Yüksek Fırın Cürufu Özelliklerinin Beton Dayanımına Etkisi Nasıl Olur?

Çok ince öğütülmüş yüksek fırın cürufu ile yapılan betonun/harcın basınç dayanımı, normal incelikteki yüksek fırın cürufu ile yapılanlara göre daha yüksek olur. Çok ince öğütmenin erken yaşlardaki dayanım üzerinde de olumlu etkisi bulunur. Yüksek fırın cürufların inceliğinin artması durumunda, hem betonun/harcın basınç dayanımında hem de cüruf aktive indeksinde bir artış oluşur. Bu yazımızda, yüksek fırın cürufunun aktivite indeksi ve blaine değerleri ile beton basınç dayanımı arasındaki bağıntılara değineceğiz.

Betonda Yüksek Fırın Cürufu Neye Yarar?

Yüksek fırın cürufu katkılı betonların özellikleri üzerinde bir çalışma yapan Yeau ve Kim (2005), 28.günde cüruf içeren betonların performanslarının, kontrol betonunun performansına benzer olduğunu tespit etmiştir. Bununla birlikte, 56. günde cüruf katkılı betonların, normal Portland çimentolu betona göre oldukça üstün performansa sahip olduğunu bildirmişlerdir.

Araştırmacılara göre, %55 ikame oranına kadar tüm cüruf katkılı betonlar, 7 günden önce kontrol betonundan daha düşük basınç dayanımı sergilemiştir.

Test sonuçları, yüksek fırın cürufunun gizli bağlayıcılık özelliğinin, artan cüruf ikame oranıyla birlikte erken yaşlardaki basınç mukavemeti gelişimini yavaşlattığını göstermiştir.

Öte yandan, 28, 56 ve 91 gün gibi sonraki yaşlarda yüksek fırın cüruflu betonların basınç dayanımlarının, hiç cüruf katkısı içermeyen normal Portland çimentolu kontrol betonlarınınkine benzer ya da daha fazla olduğunu göstermiştir.

Daha detaylı içeriği Yüksek Fırın Cürufu Nedir? Betonda Yüksek Fırın Cürufu Neye Yarar? yazımızda inceleyebilirsiniz. 300, 400, 500 ve 600 m²/kg gibi farklı incelik değerlerine sahip yüksek fırın cürufları, %50’den %80’e kadar değişen ikame oranlarında 300 m²/kg incelikli çimento içerisinde kullanmak suretiyle ürettikleri cüruf katkılı betonların özellikleri üzerinde bir çalışma yapan Sakai ve ark. (1992), elde ettikleri deney sonuçlarına göre, artan cüruf inceliği ile birlikte basınç dayanımının da artışını bildirmişlerdir.

Deneysel Çalışma

Bu yazımızda değineceğimiz çalışmada, çimento yerine farklı aktivite indeksi ve blaine değerlerine sahip yüksek fırın cürufu yerleştirerek çeşitli karışımlar elde edilmiş ve 28, 56 ve 90-Günlük beton basınç dayanımı değerleri ölçülmüştür.

Çalışmanın amacı, yüksek fırın cürufunun değişkenlik gösteren aktivite indeksi ve blaine değerleri ile beton basınç dayanımı arasında bağıntılar bulunması ve bu bağıntıların formülize edilmesidir.

Aktivite indeksi ve blaine değeri parametrelerine bağlı olarak basınç dayanımı matematiksel olarak modellenmiştir.

Beton basınç dayanımı özelliği üzerinde etkin olan yüksek fırın cürufu parametrelerinin bulunmasında regresyon analizi yaklaşımı kullanılmıştır.

Elde edilen analiz sonuçlarına göre yüksek fırın cürufu özelliklerinin, 28, 56 ve 90-Günlük ileriki yaş beton mukavemetlerine olan etkisi yorumlanmıştır.

Beton karışımlarının hazırlanmasında, İsdemir’den alınıp Çimsa Mersin Çimento Fabrikası’nda öğütülen, TS EN 15167-1’e uygun yüksek fırın cürufu kullanılmıştır. Deneylerde kullanılan yüksek fırın cüruflarının kimyasal özellikleri Tablo 1’de verilmiştir. Yüksek fırın cürufunun ana bileşeni SiO₂’tir ve ağırlıkça SiO₂/Al₂O₃ oranı 3,88’dir. Yüksek fırın cürufunun kimyasal özelliklerinin (CaO+MgO)/SiO₂>1,00 olduğundan puzolanik özelliğinin olumlu olduğu tespit edilmiştir (Erdoğan, 2003).

