Hazırlayanlar

Yasin MERCAN 2013138050

Mert AKYÜREK 2013138049

Yol üstyapısının her bir tabakasında kullanılan malzemeler, yolun öngörülen ömür ve konfor seviyesinin sağlanması bakımından büyük önem taşırlar. Esnek yol üstyapısını oluşturan bağlayıcı ve agregaların özellikleri esnek üstyapının performansını etkiler. Bu sektörde kullanılan tabii kaynakların kısıtlı olması nedeniyle malzeme maliyetleri yükselmiştir. Bu nedenle endüstriyel atıkların inşaat sektöründe kullanılması çok yönlü yarar sağlayabilecek bir konu olmuştur. Bu atıkların kullanımı ile, bir taraftan sınırlı tabii kaynakların hızlı tüketimi önlenirken, diğer taraftan da atıkların sebep olduğu çevre problemlerine bir ölçüde çözüm getirilmiştir.

Yüksek fırın cürufu (YFC), demir-çelik tesislerindeki yüksek fırınlarda demir üretimi esnasında açığa çıkan bir yan üründür. Yüksek fırın cürufu aniden soğutularak granüle hale getirilir ve daha sonrasında öğütülür. Öğütülen bu malzeme çimentoya katılabildiği gibi betonda ayrı olarak da kullanılabilmektedir.

Yüksek fırın cürufu tek başına bağlayıcılık özelliği olmayan, ancak Portland çimentosu ile birlikte kullanıldığında bağlayıcılık özelliği kazanan bir malzemedir. Yüksek fırın cürufunun betonun fiziksel ve mekanik özelliklerine oldukça fazla olumlu katkısı vardır.

Tablo: Cürufun taze ve sertleşmiş betondaki etkileri

Yüksek fırın cürufu ve yüksek fırın cüruflu çimento ile yapılan betonun en önemli üstünlüğü çevresel etkilere karşı daha dirençli olmasıdır. Bu nedenle sülfat etkisi, deniz suyu etkisi, donma-çözünme etkisi ve aşınma etkisi gibi çevresel faktörlerin baskın olduğu yerlerde kullanımı faydalıdır. Ayrıca betonun daha işlenebilir ve geçirimsiz olmasını sağlar. Yüksek fırın cüruflu çimento ile yapılan betonların erken dayanımları bir miktar düşük gelmekle beraber nihai dayanımı portland çimentosuna oranla daha yüksektir.

Yüksek fırın cüruflu çimento, portland çimentosunun kullanıldığı her işte kullanılabilir. Ancak aşağıdaki tabloda belirtilen alanlarda kullanılacak en ideal çimento cinsidir.

Uçucu kül en yaygın puzzolandır. Bu malzeme, termik enerji santralleri içinde öğütülmüş kömürün yanmasıyla ortaya çıkan bir üründür.Baca gazları atmosfere bırakılmadan önce bu gazlar içindeki ince tanelerin toz toplama sistemi tarafından toplanmasıyla elde edilir.

Türkiye'de artan enerji talebi, çok sayıda kömür yakan enerji santrallerinin yapılmasını gerektirmiştir.Ancak bu gelişme beraberinde uçucu kül veya pulverize yakıt külü olarak adlandırılan çok miktardaki artık malzemenin emniyetle depolanması veya en iyi şekilde değerlendirme sorununu da birlikte getirmiştir. Halen Türkiye'de yılda yaklaşık “11.000.000 ton" uçucu kül üretilmektedir.

Uçucu kül, özellikleri yakılan kömüre, yakma ve külün toplama metodu vs. gibi faktörlere bağlı olarak her termik santral için hatta aynı santral için farklılıklar gösteren bir malzemedir. Ancak, genel olarak gri-kurşuni renkli, hakim çapı silt boyutu olan küresel danelerden oluşan ve killi zeminlerin aksine plastik olmayan bir malzeme olarak tanımlanabilir. Kısmen içleri boş olduğundan dane özgül ağırlığı tabii zeminlerden daha düşüktür. Kimyasal bileşimine bakıldığında silisyum oksit (SiO2), demir oksit (Fe2O3), kalsiyum oksit (CaO) ve magnezyum oksit (MgO) içerdiği görülür. Uçucu küllerin önemli bir özelliği, CaOmuhtevasına bağlı olarak pozolanik davranım (age hardeningyani zamanla sertleşerek mukavemet kazanma özelliği) göstermesidir.CaO yüzdesi linyit yakan termik santrallerde taşkömürü yakan santrallerden çıkan uçucu küllere nazaran daha yüksektir, ve bu orjinli uçucu küller pozolandır.

