento oranı ile 1, 3, 7, 28 ve 90 gün olmak üzere her bir gün için

farklı üç adet beton numune üretilmiştir. Üretilen beton numunelerin

ortalamaları alınarak şekildeki grafik çizilmiştir. Şekilde de görüldüğü üzere

basınç dayanımı, eğilme dayanımına doğru orantılı olarak çıkmıştır.

Aralarındaki bağıntı y=7,3249x + 0,2876 ve R²=0,9756 olarak bulunmuştur.

%0-40 UK

y = 7,3249x + 0,2876R2 = 0,9756

0

10

20

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8 10

Basınç Dayanımı (MPa)

Eğilm

e D

ayanımı (

MPa

)

56

4.3. Küp Numune Aşınma Ağırlıkları Ve Yüzdesi

Laboratuvar çalışması sonucunda üretilen ve değişik zamanlarda elde

edilen, 0,45 S/Ç oranı ile üretilen bütün betonlara ait beton küp numunelerin

(5x5x5 cm3) 100 ve 500 devirdeki aşınma ağırlıkları Çizelge 4.7.’de

verilmektedir.

Çizelge 4.7. Beton küp numunelerin 100 ve 500 devirdeki aşınma ağırlıkları

Karışım

No

İlk Ağırlık

100. Devir

500. Devir

1.Gün

Ağırlık

(gram)

3.Gün

Ağırlık

(gram)

7.Gün

Ağırlık

(gram)

28.Gün

Ağırlık

(gram)

90.Gün

Ağırlık

(gram)

