Uçucu kül ve silis dumanı katkılı yol betonlarının dayanım ve dayanıklılık özelliklerinin araştırılması

Abstract

Türkiye'de yolcu ve yük taşımacılığının çok büyük bir kısmı karayolu ağında yapılmaktadır. Bu nedenle; karayolu trafik hacmi ve trafik içindeki ağır taşıt sayısı hızla artmaktadır. Esnek üst yapılar, bu yoğun ve ağır trafiği karşılayamayıp beklenen dizayn ömründen önce büyük onarımlara ihtiyaç duymaktadır. Bunun sonucunda esnek üstyapıya alternatif olarak beton yollar ülke gündemine girmiştir. Beton yolların trafik yüklerini taşıyabilmesi, çevre koşullarına direnebilmesi ve ekonomik olması istenmektedir. Bunu sağlayabilmek için rijit kaplamayı oluşturan betonun dayanım ve dayanıklılık özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada; çimento yerine ağırlıkça %0, %5, %10 oranlarında Silis Dumanı (SD) ve %0, %5, %10, %15 oranlarında Uçucu Kül (UK) katılarak 12 farklı karışım hazırlanmıştır. Bu karışımların bazı dayanım ve dayanıklılık özellikleri araştırılmıştır. Dayanım kriteri olarak eğilme mukavemeti alınmış ve 7, 28, 91 günlük mukavemet değerleri tespit edilmiştir. Eğilme deneyleri sonucunda elde edilen verilere göre; SD ve UK, ayrı ayrı veya birlikte kullanılmaları durumunda eğilme mukavemetlerinde artışlar sağlamıştır. En yüksek 7 günlük mukavemet değeri %0SD-%15UK karışımında, en yüksek 28 günlük mukavemet değerleri %10SD-%10UK ile %5SD-%15UK karışımlarında ve en yüksek 91 günlük mukavemet değerleri %5SD-%15UK ile %5SD- %0UK karışımlarında gözlenmiştir. Dayanıklılık değerlendirmesi için donma-çözülme ( D-Ç) direnci kriter alınmıştır. Arazide beton yollar ısınma ve soğumaya yol yüzeyinden tek yönlü ısı geçişiyle maruz kalırlar ve buz çözücü tuzlar da bu yüzeyden beton kaplamaya nüfuz eder. Arazideki bu durumu en iyi şekilde temsil edecek bir donma- çözülme deney düzeneği hazırlanmış ve donma-çözülme direncinin değerlendirilmesinde esas parametre olarak numune yüzeylerinde oluşan pullanma kullanılmıştır. D-Ç deneyi sonucunda elde edilen verilere göre; SD ve UK katkılı tüm numuneler katkısız numunelerden daha yüksek D-Ç direnci sağlamıştır. UK içermeyen karışımlarda kullanılan SD, D-Ç direncinde büyük artışlar sağlamıştır. UK içeren karışımlarda SD kullanılması durumunda da D-Ç direnci artmıştır. Ancak; UK oranı arttıkça SD'nın D-Ç direncine sağladığı katkı azalmıştır. UK kullanılması durumunda D-Ç direncinde az miktarda bir artış gözlenmiştir. Tüm karışımlar içinde en yüksek D-Ç direncini %10SD- %0UK içerikli karışım sergilemiştir.Anahtar kelimeler: Beton yol, silis dumanı, uçucu kül, eğilme dayanımı, dayanıklılık, donma çözülme direnci, buz çözücü tuz etkisi.

A very big part of the pasenger and goods transportation in Türkiye has been doing on road network. Accordingly, the traffic volume on highways and the number of heavy vehicles in traffic are increasing rapidly. Flexible pavements could not bear that dense and heavy traffic. Early deterioration problems was observed on flexible pavements. As a result, rigid pavements have been a current issue as an alternative to flexible pavements. Rigid pavements shoud bear heavy traffic loads, and should resist the enviromental conditions. To ensure that, cement concrete which constitutes the rigid pavement should have adequate strength and durability. Silica fume (SF) and fly ash (FA) were used respectively in proportions of %0, %5, %10 and %0, %5, %10, %15 as cement replacement by weight in mixes. Thus, 12 different mixes were prepared and investigated the strength and durability characteristics of these mixes in this study. The flextural strengths of samples at 7, 28 and 91 days were determined to evaluate the strength characteristics of the mixes. Acording to the flextural strength test results, silica fume and fly ash additives achieved some extra strengths in comparison to the %100 portland cement concrete sample. The maximum flextural strength at 7, 28 and 91 days were acquired from respectively %0SF-%15FA, %5SF- %15FA and %5SF-%0FA mix compositions. Freeze-thaw (F-T) resistance were used to evaluate the durability. In the field, Concrete pavements are exposed to freezing and thawing by a uniaxial heat flux through the direction from the pavement surface to the bottom of the pavement. A test mechanism which will be able to be represantative for the field situation was prepared. Scalling which is the loss of material at the surface of concrete due to freeze-thaw deicing agent attack was used to evaluate the freeze-thaw resistance. According to the freeze-thaw test results, all the specimens containing SF and FA performed better freeze-thaw resistance than the reference specimens. SF addition to mixes free from FA increased the freeze-thaw resistance effectively. Additional F-T resistance by SF decreased as increasing FA addition. According to the freeze-thaw test results, Silica Fume and FA increased the freeze-thaw resistance. But, silica fume comparing to fly ash is much more effective reducing the freeze-thaw deterioration. Among all mixtures, the specimens containing %10SF-%0FA performed the best freeze-thaw resistance.Keywords : Concrete pavement, silica fume, fly ash, flextural strength, durability, freeze-thaw resistance, deicing agent effect.