Uçucu küllerden soğuk bağlama yöntemiyle hafif-iri agrega üretimi ve atmosferik etkiler altında performansının araştırılması

Abstract

Günümüzde depolama sorunları nedeniyle endüstriyel atık maddelerin geri dönüşümünün sağlanması konusunda önemli çalışmalar yapılmaktadır. Son yıllarda düşük yoğunluğa sahip doğal veya yapay hafif agregalarla üretilen betonların yapı sektöründe kullanımı hızla artmaktadır. Doğal kaynakların kısıtlı olmasından ötürü hafif agrega katkılı beton kullanımına artan arz ve talep, araştırmacıları çevresel etmenlere ve enerji kullanımı da göz önüne alınarak yapay hafif agrega üretimine sevk etmiştir. Buna bağlı olarak uçucu kül gibi endüstriyel atık maddeler yapay hafif agrega üretiminde kullanılmaya başlanmıştır. Yapılan bu tez çalışması kapsamında Yatağan termik santralinden alınmış uçucu kül ile hafif-iri agrega üretimi yapılmıştır. Agrega üretimi için 18 mm çapında soğuk presleme yöntemiyle küp ve küre geometrisi arasında bir şekile sahip agrega üretimi sağlayan kalıp tasarlanmıştır. Bu sayede kaya birimlerinin müsait olmadığı çeşitli alanlarda (inşaat vb.) yeni bir agrega kaynağı alternatifi sunulması planlanmıştır. Geliştirilen kalıpla hiçbir bağlayıcı ve kimyasal malzeme kullanılmadan ve ısıl işlem (sinterleme) uygulanmadan presleme yöntemi kullanılarak uçucu kül agrega üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilmiş agregalar başta uçucu kül olmak üzere; Portland çimentosu ve sudan oluşan homojen karışımla üretilmiştir. Üretilen agregaların beton içerisinde kullanılabilirliği ve çeşitli yaşlandırma deneyleriyle (donma-çözülme, ıslanma-kuruma, dış ortam) dayanımı araştırılmıştır. Bu tez kapsamında mevcut yöntemlerde olduğu gibi agrega üretimi gerçekleştirilmiş ve üretilen agregaların dayanımı betonlarda kullanılan kireçtaşı agregasının dayanımına yaklaşmakta ve az da olsa yüksek olduğu saptanmıştır. Soğuk bağlama yöntemiyle üretilen uçucu kül agregalarının nokta yükü dayanımı yaklaşık olarak 5,9 MPa olarak belirlenirken, kireçtaşı agregasının yaklaşık 5,7 MPa olarak belirlenmiştir. Ayrıca uçucu külden üretilen agregaların yoğunlukları yaklaşık 1,83 g/cm3, kireçtaşı agregalarının yoğunlukları 2,69 g/cm3 olarak saptanmıştır. Uçucu külden üretilen agregalar ile kireçtaşı agregasından üretilen taze beton numuneler üzerinde yapılan dayanım değerleri kıyaslandığında uçucu kül agregalı beton numuneler ortalama 53,62 MPa dayanım değerine sahipken, kireçtaşı agregalı beton numuneler için bu değerin 44,22 MPa olduğu belirlenmiştir. Ayrıca uçucu kül agregalı beton numunelerin yoğunluk (kuru yoğunluk, doygun yoğunluk), ağırlıkça su emme, gözeneklilik değerleri de kireçtaşı agregalı beton numunelere göre oldukça azdır. 22 çevrim ve 44 çevrim olarak gerçekleştirilen donma-çözülme yaşlandırma deneyi sonunda belirlenen dayanım değerinde 44 çevrim sonunda %1,73 oranında bir değişim saptanmıştır. 40 çevrim ve 80 çevrim olarak gerçekleştirilen ıslanma-kuruma deneyinde ise 80 çevrim sonunda dayanım değerinde %4 civarında değişim meydana gelmiştir. Dış ortamda yapılan 270 çevrim yaşlandırma deneyi sonunda, kireçtaşı agregasıyla üretilen beton numuneler ile uçucu kül agregasıyla üretilen beton numunelerin dayanım değerleri ile fiziksel özellik değerlerinde fazla bir farklılık belirlenmemiştir. Anahtar kelimeler: Uçucu Kül, Hafif Agrega, Yatağan Termik Santrali, Soğuk Bağlama, Yaşlandırma Deneyleri

Recently, several important studies focus on the recycling of industrial waste materials due to their storage problem. During last decade, usage of concrete that produced from low density natural or lightweight artificial aggregates have increased in construction sector. Considering the increases on supply and demand on lightweight aggregate included concretes along with limited resource of natural raw materials, researchers focused on producing artificial lightweight aggregate with low energy usages and environmentally friendly. Therefore, industrial wastes, such fly ashes, are being used on artificial lightweight aggregate production. In this study fly ashes, were obtained from Yatağan Thermal Power Plant, used in light-coarse aggregate production. For this aim, a mould was design that allow to produce aggregates with 18 mm diameter geometry between cube to sphere using cold binding method. Herewith, a new alternative resource for aggregate could use for the areas (e.g. construction sites) with unsuitable raw materials. Another advantage of the designed mould is to produce fly ash aggregate applying pressing method using without any binding agent or sintering. The aggregate production in this study based on homogenous mixture of mainly fly ash, Portland cement and water. The strength and availability of produced aggregates in concretes were tested several aging tests (freezing-thawing, wetting-drying, exposure external environment). Furthermore, aggregates were also produced traditional methods and the results show that fly ash aggregates have similar or quite high strength than limestone aggregates that used in conventional concretes. The fly ash aggregates that are produced by cold binding methods have approximately 5,9 MPa point load index, whereas limestone aggregates have 5,7 MPa point load index. Additionally, density of fly ash aggregates are approximately 1,83 g/cm3 and limestone aggregates are 2,69 g/cm3. The strength of fly ash included aggregate concretes (53,62 MPa) are higher than limestone aggregate ones (44,22 MPa). The density (dry and saturated), water absorption capacity and porosity of the fly ash aggregates are less than limestone aggregates. The freezing-thawing aging test, both 22 and 44 cycles, results show that the strength of concrete samples increased 1.73%. The wetting-drying test applied as 40 and 80 cycles and the strength of concrete decreased 4% after 80 cycles test. The physical characteristics and strength of both fly ash and limestone aggregates are more and less similar after 270 cycles exposure external environment test. Keywords: Fly Ash, Lightweight Aggregate, Yatağan Thermal Power Plant, Cold Binding, Aging Tests