İlk Ağırlık 352-350-349 357-355-354 358-356-353 358-358-357 366-359-354

Ortalama = 350.33 355.33 355.67 357.67 359.67

100. Devir 306-300-288 341-333-331 340-335-333 340-339-339 342-339-338

Ortalama = 298.00 335.006 336.00 339.33 339.67

500. Devir 48-40-33 289-287-280 298-290-287 299-298-290 316-310-310

K1-00

Ortalama = 40.33 285.33 291.67 295.67 312.00

İlk Ağırlık 349-348-348 353-353-351 357-356-349 357-357-356 373-368-358

Ortalama = 348.33 352.33 354.00 356.67 366.33

100. Devir 294-288-286 334-333-333 339-334-333 341-340-336 353-348-334

Ortalama = 289.33 333.33 335.33 339.00 345.00

500. Devir 36-33-30 288-284-281 294-285-283 294-286-286 336-330-316

K1-10

Ortalama = 33.00 284.33 287.33 288.67 327.33

İlk Ağırlık 349-348-345 351-350-347 352-352-349 353-352-350 365-354-353

Ortalama = 347.33 349.33 351.00 351.33 357.33

100. Devir 287-285-284 334-334-330 337-335-331 337-337-335 342-335-330

Ortalama = 285.33 332.67 334.33 336.33 335.67

500. Devir 36-31-30 278-277-265 288-280-278 295-291-286 308-303-302

K1-20

Ortalama = 32.33 273.33 282.00 290.67 304.33

İlk Ağırlık 348-348-344 350-347-345 352-350-347 352-351-350 348-347-338

Ortalama = 346.67 347.33 349.67 351.00 344.33

100. Devir 285-283-282 331-328-325 336-333-332 336-336-332 329-327-324

Ortalama = 283.33 328.00 333.67 334.67 326.67

500. Devir 33-31-31 267-253-212- 284-284-278 285-284-282 303-302-302

K1-30

Ortalama = 31.67 244.00 282.00 283.67 302.33

İlk Ağırlık 348-347-343 351-346-343 352-349-345 352-350-347 340-340-339

Ortalama = 346.00 346.67 348.67 349.67 339.67

100. Devir 284-284-280 321-308-305 344-327-326 334-334-331 322-320-318

Ortalama = 282.67 311.33 332.33 333.00 320.00

500. Devir 30-28-28 264-254-211 288-278-276 285-283-280 297-295-293

K1-40

Ortalama = 28.67 243.00 280.67 282.67 295.00

57

Laboratuvar çalışması sonucunda üretilen ve değişik zamanlarda elde

edilen, 0,45 S/Ç oranı ile üretilen bütün betonlara ait beton küp numunelerin

(5x5x5 cm3) 100 ve 500 devirdeki aşınma yüzdeleri Çizelge 4.8.’de

verilmektedir. 500 devirdeki aşınma yüzdelerin ortalaması ise özet olarak

Çizelge 4.9.’da verilmektedir.

Çizelge 4.8. Beton küp numunelerin 100 ve 500 devirdeki yüzdesel aşınması (S/Ç:0,45)(5x5x5 cm3)

Karışım

No

100. Devir

500. Devir

1.Gün

Aşınma

(%)

3.Gün

Aşınma

(%)

7.Gün

Aşınma

(%)

28.Gün

Aşınma

(%)

90.Gün

Aşınma

(%)

100.devir 13-14-17 4-6-6 5-6-6 5-5-5 7-6-5 K1-00

500.devir 86-88-90 19-19-21 17-19-19 16-17-19 14-14-12

100.devir 16-17-18 5-6-5 5-6-5 5-5-6 5-5-7 K1-10

500.devir 90-91-91 18-20-20 18-20-19 18-20-20 10-10-12

100.devir 18-18-18 5-5-4 4-5-5 5-4-4 6-5-7 K1-20

500.devir 90-91-91 21-21-24 18-20-20 16-17-18 16-14-14

100.devir 18-19-18 5-5-6 5-5-4 5-4-5 5-6-4 K1-30

500.devir 91-91-91 24-27-39 19-19-20 19-19-19 13-13-11

100.devir 18-18-18 9-11-11 2-6-6 5-5-5 5-6-7 K1-40

500.devir 91-92-92 25-27-38 18-20-20 19-19-19 13-13-14

Çizelge 4.9. Beton küp numunelerin 500 devirdeki ortalamalarının yüzdesel aşınması (S/Ç:0,45)(5x5x5 cm3)

Karışım

No

500. Devir

1.Gün

Aşınma(%)

3.Gün

Aşınma(%)

7.Gün

Aşınma(%)

28.Gün

Aşınma(%)

90.Gün

Aşınma(%)

K1-00 Ortalama 88 20 18 17 13

K1-10 Ortalama 91 19 19 19 11

K1-20 Ortalama 91 22 19 17 15

K1-30 Ortalama 91 30 19 19 12

K1-40 Ortalama 92 30 19 19 13

58

Şekil 4.10. %0-40 U.K. betonların 500 devirdeki ortalamalarının aşınma yüzdesi

Şekil 4.10.’da gösterilen değerler Los Angeles Tamburun 500. devirdeki

numunelerin ortalamalarının aşınma yüzdesinin grafiği verilmektedir. Şahit,

%10-%40 uçucu küllü beton numunelerin 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük aşınma

yüzdesi değerleri elde edilmiştir. Beş farklı günde birbirinden farklı üç seri

beton numuneler üretilmiştir. Şekillerde de görüldüğü gibi ilk günde yeterli

basınç dayanımını elde etmemiştir ve yüksek oranda aşınma olmuştur. Diğer

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Zaman (Gün)

Aşı

nma

(%)

%0 UK%10 UK%20 UK%30 UK%40 UK

59

günlerde ise aşınmanın büyük ölçüde azaldığı görülmüştür. Farklı günlerde

üretilen beton numunelerin ortalamaları alınarak Şekil 4.10.’daki grafik

çizilmiştir. Böylece beton numunelerde betonun aşınma yüzdesinin basınç

dayanımı ile doğru orantılı olduğu sonucuna varılmıştır. Uçucu küllü beton

numunelerde basınç dayanımı arttıkça betonun aşınma direncinin de arttığı

kanaati oluşmuştur.