Tablo: Türkiye’deki bazı Uçucu küllerin kimyasal kompozisyonları

Kül ve curuf, endüstriyel tesislerde ısı üretimi amacıyla kömür gibi katı yakıtların yakılması sonucu oluşmaktadır. Termik santraller, ısıtma tesisleri, gıda tesisleri, kimya tesisleri, tekstil fabrikaları gibi çeşitli endüstriyel tesislerde ortaya çıkan kömür külünün tahliye edilmesi gerekmektedir. Akışkan yataklı kazanlar, endüstri kazanları, buhar kazanları, kojenerasyon tesisleri, toz kömür kazanlarında yanma sonucu oluşan kül, havalı taşıma sistemleri (pnömatiktransport), helezon konveyörler, zincirli konveyör, elevatör sistemleri gibi çeşitli aktarım sistemleri ile taşınmaktadır.

Elektrofiltre ( ESP ) ile toplanan uçucu kül ( fly ash ) pnömatiksevk sistemi ile kül depolama silosuna aktarılmaktadır.

Elektrostatik filtre alt bunkerlerine bağlanan besleyiciler külü boru hattına aktarmaktadır. Boru hattındaki kül hava basıncı yardımıyla siloya aktarılmaktadır.

Sistemde gerekli basınçlı hava, hava pompaları yardımıyla sağlanmaktadır

Esp fly ash kül ve toz sevk sistemi PLC kontrollü çalışmaktadır. Scada sistemi yardımıyla ekipmanların çalışmaları kontrol odasından izlenmekte ve idare edilmektedir.

Akışkan yataklı kazanlarda oluşan kül pnömatik sevk sistemi ile siloya taşınmaktadır. Sistem 300C sıcaklığa kadar kül naklini sağlayabilmektedir.

Kül taşıma sistemi, çıkan kül miktarına göre her bir üniteden ayrı ayrı kül tahliye edebileceği gibi, hepsini tek bir boru hattı ile de toplayabilmektedir.

Siloda biriken uçucu kül, silobaslara yüklenerek tahliye edilmektedir. Silobas yükleme körükleri yardımıyla boşaltılan ince tanecikli kül ortama yayılmamaktadır.

Dünyada 1970'li yıllarda başlayan petrol krizinin ardından enerji kullanımını azaltmaya ve alternatif malzemelerin kullanılmasına yönelik çalışmalar artarak devam etmektedir. Uçucu küllerin fiziksel, kimyasal ve mineralojik özellikleri incelendiğinde, bunların inşaat sektöründe rahatlıkla kullanılabileceği ve dolayısıyla bir yandan malzeme ve enerji üretiminde ekonomi sağlanırken diğer taraftan çevre kirliliğinin önlenmesi ile ekolojik dengenin korunması da mümkün görülmektedir. İnşaat sektöründe Uçucu küller; çimento, beton, agrega, kerpiç, tuğla, gaz beton ve yalıtım malzemesi üretiminde, baraj ile yol yapımında ve geoteknik uygulamalarda kullanılmaktadır. Türkiye ve Dünyada Uçucu küllerin inşaat sektöründe kullanıldığı alanlar Tabloda özetlenmiştir.

Tablo: Uçucu küllerin inşaat sektöründe kullanıldığı alanlar

Türkiye’de uçucu kül kullanımına ait detaylı veriler bulunmamakla birlikte genellikle çimento ve tuğla üretimi ile baraj yapımında kullanıldığı görülmektedir. Avrupa’da inşaat sektöründe UK kullanımına örnek olarak İngiltere’deki durum Şekilde gösterilmiştir. İngiltere’de uçucu külün ağırlıklı olarak beton, hafif beton blok ve gaz beton blok üretiminde kullanıldığı görülmektedir.

Seri 1, Hafif beton bloklar

(taban külü) % 24, 24, 24%

Seri 1, Çimento hammaddesi

% 6, 6, 6%

Seri 1, Katkılı çimento % 3, 3,

3%

Seri 1, Beton katkısı % 19, 19,

19%

Hava katkısız beton blok&ön

yapım % 7

Seri 1, Çimento enjeksiyonu

% 8, 8, 8%Seri 1, Gaz beton bloklar %

24, 24, 24%

Seri 1, Dolgu ve zemin

iyileştirmesi % 7, 7, 7%

Seri 1, Çeşitli % 1, 1, 1%

Seri 1, Senosfer % 1, 1, 1%

İnşaat sektöründe uçucu külün yaygın olarak kullanıldığı alanların başında çimento sanayisi gelmektedir. 1980'li yıllardan itibaren Türkiye’de katkılı çimentoların çimento üretimindeki payı, % 90'ların üstüne çıkmıştır. Uçucu küllerin çimentoda; 1) hammadde, 2) katkı maddesi, 3) ikame malzemesi olarak kullanıldığı görülmektedir.

