Puzolan — Sedat Kurugöl

Puzolan

Belki de yapı malzemesi bileşeni olarak üzerinde en çok araştırma yapılmış maddelerden biri de puzolanlardır Bu yönelim üzerinde geçmişte ve günümüzde dünyanın birçok ülkesinde kullanılmış malzemelerden biri olması gibi nedenler de bulunmaktadır Aslında bu maddelerin ilk kez nerede ve ne şekilde kullanılmış olduğu da pek açık değildir Puzolanların tarih sahnesine Romalı mimar Vitrivius un ünlü kitabında sözü geçmesiyle çıktığı görünmektedir Geleneksel kireç harçlarındaki kullanım tekniklerinin kuşaklar boyunca ampirik yöntemlerle sürdürülmesi ve bu tekniklerin yazılı kaynaklara yeterince yansımamış yada kaynakların kaybolmuş olması nedeniyle Ortaçağ boyunca puzolan kullanımıyla ilgili bir sessizlik dönemi geçmiştir 17 nci yüzyılın sonlarında belki de aydınlanma döneminin bir yansıması olarak eski tekniklere bir yönelimin başlamasıyla yeniden gündeme geldiği ve bununla ilgili araştırmalarda gelişmeler olduğu görülmektedir Bu çalışmalar 18 ve 19 ncu yüzyıllarda yoğunluk kazanarak Portland çimentosunun keşfine yol açmıştır Bu yeni buluş sanki bir moda etkisi yaratarak çimentonun konut üretiminden endüstriyel yapılara kadar her alanda kullanılabilirliğine olanak sağlamıştır Geçen yüzyılın başlarında uygulamalarda ortaya çıkan bazı beklenti ve sorunların giderilmesi performansının iyileştirilmesi için çimentonun ve çimento ile hazırlanan kompozitlerin puzolanlarla takviye edilmesi gereği de ortaya çıkmıştır Puzolan kullanımıyla diğer yandan hem çimentonun üretim sürecinde enerji tasarruf sağlanacağı hem de daha az karbon salınımı nedeniyle çevresel etkiler açıdan faydalar da elde edilebileceği anlaşılmıştır Yine bu dönemlerde özellikle de 20 yüzyıldan itibaren tarihi eserlerin koruma ve onarım çalışmalarının geleneksel tekniklere uygun olarak yapılma ihtiyacı bu tekniklerin araştırılmasına yeni bakışlar getirmiştir Eski kaynakların taranması tarihi eserlerden kullanılan kireç harçları üzerinde analizler yapılarak bunların karakteristiklerinin belirlenmesi şeklindeki incelemeler de artmaya başlamıştır Burada da puzolanlar tekrar gündeme geldiği görünmektedir Günümüzde bu çalışmalar yoğunluğunu kaybetmeden halen devam etmektedir Sürdürülebilirlik ve çevre sorunları ülkemizde olduğu gibi tüm dünyada da önemli bir konu haline gelmektedir Özellikle çağımızın temel yapı malzemesi olan çimento ve beton üretim teknolojisinin birçok aşaması sürdürülebilirliği etkileyebilmektedir Puzolanların hem harç ve beton tasarımında hem de tarihi mirasın korunması açısından da önemli bir yere sahip olduğu kuşkusuzdur Bu nedenle bir yapı malzemesi bileşeni olarak kullanım sürecinden başlayarak puzolanların kireçle yaptıkları reaksiyon ve bu reaksiyonla