Gebler ve Klieger (1986), Atiş (2000), yüksek oranda uçucu kül

kullanımı ile elde edilen betonun aşınmaya karşı direncini incelemişlerdir. U.K.

betonların basınç dayanımları arttıkça aşınma direncinin de arttığını

belirtmişlerdir.

500. devirdeki değerler, 100. devirdeki değerlere göre daha iyi sonuç

vermiştir. Yapılan deneyin sonucunda U.K. betonun aşınma yüzdesinin en iyi

sonucun 500. devirde elde edildiği sonucuna varılmıştır.

60

5. SONUÇ VE ÖNERİLER

Yapılan laboratuvar çalışmalarının sonucunda aşağıdaki sonuçlar elde

edilmiştir.

1. Uçucu kül ile üretilen betonların 3.gün ve daha sonraki günlerde

basınç, eğilme ve aşınma dayanımının erken yaşlarda oldukça yüksek

ya da yeterli dayanım gelişmesi göstermiştir. Böylece %10 - %40

oranında uçucu kül ile yapılan beton ve yol kaplamaların, çimento

yerine ikame edilmesinin uygun olduğu kanaati oluşmuştur. Ayrıca, 3

günde yeterli mukavemeti alması trafik akışı yoğun olan yerlerde zaman

açısından büyük bir engel teşkil etmeyeceği anlaşılmıştır.

2. Genellikle %10 oranında uçucu kül içeren betonların basınç dayanımları

kontrol betonların basınç dayanımlarıyla çoğunlukta eşdeğere yakın

çıkmıştır. %20-40 arasında uçucu kül içeren betonların basınç

dayanımları ise kontrol betonların basınç dayanımlarına göre, basınç

dayanımlarının azaldığı görülmüştür. Bu gözlemlerden uçucu kül oranı

%0 ile %10 arasında çok iyi, %10 ile %20 arasında iyi, %20 ile %40

arasında normal basınç dayanımının verdiği anlaşılmaktadır

3. Yapılan çalışmada Yumurtalık Sugözü uçucu küllü içeren beton

numunelerin eğilme dayanımlarının, basınç dayanımlarına oranının 90

gün sonunda genel ortalaması %7,48 olarak bulunmuştur.

4. Yapılan çalışmada beton numunelerinin basınç dayanımı artıkça, aşınma

ve eğilme direncinin de artığı tespit edilmiştir.

5. Çimentonun %10-%40 oranında uçucu kül ile yer değiştirmesi

sonucunda, NPÇ betonunun dayanımına eşdeğer dayanım elde etmesi

olası görülmüştür.

6. Beton yol kaplamaları gibi büyük kapsamlı çalışmalarda gereken beton

miktarları göz önünde tutulduğunda yüksek oranda uçucu kül kullanımı

ile elde edilen betonun çok büyük ekonomik ve ekolojik fayda

sağlayacağı kanaati oluşmuştur.

61

7. Uçucu kül ile üretilen betonların basınç, eğilme ve aşınma dayanım

özelliklerinin uzun dönemde ölçülmesi ve araştırılması gerekmektedir.

8. Beton yol kaplaması olarak kullanıldığında önem taşıyan aşınma

değerlerinin iyi sonuç vermesi, üzerinde çalışılan betonların yol

kaplamasında kullanılabileceğini göstermektedir.

9. Yukarıda sıralanan sonuçlara dayanarak, uçucu kül içeren betonun,

beton yol kaplamasında uygun bir malzeme olarak kullanılabileceği

kanaatine varılmıştır.

Hızla büyüyen ve gelişen Türkiye için uçucu kül ile üretilen beton ve yol

kaplamaların önemi anlaşılmalı ve araştırmalar hızla devam etmelidir.