Uçucu kül, çimentonun ana hammaddeleri olan kil ve kalkere hammadde olarak karıştırılarak klinker üretiminde kullanılmaktadır. Uçucu kül çimentoda katkı olarak kullanıldığında enerji tasarrufu sağlanmakta ve daha ucuz çimento elde edilmektedir. Yine uçucu külün, ikame malzemesi olarak çimentoda kullanılması durumunda da ekonomi sağlanmaktadır. Çimento üretimi sırasında çok büyük miktarda doğal hammadde ve enerji tüketimi yapılmakta ve atmosfere CO2 gazı çıkmaktadır. Bu da sera etkisi yaparak iklim değişikliklerine neden olmaktadır. Bu yüzden çimento üretiminde uçucu kül kullanılması ile, doğal çevrenin bozulması ve enerji tüketimi azalacağı gibi havadaki CO2 miktarı da azalacağı için global ısınmanın en aza indirilmesi mümkün görülmektedir. Bu durumda enerji tasarrufu sağlandığından çimento maliyetinin de azalması söz konusudur.

Türkiye’de 1980 yılına kadar çimento üretiminde kullanılan toplam Uçucu kül miktarı, yaklaşık olarak 40.000 tondur.

Uçucu külün agrega olarak beton ve harç içinde kullanıldığı uzun zamandan beri bilinmektedir. Uçucu küller agregaların arasına girerek onları birbirine bağlar. Uçucu küller ince yapılı olduğundan boşlukları kapatabilir.Uçucu kül ; Türk, Amerikan ve İngiliz standartlarında beton ve duvar elemanları için yapay hafif agrega olarak kabul edilmektedir. Betonda uçucu kül kullanımı; 1) ince agrega, 2) sinterleme sonrası yapay hafif agrega ve 3) Uçucu kül ile bir miktar Portland çimento karıştırılarak elde edilen iri hafif agrega olmak üzere üç şekilde yapılmaktadır.

Uçucu küllerin agregaların arasına girerek onları birbirine bağlaması

Uçucu külün çimento ile birlikte inşaat sektöründe en çok kullanıldığı diğer bir alan, beton üretimidir. Uçucu kül, hem normal ve hafif betonda hem de giderek kullanımı yaygınlaşan hazır beton üretiminde gerek katkı gerekse ikame malzemesi olarak kullanılmaktadır. Bundan başka uçucu kül, ön üretim ve ön gerilmeli beton elemanların yapımında da kullanılmaktadır. Diğer taraftan uçucu külün, betonda su tutucu katkı maddesi olarak da kullanılabileceği önerilmektedir.

Beton karışımında uçucu kül kullanıldığında, betonun hem dayanım hem de dayanıklılığında artışlar elde edilmektedir. Betonda yüksek oranda uçucu kül ikamesi yapılan deneysel bir çalışmada, basınç dayanımı artarken aşınma dayanımlarının da arttığı gözlenmiştir.Benzer şekilde hafif betonlarda uçucu külün çimento ile ikame edildiği durumda da dayanım artışı elde edilmiştir. Yüksek miktarda C sınıfı uçucu külün kullanıldığı bir çalışmada, daha iyi kalitede ve düşük maliyetli beton üretimi gerçekleştirilmiştir.

Uçucu kül, betonun hidratasyon ısısını düşürmek maksadıyla Türkiye’de ve Dünyada bir çok barajın yapımında da kullanılmıştır. ABD’de 1953 yılında tamamlanan Hungry Horse barajının kütle betonunda 120.000 ton uçucu kül kullanıldığı bildirilmektedir. Bundan başka silindirle sıkıştırılmış beton (rolkrit) çok sayıda baraj, beton karışımlarına uçucu kül katılarak inşa edilmiştir. İngiltere’de nükleer bir enerji santralı inşaatında kullanılan betonda yaklaşık olarak 100.000 ton uçucu külün katkı malzemesi olarak kullanıldığı görülmektedir.

Uçucu külün betona etkileri aşağıdaki tabloda görülmektedir.