meydana gelen değişiklikler ve bu değişikliklerin tespit yöntemleri ile ilgili konuların topluca bir araya getirilmesinde yarar olabileceği düşüncesi bu çalışmanın amacını oluşturmaktadır Çünkü çok sayıda yayın olmakla birlikte puzolanlar ve puzolanlarla üretilmiş kompozitler üzerine konunun bu şekilde ele alınarak irdelenmesi şeklinde basılı bir yayın bulunmamaktadır Her konu ortaya konulurken çeşitli araştırmacıların yaptıklara çalışmalardan geniş ölçüde yararlanılmıştır İnceleme giriş ve dört bölümden oluşmaktadır Giriş bölümünde antik dünyadan günümüze kadar puzolanların kullanımıyla ilgili tarihsel sürecin kilometre taşları ortaya konulmaktadır Birinci bölümde geleneksel ve modern puzolan türleri ile genel özellikleri ikinci bölümde puzolanik reaksiyonun mekanizması ve bu mekanizma üzerinde etkili olan faktörler ele alınmakta üçüncü bölümde ise puzolanik aktivitenin tespit ve değerlendirilmesinde yararlanılan çeşitli klasik deneyler ve ileri analiz yöntemleri bir bütün halinde gösterilerek bu teknikler arasındaki ilişkiler değerlendirilmektedir Dördüncü ve son bölümde de puzolanların karakteristik kullanım şekillerinden örnekler verilmektedir Her bölümde çeşitli araştırmacıların puzolanlar üzerine yaptıkları incelemelere ve bunların sonuçlarına göre değerlendirmeler yapılmaya ve konularla ilgili karakteristik örnekler verilmeye gayret gösterilmiştir Hiçbir çalışma tam anlamıyla bitmiş ve hatasız da değildir Her araştırmada olduğu gibi burada da muhakkak ki bu yönde bazı eksiklikler bulunabilecektir Benzer yönde yapılacak çalışmalarda bunlar belki de yönlendirici olabilir ve araştırmalar için yeni ufuklar açabilir Özellikle puzolan katkılı kompozitlerin durabilite özellikleri üzerinde çok az durulduğundan bunların ayrı bir incelemede ele alınması uygun görünmüştür Burada puzolanlar üzerinde çalışma yapacak araştırmacılar için faydalı olabileceği düşüncesiyle kaynakların sayısı zenginleştirilmiş ve bunlar her bölümün sonuna eklenmiştir Çalışma sırasında değerli vakitlerini ayırıp yaptığı teşvikler öneriler ve yardımları için hocam Prof Dr Halit Yaşa ERSOY beye teşekkürlerimi sunarım İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ 1 GİRİŞ 3 PUZOLAN GENEL KULLANIM TARİHÇESİ 3 Bölu m Kaynakları 20 BÖLÜM 1 22 1 PUZOLANLARIN ÖZELLİKLERİ 22 1 1 Puzolanların Genel Kimyasal ve Mineralojik Özellikleri 22 1 2 Puzolanların Fiziksel Özellikleri 25 1 3 Puzolan Tu rleri 30 1 3 1 Doğal puzolanlar 31 1 3 1 1 Volkanik ku ller 33 1 3 1 2 Volkanik tu fler 34 1 3 1 3 Su nger taşı Pomza Ponza 35 1 3 1 4 Perlit 36 1 3 1 5 Zeolitler 37 1 3 1 6 Diyatomeli topraklar 41 1 3 4 7 Opal 45 1 3 1 8 Pişmiş doğal killer ve şeyller 47 1 3 2 Puzolanik özellik u zerine sıcaklığın