Ülkemizde üretilen uçucu küllerin bir çoğu çimento ve çimentolu

sistemlerde kullanılma açısından elverişli görünmektedir. Ancak, herhangi bir

uçucu külün kullanılması düşünüldüğünde, özelliklerinin bir çok parametre

tarafından etkilenebileceği göz önünde bulundurularak, kesinlikle detaylı

inceleme yapılmalıdır. Kullanım sırasında da bu incelemeler periyodik olarak

sürdürülmelidir.

62

KAYNAKLAR

ABDUNUR, E. A., 1961. Fly Ash in Concrete: An Evalution, Highway

Research Board Bulletin No.284, Washington D. C., 138s.

AĞAR, E., SÜTAŞ, İ, ÖZTAŞ, G., 1996. Asfalt Kaplama ile Beton Yol

Karşılaştırılması, THBB Hazır Beton Dergisi- Beton Yollar Özel Eki.

AĞAR, E., SÜTAŞ, İ., ÖZTAŞ, G., 1998. Beton Yollar, İTÜ, İstanbul.

AĞAR, E., 2004. Sıkıştırılabilen Beton Yol Kaplamaları, www.thbb.org., Beton

Yollar, makale, Nisan, İstanbul.

AİTCİN, F. A., CHARLES - GİBERGUES, A., AND VAQUİER, A.,

1986.Comparative Study of The Cementitious Properties of different Fly

Ashes’’, Proceedings of 2nd International Conference on the Use of Fly

Ash, Silica Fume, Slag and Natural Pozzollans in Concrete, Madrid

AKAKIN, T., 2004. Uçucu Küller. Dünya İnşaat Dergisi. 21 No.2004-07, s.

102-105.

ALATAŞ, T. 1996. Afşin-Elbistan Termik Santrali Uçucu Külünün Yol

Stabilizasyonunda Çeşitli Malzemelerle Birlikte Kullanımı Üzerine Bir

Araştırma, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi, Elazığ.

ASTM C-618, 1991. Standarts specifications for coal ash and raw or calcined

natural pozzolan for use as a mineral admixture in Portland Cement

Concrete, Annual book of ASTM Standarts.

ATİŞ, C. D., 2000. Yüksek Oranda Uçucu Kül Kullanımı ile Betonun

Aşınması, İMO Teknik Dergi, Yazı 154, 11(4) 2217-2230.

ATİŞ, C. D., 2001. Uçucu Kül İçeren Silindirle Sıkıştırılabilen Betonların

Özellikleri. Turkish Journal of Engineering&Enviromention Sciences,

Vol. 25, No. 5, pp. 503-515.

ATİŞ, C. D., ÖZCAN, F., AKÇAÖZOĞLU, K., SEVİM, U. K., BİLİM, C., 2001.

Afşin-Elbistan Uçucu Külü İçeren Silindirle Sıkıştırlabilen Betonların

Basınç Dayanımı. 3. Kentsel Altyapı Ulusal Sempozyumu, Eskişehir, s.

247-260.

63

ATİŞ, C. D., 2002. Heat Evaluation High Volume Fly Ash Concrete.Cement

And Concrete Research, Vol. 32, pp. 751-756.

ATİŞ, C. D., BİLİM, C., ÖZCAN, F., AKÇAÖZOĞLU, K., SEVİM, U. K. 2002.

The Use of a Non Standard High Calcium Fly Ash in Concrete and

İts Response to Accelerated Curing, Materials de Construccion Vol.52

No.267, September, pp. 5-17.

ATİŞ, C. D., 2003a. High Volume Fly Ash Concrete with High Strength And

Low Drying Shrinkage. Journal of Materials in Engineering, Vol. 15,

No. 2, pp. 153-156.

ATİŞ, C. D., KILIÇ, A., SEVİM, U. K. 2004. Strength and Shrinkage

Properties of Mortar Containing a Nonstandard High Calcium Fly Ash

Cement and Concrete Research.