Bilindiği gibi kerpiç yapımında, killi toprak ile lif olarak saman kullanılmaktadır. Kerpiç, dayanımı düşük ve suya karşı da dayanıksız olan geleneksel bir yapı malzemesidir. Kerpicin dayanımını ve dayanıklılığını artırmaya yönelik çeşitli araştırmalar bulunmaktadır. Kerpice bağlayıcı olarak alçı katılmış ve elde edilen bu malzemeye alker adı verilmiştir. Alçı, Alker’in fiziksel ve mekanik özelliklerini, normal kerpice göre önemli ölçüde iyileştirmiştir. Bundan başka, kerpiç üretiminde uçucu külün kullanıldığı bazı araştırmalar da yapılmıştır. Bu çalışmalardan elde edilen sonuçlar, uçucu külün kerpiç özelliklerini olumlu yönde etkilediğini, dolayısıyla kerpiç üretiminde bağlayıcı malzeme olarak uçucu külün kullanılabileceğini göstermektedir.

Uçucu külün başka bir kullanım alanı ise tuğla üretimidir.Uçucu külün belirli oranlarda çeşitli malzemelerle birlikte tuğla üretiminde kullanılabileceği yapılan çalışmalarla belirlenmiştir. Elle çalıştırılan tuğla makinesinin kullanıldığı bir araştırmada uçucu kül, kireç ve kum birlikte tuğla üretiminde kullanılmıştır. Başka bir çalışmada uçucu kül, tüf ve kireç birlikte kullanılmış ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Uçucu külün kireç ile birlikte değişik oranlarda karıştırılarak tuğla yapımında kullanılabileceği, deneysel olarak yapılan bir çalışma ile önerilmiştir. Hindistan’da yapılan inşaatlarda uçucu kül tuğlası kullanılması uygun görülmektedir[100]. Türkiye’de tuğla üretiminde uçucu kül kullanımı, 1967 yılında başladığı halde daha sonra kesintiye uğramıştır. Ayrıca 1973 ve 1979 yıllarında ateş tuğlası üretiminde uçucu kül kullanıldığı görülmektedir.

Uçucu kül, inşaat sektöründe yol yapım çalışmalarında da kullanılmaktadır.Kaplama olarak hem beton hem de asfalt kullanılan otoyolların yapımında uçucu kül kullanılmaktadır. Konu ile ilgili çalışmaların A.B.D.’de 1930’lu yıllarda başladığı görülmektedir. İlk defa uçucu kül, 1938 yılında A.B.D.’nin Chicago şehrinde bir yol inşaatında çimentoya karıştırılarak kullanılmıştır.Uçucu külün, yol yapımında temel malzemesi ve asfalt karışımı içinde de mineral filler olarak kullanıldığı görülmektedir.

Geoteknik uygulamalarda uçucu kül, dolgu yapmak, zemin stabilizasyonu sağlamak ve bent yapmak amacıyla kullanılmaktadır. Bunun yanı sıra uçucu külün, sızdırmazlık sağlamak amacıyla atık depolama sahalarında, yol kaplaması altındaki dolgu tabakası yapımında, donatılı zemin duvarlarda duvarın arka dolgusu olarak ve ayrıca çöp atık sahaları üzerinde yapılan beton kaplama veya döşemelerdeki farklı oturma hasarlarının onarımı için kireç ile birlikte enjeksiyon uygulamasında kullanılmaktadır. Deneysel bir araştırma, yol dolgularının yapımında Uçucu külün çimento ile birlikte pratik olarak kullanılabileceğini göstermiştir.

Uçucu kül en yaygın puzzolandır. Bu malzeme, termik enerji santralleri içinde öğütülmüş kömürün yanmasıyla ortaya çıkan bir üründür.Baca gazları atmosfere bırakılmadan önce bu gazlar içindeki ince tanelerin toz toplama sistemi tarafından toplanmasıyla elde edilir.

İnşaat sektöründe uçucu kül çimento, beton, agrega, kerpiç, tuğla, gaz beton ve yalıtım malzemesi üretiminde, baraj ile yol yapımında ve geoteknikuygulamalarda kullanılmaktadır.

Priz süresini arttırır.

İşlenebilirliği arttırır.

Su ihtiyacını azaltır.

İşlenebilirlik,

Pompalanabilirlik, arttırır.

Terleme,

Priz süresi

Su ihtiyacı,

Hava içeriği, azaltır.

Hidratasyon ısısı,

Isı gelişimi

Kütle betonları

Deniz yapıları

Sanat yapıları

Kimyasal tesisler

Altyapı

Yollar