etkisi 48 1 3 2 1 Sıcaklığın kaolinit tipi killere etkisi metakaolin 51 1 3 2 2 Sıcaklığın İllit ve Sepiyolit tip killer u zerine etkisi 52 1 3 2 3 Sıcaklığın montmorillonit tip kil u zerine etkisi 53 1 3 3 Yapay puzolanlar 54 1 3 3 1 Uçucu ku ller 55 1 3 3 2 Silis dumanı 58 1 3 3 3 Yu ksek fırın cu rufları 62 1 3 3 4 Kalsine edilmiş toprak u ru nleri Pişmiş toprak malzemeler 66 1 3 3 4 1 Tuğla ve kiremitler 66 1 3 3 4 2 Diğer seramikler 69 1 3 3 4 3 Atık cam tozları 72 1 3 3 5 Kalsine edilmiş tarımsal u ru nler 75 1 3 3 5 1 Pirinç Kapçığı ku lu 77 1 3 3 5 2 Şeker Kamışı Ku spesi 80 1 3 3 5 3 Buğday ve arpa samanı ku lleri 82 1 3 3 5 4 Muz kabuğu ku lu 84 1 3 3 5 5 Bambu yaprağı ku lu 85 1 3 3 6 Diğer çeşitli atık sanayi maddeler sentetik puzolanlar 87 1 3 3 6 1 Boksit atıkları 88 1 3 3 6 2 Nano tanecikler nano silis 89 1 3 3 6 3 Silika jel 92 1 3 3 6 4 Katalitik atıklar 94 1 3 3 6 5 Sanayi atığı çamurları 97 Bölu m Kaynakları 99 BÖLÜM 2 109 2 PUZOLANİK AKTİVİTE ve PUZOLANİK REAKSİYON 109 2 1 Reaksiyonla İlgili Teoriler ve Reaksiyonun Genel Çerçevesi 109 2 1 1 Silikat sistemleri 112 2 1 2 2 İyonların koordinasyonu 114 2 1 2 Puzolanik reaksiyonun genel mekanizması 115 2 1 2 3 Puzolanik reaksiyonun kinetiği 116 2 1 2 3 1 iyon değişimi ve ayrışma reaksiyon başlangıcı 116 2 1 2 3 2 yeni iyon bağların oluşumu yoğunlaşma başlangıcı indu ksiyon aşaması 118 2 1 2 3 3 kristalleşme ve jelleşme ana reaksiyon aşaması 118 2 1 3 Puzolan ile kireç ve çimento arasındaki reaksiyonlar 120 2 1 3 1 Hidratasyon reaksiyonları 120 2 1 3 2 Puzolanik reaksiyonlar 121 2 1 4 Puzolanik reaksiyon Alkali Silis Reaksiyonu ASR 124 2 1 5 Puzolanik reaksiyon kinetiğinin analitik yöntemlerle yorumlanması 128 2 3 Puzolanik Reaksiyona Etki Eden Hususlar 132 2 3 1 Sıcaklık 132 2 2 1 1 Silisin çözu nebilirliği u zerinde sıcaklığın etkisi 134 2 2 1 2 Kalsiyum hidroksitin çözu nebilirliği u zerinde sıcaklığın etkisi 135 2 2 1 3 Puzolan katkılı sistemlere sıcaklığı etkisi 136 2 2 2 Ortamın hidrojen konstantrasyonu pH 140 2 2 2 1 Silisin pH ortamda davranışları 140 2 2 2 2 Alu minanın pH ortamında davranışı 141 2 2 3 Puzolanın ve ortamın nem içeriği 143 2 2 4 Puzolanın doğası ve yu zey alanı 144 2 2 5 Puzolanın alkali ve su lfat içeriği 146 2 2 6 Alkali katkıların reaksiyon u zerine etkisi 147 2 2 6 1 Az kalsiyum içeren sistemlerde alkalilerin etkisi 149 2 2 6 2 Kalsiyumca zengin olan sistemlerde alkali etkisi 150 2 2 7 Su lfatlı katkıların reaksiyonun u zerine etkisi 152 2 2 8 Puzolanın değişebilir katyon kapasitesi 155 2 2 9 Zaman 157 2 2 10 Karışım oranlarının etkisi 158 2 2 11 Kireç faktöru 159 2 3 Puzolanik Reaksiyon Üru nleri 165 2 3 1 Puzolan kireç karışımlarının reaksiyon u ru nleri 165 2 