yüksek-firin-curufu
Okuma Süresi 6 dakika
Paylaş:

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).

kimysal-ozellikler
Tablo 1. YFC’lerin Kimyasal Özellikleri

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.

yuksek-firin-curufu-karisim-oranlari
Tablo 2. Beton Karışım Oranları (1m3)

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.

yuksek-firin-curufu-kontrol-karisimi
Tablo 3. Kontrol Karışımı Basınç Dayanımı ve Dayanım Oranları

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 CürufuDeney No7-G28-G56-G90-GDeney No7-G28-G56-G90-G
Blaine Değeri (cm2/gr)28 Günlük Aktivite İndeksi (%)Beton Basınç Dayanımı (MPa)Beton Basınç Dayanımı (MPa)
440078S1-136464650S2-129444550
456081S1-237474951S2-228484851
450075S1-337434850S2-329444850
465078S1-437444850S2-429444749
402076S1-538434648S2-531454748
470080S1-637465153S2-629454851
399074S1-737424648S2-731414749
461080S1-838484950S2-830464749
415076S1-932424548S2-930424448
466079S1-1036484850S2-1029464549
389072S1-1138434547S2-1128404446
376074S1-1232464647S2-1228414446
403075S1-1331474848S2-1324414647
401076S1-1431424549S2-1423384446
440078S1-1532474950S2-1523414447
402074S1-1631434548S2-1624394445
396077S1-1732474850S2-1724404749
421076S1-1836484950S2-1829444749
417077S1-1931424649S2-1923414649
414074S1-2030434648S2-2023424648
453077S1-2132454950S2-2123454950
436077S1-2231444950S2-2224434749
412077S1-2331464949S2-2324464749
395074S1-2436464848S2-2426444746
387075S1-2531464948S2-2523444747
410074S1-2631434547S2-2623434547
391074S1-2731434848S2-2722414546
378071S1-2831424447S2-2824414344
419576Ort.34454749Ort.26434648
376071Min.30424447Min.22384344
470081Max.38485153Max.31484951
288,202,40σ2,92,091,821,49σ32,341,691,73


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.

blaine-degeri
Şekil 1. YFC Blaine Değerinin Endüstriyel Üretimdeki Değişimi.

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).

basinc-dayanimlari-grafik
Şekil 2. Beton Karışımlarının 7-Günlük Basınç Dayanımları.
28-gun-basinc-dayanimi
Şekil 3. Beton Karışımlarının 28-Günlük Basınç Dayanımları.
yuksek-firin-curufu-deneyler-grafik
Şekil 4. Beton Karışımlarının 56-Günlük Basınç Dayanımları.
yuksek-firin-curufu-deneyler
Şekil 5. Beton Karışımlarının 90-Günlük Basınç Dayanımları.

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.

yuksek-firin-curufu-basinc-gelisimi
Şekil 6. Çimento Yerine %25 YFC Yerleştirilen Karışımların Basınç Dayanımı Gelişimi.
yuksek-firin-curufu-basinc-dayanimi
Şekil 7. Çimento Yerine %50 YFC Yerleştirilen Karışımların Basınç Dayanımı Gelişimi.

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).

yuksek-firin-curufu-blaine
Şekil 8. YFC Blaine Değeri ile YFC Aktivite İndeksi Arasındaki İlişki

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

Yazar: Fulya Gülen Şahin

Beton; çimento, agrega (çakıl,kum, mıcır vb.), su ve bazı katkı maddelerinin karıştırılarak oluşturulduğu bir yapı malzemesidir. Başlangıçta plastik ve akıcı kıvamda olan …

İnşaat ve yapı malzemeleri sektörü, hayatımızın birçok alanında karşımıza çıkan ve her anlamda etkileşimde bulunan malzemelerle dolu. Ancak çimento, bu geniş yelpazede …