Silis Dumanı ve Betonda Kullanımı

Silis dumanı, silis metalinin ya da ferrosilisyum olarak adlandırılan alaşımların üretiminde ortaya çıkan yüksek saflığa sahip kuvarsitin çok küçük parçacıklara indirgenmesi ile elde edilen çok ince tanecik yapısına sahip bir tozdur. Atık madde olarak ark fırınlarının bacalarında filtreler yardımıyla bir araya toplanan silis dumanı ‘’baca tozu’’ olarak da isimlendirilir. Silis dumanı ilk olarak değerlendirme amacıyla 1950 lerde Norveç’de başlamış, 1960’lı yılların sonunda da yine Norveç’de çimento katkısı olarak beton içerisinde kullanılmaya başlanmıştır. Ülkemizde silis dumanı üretimi, Antalya ilimizde bulunan ETİ Elektrometalurji A.Ş. tarafından yapılmaktadır.

Baca filtrelerinde toplanan Silis dumanı, fabrikasyon üretimi sırasında açığaçıktığı şekilde, sulandırılarak, sıkıştırılarak, ya da topak şeklinde piyasada kullanım amaçlı sunulmaktadır. Beton içerisinde kullanılan çimento veya diğer katkı maddeleri gibi torbalama yöntemi ile de kullanım ve satışı mümkündür.

Çimentoya göre daha ince dane yapısına sahip olan silis dumanının, nakliyesi, saklama koşulları ve kullanımı esnasında özel itina gerektirmektedir. Yapılan araştırmalara göre, genel olarak ağırlıkça %40 ile %60 oranlarında su ile veya ihtiyaç halinde akışkanlaştırıcılar ile birlikte kullanılabilinir. Çimentonun rengine benzer silis dumanı şekilde gri tonlarında renge sahiptir. İçeriği gereği demir oksit olarak fazlalık söz konusu ise rengi kahverengi olarak da görülebilir. (Çimento türleri)

Birim ağırlık olarak, gevşek birim ağırlığı 130 ile 430 kg/m3 olarak değişkenlik gösterebilir. Bu değerler alaşım ve elde edilen kaynak türüne göre değişir. Yapısı itibari ile silis dumanı genel olarak düzgün pürüzsüz yüzeyli, küresel ve camsı özelliklere sahiptir. Bu özellikleri sayesinde, beton içerisindeki hava boşluklarını rahatlıkla doldurabilir.

Silis Dumanı Betona Etkisi

Silis dumanının çimento tanelerinden daha küçük ve ince olması sebebiyle, beton karışımı esnasında, silis dumanı tanecikleri çimento taneciklerinin arasına girerek, mevcut olan boşlukları doldururlar ve bu boşluklarda sıkışmış durumda olan suyu dışarıya doğru iterler. Böylelikle taze beton içerisinde çimento hamurunun kıvamı için etkili olmaya başlarlar. Bu durum elbette ki taze betonun kıvamı üzerinde olumlu yönde etki yapacaktır. Ancak, her katkı maddesinde olduğu gibi silis dumanının olumlu etkilerin yanında olumsuz etkileri de söz konusu olmaktadır.

Çimento taneleri arasına giren silis dumanı tanecikleri bu alanda geniş yüzey alanları oluşturmaya çalışacak ve bu durumda beton karışımı için su ihtiyacı ortaya çıkacaktır. Bu durum beton kıvamını olumsuz yönde etkileyecektir. Bu sebeple silis dumanı oranı belirli deneysel çalışmalar ve hesaplamalar sonucunda tayin edilmelidir. Yapılan sayısız deneysel çalışma ve hesaplamalar sonucu çimento oranının %5’i kadar kullanılan silis dumanının betonun su ihtiyacını fazla etkilemediği kanıtlanmıştır. Bu orandan daha fazla silis dumanı kullanımı, kullanılan oranla doğru orantılı olarak beton karışımının su ihtiyacını artıracaktır.

