Puzolan Nedir? Çimentoda Kullanılan Puzolanlar Nelerdir?

1. Puzolanlar

Puzolanlar, kendi başına bağlayıcılık değeri olmayan ya da çok az bağlayıcılık gösterebilen, fakat ince taneli durumda olduklarında ve sulu ortamda kalsiyum hidroksit ile birleştiklerinde hidrolik bağlayıcılık gösteren silisli, silisli-alüminli malzemelerdir.

Puzolanların yapılarında bunlar dışında oksitli, alkali ve karbon malzemeler bulunmakta olup elde edildikleri doğal kaynakların yerlerine göre oransal miktarları değişiklik göstermektedir. Doğal puzolanlar endüstriyel yan ürünlerden elde edilenlerin haricindeki doğal olarak bulunan puzolanlardır. Bunlar çoğunlukla volkanik kökenli olup volkanik küller, volkanik tüfler, volkanik camlardır. Bunların dışında killer, şeyller, diatomlu topraklardır. Yapay puzolanlar doğal olarak bulunmayan endüstriyel malzeme üretimi sırasında yan ürün olarak elde edilen malzemelerdir. Yapay puzolan olarak uçucu küller, silis dumanı ve cüruflardır. (Çimento çeşitleri nelerdir)

Güncel çimento fiyatlarına buradan ulaşabilirsiniz.

Puzolanlar doğal, yapay ve ısıl işlem uygulanmış olanlar olarak üç gruba ayrılabilir.

1.1 Doğal puzolanlar

Doğal puzolanlar; Genel olarak volkanik kaynaklı tortul kayalardan oluşan ve az çok değişikliklere uğratılmış malzemelerdir.

• Volkanik camlar
• Volkanik tüflerdir.

1.2. Yapay puzolanlar

Yapay puzolanlar endüstriyel atık olan termik santrallerden çıkan uçucu küller, çelik üretiminde artık madde olarak ortaya çıkan cüruf, silis dumanı ve pirinç kabuğu külü gibi malzemelerdir.

• Uçucu kül,
• Yüksek fırın cürufu,
• Silis dumanıdır.

1.3. Isıl işlem görmüş puzolanlar

• Isıtılmış killer
• Diatomik topraklardır.

Doğal ya da yapay bütün puzolanlar, reaksiyon kapasiteleri açısından üç bileşenden meydana gelirler;

1. Aktif tertip maddeleri: Çeşitli cam fazları, opal, silisli toprak, zeolitler.
2. Atıl bileşenler: Zeolitlerden farklı kristal fazları (augit, piroksen, saf çini).
3. Zararlı (istenmeyen) bileşenler: Organik maddeler, kalay ve karbon maddeleri

Puzolanik malzemeler, silisli veya alüminyum silikatlı veya bunların bileşiminden oluşan doğal malzemelerdir. Puzolanik malzemeler su ile karıştırıldığında kendi kendine sertleşmezler fakat ince öğütüldüğünde ve suyun mevcudiyetinde normal çevre sıcaklığında çözünmüş kalsiyum hidroksitle (Ca(OH)2) reaksiyona girerek dayanımı geliştiren kalsiyum silikat ve kalsiyum alüminat bileşikleri oluştururlar. Bu bileşikler, hidrolik malzemelerin sertleşmesinde oluşan bileşiklerle benzerdir.

Puzolanlar esasen reaktif silisyum dioksit (SiO2) ve alüminyum oksit (Al2O3)’den oluşmuştur. Geri kalan kısım demir oksit (Fe2O3) ve diğer oksitleri ihtiva eder. Sertleşme için reaktif kalsiyum oksit oranı ihmal edilebilir.

Çimentoda puzolan olarak kullanılacak puzolanlarda reaktif silisyum dioksit miktarı kütlece %25’den daha az
olmamalıdır (TS EN 197-1,2012). Bu bakımdan puzolanın reaktif silis içeriği, içerdiği oksitler ve oranları, nem durumu, inceliği gibi hususlar dikkate alınarak puzolanik malzemeler çimentoda kullanılması için doğru şekilde hazırlanmalıdır.