BROOKS, J. J., WAİNWRİGHT, J.B., CLİPWELL, J.B. 1982. Time Dependent

Properties of Concrete Containing Pulverized Fuel Ash and Super

Plasticizer International Symposium on The Use of PFA in Concrete

April 14-16, Leeds, pp. 209-220.

CABRERA, J. G., PLOWMAN, C., 1981. Hydration and Micro Structure of

High PFA Content Concretes. Proceedings of the International Constr.

Industry Res. And Infor assoc. (CIRIA), June, Vol. 4(1), pp. 4-30.

CABRERA, J. G., WOOLLEY, G. R., 1985. A Study of 25 Year Old

Pulverized Fuel Ash Concrete Used in Foundation Structures Proc. Inst.

Civ. Eng., Part 2, March, pp. 149-165.

DUNSTAN, M. R. H., 1984. Design of Mix Proportions for the Efficient

Use of Fly Ash in Concrete. Second International Conf. On Ash

Technology and Marketing, September, London, pp. 445-454.

EİE, 1979. Türkiye Uçucu Küllerinin Özellikleri ve Kullanılma Olanakları,

Elektrik İşleri Etüd İdaresi Genel Direktörlüğü Yayın No. 81-45, 164s.

EPRİ REPORT, 1993. Investigation of High Volume Fly Ash Concrete

Sytems, Epri Jr-103151 Project 3176-06 Final Report, October.

ERDOĞAN, T. Y., 1995c. Agregalar. Türkiye Hazır Beton Birliği, 162s.,

İstanbul.

64

ERDOĞAN, T. Y., 1997. Admixtures for Concrete. Middle East Technical

University, ISBN 975-429-113-6, 188s., Ankara.

ERSOY, U, 1985. Betonarme Temel İlkeleri ve Taşıma Gücü Hesabı, O.D.T.Ü.

İnşaat Mühendisliği Bölümü, 18-28s., Ankara.

FRANKLİN, R. E., 1981. The Effect of Pulverized Fuel Ash on the

Strength of Pavement-Quality Concrete. Transport and Road Research

Laboratory, TRRL 982.

GEBLER, S. H., KLIEGER, P., 1986. Effect of Fly Ash on the Durability

of Air Entrained Concrete. Proceedings of ACI/Canmed Second

International Conference on Fly Ash, Silica Fume, Slag and Natural

Pozzolans in Concrete SP-91, SPAIN-Madrid, pp. 483-519.

MEHTA, P. K., 1983. Pozzolanic and Cementitious By Products as Mineral

Admixtures for Concrete – A Critical Review, Proc. Of 1st Intern. Conf.

On the Use Of Fly Ash, Silica Fume, Slag and Other mineral by-

products in Concrete, Canada, Montebello, July 31 August 5, Editor. V.

M. Malhotra; ACI SP-79, Detroit, 1-48.

MEHTA, P. K. 1986. Standard Specifications for Mineral Admixtures an

Overview, Proceedings of ACI/Canmet Second International Conference

on Fly Ash, Silica Fume, Slag and Natural Puzzolans in Concrete, SP-

91, SPAIN, Madrid. Pp. 637-658.

MUNDAY, J. G. L., ONG, L. T., DHIR, R. K. 1983. Mix Proportioning of

Concrete with PFA Critical Review Proc. First International Conference

on the Use of Fly Ash, Silica Fume, Slag and other Mineral By

Products in Concrete, Montello, Canada, July 31-August 5, Editor V.

M. MALHOTRA ACI Special Publication, pp. 235-254.

MUNN, R. L., 1984. Fly Ash in Rolled Concrete Pavement and Slipformed.

Second International Conference On Ash Technology and Marketing,

September, London, pp. 455-460.

NELSON, P., SRIVIVATNANON, V., KHATRI, R., 1992. Devolopment of

High Volume Fly Ash Concrete for Pavements. Proceedings of the 16th

of the ARRE Conference, Perth, Aust., Nov., 9-12, pp. 37-47.