Deneysel çalışmada, hazırlanan beton karışım oranları Tablo 2’de verilmiştir. Kontrol karışımında bağlayıcı olarak, 320 kg/m³ CEM I 42.5 R kullanılmıştır. S1 kodlu karışım, çimento yerine %25 oranında yüksek fırın cürufu ve S2 kodlu karışım, çimento yerine %50 oranında yüksek fırın cürufu içeren 320 kg/m³ toplam bağlayıcı ile hazırlanmıştır. S1 ve S2 kodlu karışımlardan, 28 farklı üretim gününe ait yüksek fırın cürufu kullanılarak, 28 adet hazırlanmıştır.

Yüksek Fırın Cürufu Aktivite İndeksi ve Blaine Değerinin Betona Etkisi Nasıl Olur?

Mineral katkı içermeyen kontrol karışımının 7, 28, 56, 90-Günlük basınç dayanım sonuçları Tablo 3’de verilmektedir.

Deneylerde kullanılan 28 farklı üretim gününe ait yüksek fırın cüruflarının aktivite indeksi ve incelik (Blaine) değerleri, Tablo 4’de verilmektedir.

YFC içeren beton karışımları tasarımında, YFC üretiminde oluşan standart sapma değerleri dikkate alınmalıdır. Bu çalışmada, YFC incelik ve aktivite indeksi standart sapma değerleri sırasıyla 288,20 cm²/gr ve % 2,40 olarak ölçülmüştür.

Tablo 4. Yüksek Fırın Cüruflarının Fiziksel Özellikleri, %25 ve %50 Yüksek Fırın Cürufu İçeren Karışımların Basınç Dayanımı

Yüksek Fırın Cürufu	Deney No	7-G	28-G	56-G	90-G	Deney No	7-G	28-G	56-G	90-G
Blaine Değeri (cm2/gr)	28 Günlük Aktivite İndeksi (%)	Beton Basınç Dayanımı (MPa)	Beton Basınç Dayanımı (MPa)
4400	78	S1-1	36	46	46	50	S2-1	29	44	45	50
4560	81	S1-2	37	47	49	51	S2-2	28	48	48	51
4500	75	S1-3	37	43	48	50	S2-3	29	44	48	50
4650	78	S1-4	37	44	48	50	S2-4	29	44	47	49
4020	76	S1-5	38	43	46	48	S2-5	31	45	47	48
4700	80	S1-6	37	46	51	53	S2-6	29	45	48	51
3990	74	S1-7	37	42	46	48	S2-7	31	41	47	49
4610	80	S1-8	38	48	49	50	S2-8	30	46	47	49
4150	76	S1-9	32	42	45	48	S2-9	30	42	44	48
4660	79	S1-10	36	48	48	50	S2-10	29	46	45	49
3890	72	S1-11	38	43	45	47	S2-11	28	40	44	46
3760	74	S1-12	32	46	46	47	S2-12	28	41	44	46
4030	75	S1-13	31	47	48	48	S2-13	24	41	46	47
4010	76	S1-14	31	42	45	49	S2-14	23	38	44	46
4400	78	S1-15	32	47	49	50	S2-15	23	41	44	47
4020	74	S1-16	31	43	45	48	S2-16	24	39	44	45
3960	77	S1-17	32	47	48	50	S2-17	24	40	47	49
4210	76	S1-18	36	48	49	50	S2-18	29	44	47	49
4170	77	S1-19	31	42	46	49	S2-19	23	41	46	49
4140	74	S1-20	30	43	46	48	S2-20	23	42	46	48
4530	77	S1-21	32	45	49	50	S2-21	23	45	49	50
4360	77	S1-22	31	44	49	50	S2-22	24	43	47	49
4120	77	S1-23	31	46	49	49	S2-23	24	46	47	49
3950	74	S1-24	36	46	48	48	S2-24	26	44	47	46
3870	75	S1-25	31	46	49	48	S2-25	23	44	47	47
4100	74	S1-26	31	43	45	47	S2-26	23	43	45	47
3910	74	S1-27	31	43	48	48	S2-27	22	41	45	46
3780	71	S1-28	31	42	44	47	S2-28	24	41	43	44
4195	76	Ort.	34	45	47	49	Ort.	26	43	46	48
3760	71	Min.	30	42	44	47	Min.	22	38	43	44
4700	81	Max.	38	48	51	53	Max.	31	48	49	51
288,20	2,40	σ	2,9	2,09	1,82	1,49	σ	3	2,34	1,69	1,73

28 farklı üretim gününe ait YFC ile hazırlanan %25 YFC içeren S1 kodlu ve %50 YFC içeren S2 kodlu karışımların 7, 28, 56, 90-Günlük basınç dayanım sonuçları Tablo 4’de verilmektedir (Tablo 4).