2. Puzolanların Kullanım Amacı – Neden Puzolan Kullanılır?

Puzolanlar gerektiği kadar ince öğütüldüklerinde, betonun karışımındaki çimento veya ince agrega ile ikame olarak kullanılır. Puzolanlar,

• Betonda işlenebilirliği arttırmak,
• Terleme ve segregasyonu azaltmak,
• Hidratasyon ısısını düşürmek,
• Hacimsel değişmeleri azaltmak,
• Geçirimliliği düşürmek,
• Kalıcı dayanımları yükseltmek,
• Sülfat dayanıklılığını arttırmak
• Ekonomi için kullanılmaktadır

Beton teknolojisinde puzolanların kullanım yöntemleri, puzolanın türüne göre değişebilmektedir. Doğal puzolanlar genellikle katkılı çimento (CEM II/P, CEM II/Q, CEM II/M, CEM IV, CEM V) üretiminde kullanılmaktadırlar.

Yapay puzolanlardan olan yüksek fırın cürufu ve uçucu kil genel olarak iki şekilde kullanılır. Bunlar; iki puzolanın katkılı çimento üretiminde kullanılması (birlikte öğütme yöntemi) ve betona karıştırma sırasında ekleme (ayrı öğütme) teknikleridir. Küçük boyutlarda öğütülmüş puzolanların bağlayıcılık özelliklerinden üç farklı yöntemle yararlanılır;

1. Puzolanı doğrudan kalsiyum hidroksitle karıştırmak,
2. Katkılı çimento üretiminde değirmende klinker ile öğütmek,
3. Beton karışımına ilave etmek.

Puzolanik malzemelerin bağlayıcılığı gösterebilmesi için gerekli malzeme özellikleri aşağıdaki şekilde sıralanabilir;

• Bileşiminde silika ve alümina miktarı yüksek olmalıdır. (Çimento ve beton endüstrisinde kullanılacak puzolanlardaki “SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 ” miktarının en az %70 olması istenmektedir.)
• Amorf yapıya sahip olmalıdır.
• Doğal haliyle çok ince taneli durumda veya öğütülerek en az çimento inceliği kadar ince taneli duruma getirilmiş olmalıdır.

2.1 TS EN 197-1’e göre çimentoda kullanılacak puzolanlar

Granüle yüksek fırın cürufu, doğal puzolanlar, doğal kalsine edilmiş puzolanlar, uçucu kül, silis dumanı ve
kalker TS EN 197-1’de çimentoda kullanılabilecek puzolanlar arasında yer almaktadır.

Doğal puzolanlar, genellikle uygun kimyasal ve mineralojik bileşimli TS EN 197-1 standardının puzolan tarifine uygun volkanik orijinli malzemeler veya tortul kayalardır. Doğal kalsine edilmiş puzolanlar TS EN 197-1 standardının puzolan tarifine uygun, ısıl işlemle aktifleştirilmiş volkanik orijinli malzemeler, killer, şistler ve tortul
kayalardır (TS EN 197-1, 2012)

Çimentoda kullanılacak puzolanlar için en önemli şart TS EN 196-2 kimyasal yönteme göre tayin edilecek reaktif silis içeriğinin en az % 25’olmasıdır ( TS EN 197-1, TS 25). Çimentoda kullanılacak puzolanlar için kullanılan diğer bir özellik puzolanik aktivite indeksidir. Bu yöntemde puzolan belli oranda çimento ile ikame edilerek üretilen harçlardan elde edilen basınç dayanımı hiç puzolan katılmamış sadece çimento ile üretilen çimentodan elde edilen harçların basınç dayanımına bölünerek elde edilen değerin puzolan türüne göre kıyaslanması ile yapılmaktadır. TS EN 450-1’de uçucu külün puzolan olarak çimentoda kullanılması için 28 günlük en az %75, 90 günlük en az %85 puzolanik aktivite indeksine sahip olması gerekmektedir ( TS EN 450-1,2013). TS EN 15167-1 standardına göre yüksek fırın cürufuda 7 günlük en az %45, 28 günlük en az %70 puzolanik aktivite indeksine sahip olmalıdır(TS EN 15167-1,2006).