3 2 Puzolan çimento karışımlarının reaksiyon u ru nleri 170 2 3 3 Puzolanların klinkerle hidratasyon reaksiyonu 173 2 3 4 Puzolanik reaksiyon u ru nleri u zerinde CaO SiO2 oranının etkisi 173 2 3 5 Puzolanik reaksiyonda SiO2 Al2O3 oranının etkisi 175 Bölu m Kaynakları 177 BÖLÜM 3 184 3 PUZOLANİK AKTİVİTE TEST YÖNTEMLERİ 184 3 1 Puzolanik Aktivite Testlerine Genel Bakış 184 3 1 1 Doğrudan Uygulanan Deney Yöntemleri 187 3 1 2 Dolaylı Deney Analiz Yöntemleri 187 3 2 Kimyasal Yöntemler ve Temel Karakteristik Özellikleri 188 3 2 1 Fratini Testi 188 3 2 2 Doygun Kireç test yöntemi 189 3 2 3 Chapelle Aktivite İndisi 190 3 2 4 Diğer kimyasal teknikler 194 3 2 5 Kimyasal tekniklerin değerlendirmesi 195 3 2 6 Puzolanın Katyon değişim kapasitesinin tespiti KDK CEC 199 3 2 7 Kimyasal tekniklerle diğer yöntemler arasındaki ilişkiler 201 3 3 Fiziksel Ölçu m Teknikleri 204 3 3 1 Elektriksel ölçu m yöntemleri 205 3 3 1 1 İletkenlik Kondu ktometre ölçu mleri 205 3 3 1 2 Elektriksel öz direnç ölçu mleri 211 3 3 2 Termal analizler DTA TGA TG 216 3 3 2 1 Kalorimetrik Solu syon ve İzotermal DSC teknikler 222 3 3 2 2 Hidratasyon ısısı u zerine puzolanın etkisi 223 3 3 3 Fiziksel tekniklerin genel değerlendirmesi 229 3 4 Mekanik Yöntemler 230 3 4 1 Puzolan içeren karışımların dayanımını etkileyen hususlar 233 3 4 2 Kalsiyum hidroksit tu ketimi ile dayanım arasındaki ilişkiler 234 3 4 3 Puzolan katkılı karışımların mekanik özellikleri 235 3 4 4 Puzolanik aktivite ile Ultrases hızı arasındaki ilişkiler 242 3 5 İleri Analiz Teknikleri Spektroskobik yöntemler 244 3 5 1 Mineralojik yöntemler XRD ve kantitatif Rietveld 245 3 5 2 X ışını Floresans spektrometre XRF yöntemi 250 3 5 3 Plazma ve Emisyon Spektrometre yöntemleri ICP MS ICP OES 251 3 5 4 Fourier Dönu şu mlu Kızıl Ötesi Spektrometre yöntemi FT IR 254 3 5 5 Raman Spektroskopisi yöntemi RS 257 3 5 6 Mikroskobik yöntemler SEM EDS TEM 262 Bölu m kaynakları 269 BÖLÜM 4 277 4 PUZOLANLARIN KULLANIM ŞEKİLLERİ 277 4 1 Sönmu ş kireçle kullanımı CH puzolan 277 4 2 Puzolanların bir bileşen şeklindeki kullanımı 279 4 2 1 Geleneksel puzolanik kireç harçları 280 4 2 2 Puzolanlı harç ve betonlar 284 4 2 2 1 Puzolan karışımlı inşaat ve yapı malzemeleri 286 4 2 2 1 1 Duvar harçları ve enjeksiyon malzemeler 286 4 2 2 1 2 Duvar birimleri hafif tuğlalar gaz beton 287 4 2 2 1 3 Ku tle ve normal betonlar 289 4 2 2 1 4 Yapay taşlar 292 4 3 Puzolanların çimento u retiminde kullanımı 293

1 Puzolanların Özellikleri 2 Puzolan Türleri 3 Puzolanik Aktivite Ve Puzolanik Reaksiyon 4 Silikat Sistemleri 5 Puzolanik Aktivite Test 6 Doğrudan Uygulanan Deney Yöntemlerı Yöntemleri 7 Puzolanların Kullanım Şekilleri 8 Duvar Harçları Ve Enjeksiyon Malzemeler

Puzolan