YFC kullanımı ile hazırlanan betonlarda YFC kullanım oranı, beton performansı açısından önemlidir. Mineral katkı içermeyen kontrol karışımında 7/28 günlük dayanım oranı 0,86 iken, çimento yerine %25 YFC kullanılan S1 karışımlarında ortalama 0,75, çimento yerine %50 YFC kullanılan S2 karışımlarında ise ortalama 0,61 olarak gerçekleşmiştir.

YFC, Portland çimentosuna göre daha yavaş hidrate olduğundan, cüruflu betonların erken yaşlardaki dayanım gelişim oranları daha düşük ölçülmüştür.

YFC kullanımında, YFC üretiminde oluşan standart sapma mutlaka dikkate alınarak beton tasarımları belirlenmelidir. %25 YFC katkılı karışımlarda YFC dışında diğer beton bileşenleri sabit iken 28-Günlük dayanımlarda standart sapma 2,09, %50 YFC katkılı karışımda ise 2,34 olarak hesaplanmıştır. YFC kullanımından ötürü oluşan bu standart sapma değerinin ileriki dayanımlarda giderek azaldığı tespit edilmiştir (Tablo-4).

YFC incelik değerinin endüstriyel üretimdeki değişimi Şekil 1’de verilmektedir.

YFC kullanımının erken dayanımı düşürdüğü (Şekil 2) ancak, 28, 56 ve 90-Günlük dayanımlar incelendiğinde mineral katkısız kontrol karışımına göre YFC içeren karışımların daha yüksek dayanım verdiği görülmüştür (Şekil 3, Şekil 4, Şekil 5).

Şekil 6 ve Şekil 7’de Minitap programı ile hazırlanan YFC içeren karışımlardaki dayanım gelişimi incelenmiştir. YFC içeren betonlardaki daha yüksek ileriki yaş beton dayanımı, cürufun daha yavaş hidratasyon reaksiyonunun bir sonucu olarak meydana gelen daha yoğun hidrate olmuş mikro yapıdan ileri gelmektedir.

YFC’ye ait blaine değerlerinin, YFC’nin 28-Günlük aktivite indeksi değerlerine etkisi olduğu ve bu etkinin değerinin R²=%67,2 olduğu tespit edilmiştir. YFC’lerin inceliğinin artması ile cürufun aktive indeksinde artış olduğu görülmüştür (Şekil 8).

Sonuçlar: Yüksek Fırın Cürufu Kullanmanın Önemi Nedir?

YFC’nin 28 günlük aktivite indeksi, blaine değerleri ve 7 günlük ve 28 günlük beton dayanım sonuçlarına göre, 90 günlük beton dayanım değerini hesaplayabileceğimiz modelleme yapılmıştır. YFC kullanımının %25 olduğu beton karışımlarında R²=%84,1, YFC kullanımının %50 olduğu beton karışımlarında R²=% 69,1 olarak tespit edilmiştir.

%25 YFC içeren karışımların regresyon denklemi:

90 Günlük Dayanım = 13,9 + 0,00219 × YFC Blaine + 0,331 × YFC 28 Akt. İndk. – 0,0238 × 7 Günlük + 0,0333 × 28 Günlük

(1) R² = %84,1                      R² (adj) = %81,3

%50 YFC içeren karışımların regresyon denklemi:

90 Günlük Dayanım = 15,0 + 0,00197 × YFC Blaine + 0,184 × YFC 28 Akt. İndk. + 0,0790 × 7 Günlük + 0,203 × 28 Günlük

(2) R² = %69,1                    R² (adj) = %63,8

Regresyon denklemlerinden görüldüğü üzere, YFC’lerin inceliğinin ve aktivite indeksinin artması durumunda, ileriki yaş beton basınç dayanımı artmaktadır.

Kullanılan Kaynaklar

• Gülen, F. (2015) Yüksek Fırın Cürufu Üretimindeki Standart Sapmanın Beton Basınç Dayanımı Üzerindeki Etkisi ve Girdilere Göre 90-Günlük Dayanımın Modellenmesi, 9. Ulusal Beton Kongresi : sürdürülebilir beton, 16-18 Nisan 2015, Antalya
• Onat, O. B., (1998) Türkiye’de Üretilen Yüksek Fırın Cüruflarının Çimento Özelliklerine Etkisi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul.
• Erdoğan, T.Y., (2003) Beton. ODTÜ Geliştirme Vakfı ve Yayıncılık A.Ş., Ankara, 741s.
• Nawy, E. G., (2001) Fundamentals of High-Performance Concrete. John Wiley&Sons Inc, USA.
• Yeau, K. Y., Kim, E. K., (2005) An Experimental Study on Corrosion Resistance of Concrete with Ground Granulated Blast-Furnace Slag. Cement and Concrete Research, Vol. 35, pp. 1391–1399.