3. Puzolanik Reaksiyon Nedir?

Puzolanların kompozisyonu silis ve alüminden meydana gelmektedir. İnce taneli durumdaki puzolanlar, söndürülmüş kireç ve suyla birleştirildiğinde kimyasal tepkimelere girmektedir. Kalsiyum hidroksit, silis ve su birleşimindeki tepkimeler, aynen Portland çimentosunun hidratasyonundaki gibi hidrolik bağlayıcılık özelliğine sahip kalsiyum – silika – hidrat (C – S – H) jellerinin oluşmasını sağlar. Nemli ortamlarda, ince öğütülmüş puzolanların silikası ile kalsiyum hidroksit birleşiminde oluşan kimyasal tepkimeler aşağıdaki gibi belirtilebilir.
CH + S + H→ C – S – H (kalsiyum – silika – hidrat)
Bu tepkime çok yavaş bir tepkimedir. Burada, C=CaO, H=H2O, S=SiO2’tir.

4. Puzolanik Aktivite

Beton karışımında bulunan puzolan ile hidrate olmuş kireç arasında oluşan tepkimenin sağladığı bağlayıcılığın ölçüsü puzolanik aktivite ile tanımlanır. Puzolanik aktiflik aynı zamanda, kalsiyum hidroksit ile alüminli silikaların birleşimiyle meydana gelen ve bağlayıcılık özelliği bulunan hidratasyon ürünlerinin oluşturduğu reaksiyonun adıdır.

Puzolanik malzemenin yeterli aktiviteye sahip olabilmesi için, tek başlarına bağlayıcılık özelliği bulunmadığından ya da az miktarda olduğundan dolayı mümkün olduğunca ince taneli olması, amorf yapıda olması ve gerekli miktarda yapısında “silis, alümin, demir oksit” bulunması gerekmektedir. Puzolanik aktivite “dayanım aktivite indeksi” olarak isimlendirilen bir formülün hesaplanmasıyla tanımlanmaktadır. Bu formül aşağıda belirtilmektedir;

Dayanım aktivite indeksi= (A/B)x100
A= Puzolanlı betonların basınç dayanımı,
B= Kontrol betonların basınç dayanımıdır.

5. Puzolanik Katkıların Beton Özelliklerine Etkileri

Puzolanlar beton içinde çimento ağırlığının değişik oranlarında kullanılırlar. Bu oran %15’den %40’a kadar değişmektedir.

Puzolanik aktivitesi yüksek puzolanlar ideal miktarlarda kullanılırsa betonda,

1. Karışımın işlenebilirliğini uygun seviyeye getiriler.
2. Hidratasyon ısısını düşürürler.
3. Alkali – agrega reaksiyonunun zararlı etkisini azaltırlar.
4. Isıl büzülmeyi azaltırlar.
5. Kullanımı ekonomik olarak avantajlıdır.
6. Puzolanlar fazla kullanıldıkları zaman zararlı da olabilirler
7. Beton karışımının su ihtiyacını artırırlar.
8. Donma çözülmeye karşı direnci düşürürler.
9. Priz süresi ile dayanım kazanma hızını azaltırlar.
10. Kuruma büzülmesini arttırırlar.

Konu ile ilgili yararlanılan kaynaklar;

S. T. Erdoğan- T. Y. Erdoğan- Puzolanik Mineral Katkılar ve Tarihi Geçmişleri

TS EN 15167-1,2006

O. şimşek, Beton ve Beton Teknolojileri, Seçkin Yayıncılık

VOLKAN ÖZDAL-Dicle Üniversitesi-Karma puzolanların kullanıldığı yüksek performanslı nano beton üretimi

Uygar GÜNDEŞLİ-UÇUCU KÜL, SİLİS DUMANI VE YÜKSEK FIRIN CÜRUFUNUN BETON  VE ÇİMENTO KATKISI OLARAK KULLANIMI ÜZERİNE BİR KAYNAK TARAMASI