65

ÖZCAN, M., 1997. Tunçbilek ve Seyitömer Uçucu Küllerin Beton

Özelliklerine Etkisi ve Etkinlik Katsayılarının Belirlenmesi, Yüksek

Lisans Tezi, İstanbul.

ÖZKUL, H., TAŞDEMİR, M. A., TOKYAY, M., UYAN, M., 1999. Meslek

Liseleri İçin Her Yönüyle Beton. Aralık, TÇMB, Ankara.

ÖZTURAN, T., 1991. Beton Üretimimde Uçucu Kül Kullanımının

İrdelenmesi, Türkiye İnşaat Mühendisliği XI. Teknik Kongresi Bildiriler

Kitabı, TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası, 149-158s., İstanbul.

SEVİM, U. K., 2003. Afşin-Elbistan Termik Santralı Uçucu Külünün Çimento

Hamuru ve Harç Numuneler Üzerindeki Etkisinin Araştırılması, Doktora

Tezi, ÇÜ., Adana.

THBB, 2003. Bir Seçenek Daha Var Beton Yollar, Ekim, İstanbul.

TOKYAY, M., ERDOĞDU, K., 1998. Türkiye Termik Santrallerinden Elde

Edilen Uçucu Küllerin Karakterizasyonu. TÇMB Yayınları, TÇMB/AR

GE/Y-98.3.

TS EN 197-1, 2002. Genel Çimentolar - Bileşim, Özellikler ve Uygunluk

Kriterleri. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.

TS EN 450, 1998. Uçucu Kül-Betonda Kullanılan Tarifler, Özellikler ve Kalite

Kontrolü. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.

TS 19, 1992. Çimento-Portland Çimentoları. Türk Standartları Enstitüsü,

Ankara.

TS 24, 1985. Çimentoların Fiziki ve Mekanik Deney Metotları. Türk

Standartları Enstitüsü, Ankara.

TS 500, 1984. Betonarme Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları, Türk

Standartları Enstitüsü, Ankara.

TS 639, 1975. Uçucu Küller. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.

TS 640, 1975. Uçucu Küllü Çimento. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.

TS 706, 1980. Beton Agregaları. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.

TS 1900, 1987. İnşaat Mühendisliğinde Zemin Laboratuvar Deneyleri, Türk

Standartları Enstitüsü, Ankara

66

TS 3068, 1978. Laboratuvarda Beton Deney Numunelerin Hazırlanması ve

Bakımı. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.

TS 3286, 1979. Betonun Eğilmede Çekme Dayanımının Şantiyede Tayin

Deneyleri. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.

TS 3526, 1980. Beton Agregalarında Özgül Ağırlık ve Su Emme Oranı

Tayini.Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.

TÜRKER, P., ERDOĞAN, B., KATNAŞ, F., YEĞİNOBALI, A., 2003.

Türkiye’deki Uçucu Küllerin Sınıflandırılması Ve Özellikleri, TÇMB

Yayınları, Ankara.

67

ÖZGEÇMİŞ

10.05.1975’de Almanya’da doğdum. İlk, orta, lise ve üniversite öğrenimimi

Adana’da tamamladım. Üniversiteye 1993’te girdim ve 1998 yılında Çukurova

Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesinden İnşaat Mühendisi olarak

mezun oldum. Aynı bölüme 2003’de girerek Yüksek Lisans öğrenimine

başladım. Askerliğimi yedek subay rütbesinde Hv.k.k.’lığı Merkez Karargah

Ankara’da İnşaat Mühendisi olarak yaptım. 1998-2004 tarihlerinde çesitli

firmaların yapmış olduğu inşaat ve taahhüt işlerinde şantiye şefi olarak

çalıştım. İyi derecede İngilizce ve Almanca bilmekteyim.

.