Kendiliğinden yerleşen betonlarda bilindiği gibi s / ç oranı düşüktür. Bu tür özel betonlarda silis dumanı kullanımı betonun içerisinde yapışkanlık özelliğini artıracaktır. Buna bağlık olarak, fazla su miktarı dışarı atıldığından ve s/ç oranı düşük olduğundan iç terlemenin de önüne geçilecektir. Terleme tamamen durduralamasa bile büyük oranda yavaşlayacaktır (Yeğinobalı, A.,2009., Özdemir, E., 2006).

Taze betonda kimyasal reaksiyonlar devam ettiğinden ve akışkanlık olduğundan dolayı, beton içerisindeki su genellikle iri agrega danelerinin alt kısımlarında toplanmaya çalışır ve bu yönde hareketine devam eder. Bunun sonucunda çimento hamuru ile agregalar arası ara yüzeyde s/ç oranı yükselecektir. Sonuç olarak boşluk yüzdesi artacaktır. Silis dumanı kullanımı ile bu boşluk yüzdesi minimum orana düşürülmektedir.

Silis Dumanı Katkılı Beton

Silis dumanı, mineral katkılar puzolanik özelliklerinden dolayı, çimento miktarının belirli oranlarında kullanıldıklarında taze betonda ortaya çıkan hidratasyon ısısını büyük oranda düşürmeye yardımcı olurlar. Puzolanik özellikteki silis dumanı kullanımında da hidratasyon ısısı büyük oranda düşecektir. Ancak silis dumanı kullanımı, diğer puzolanlara göre başlangıçta değişiklik gösterebilir. Silis dumanı kullanımı başlangıçta ısı artışına sebep olabilir. Bu ısı artışı silis dumanının çimento hidratasyonunu hızlandırması olarak gösterilebilir. İlerleyen safhalarda çimento bazında ısının yayınma hızını arttırsa da betonun ileri yaşlarında çimento bazında açığa çıkan ısıyı azalttığı kanıtlanmştır.

Hidratasyon ısısını geç düşürmelerinden dolayı, silis dumanı kullanılan betonlar genel olarak daha geç prizini alırlar. Akışkanlaştırıcılar ile birlikte kullanımı da priz süresini belirli oranda etkilemektedir. Silis dumanı katkı miktarı arttıkça priz süresi de artacaktır. Bu sebeple kendiliğinden yerleşen betonlar gibi özel sınıf betonlarda, kullanılacak silis dumanı oranı önceden deneysel çalışmalarla mutlaka belirlenmelidir.

Silis dumanı, kendiliğinden yerleşen betonlarda tek başına kullanılabildiği gibi, farklı mineral katkılar ile de kullanılabilinir. Bahsi geçen mineral katkılar, uçucu küller, granüle yüksek fırın cürufu olarak gösterilebilmektedir.

Silis Dumanının Taze Beton Özelliklerine Etkisi

Silis dumanı taze beton kıvamında, betonun işlenebilirliğini artıran dolayısıyla çimento hamurunun kıvamını etkileyen mineral katkı maddesidir. Her katkı maddesinde olduğu gibi, ihtiyaç fazlası olarak kullanıldığında betonun kıvamını olumsuz yönde etkileyecektir.

Fazla dozaj ile silis dumanı kullanımı gerçekleştiğinde akışkanlaştırıcı ilave katkılar kullanmak ihtiyacı doğacaktır. Kullanılacak olan akışkanlaştırıcılar, türüne, kullanılan silis dumanı miktarına ve s /ç oranına bağlı olarak değişkenlik gösterebilir. Silis dumanının dane özelliklerinden ve kimyasal özelliklerinden dolayı beton içerisinde jel oluşturarak yapışkan bir hal alarak, betonunu ayrışma olasılığını en aza indirirler. Böylelikle segregasyon ihtimali düşecektir.

Silis dumanı agregalar arasında serbest olarak bulunan suyun büyük bölümünü bağlarlar. Bunun dışında kalan suyu, agregalar arasını dolduran silis dumanı taneciklerini dışarıya iterler. Bu boşlukları doldurarak serbest suyu bağlayan silis dumanı, suyun beton yüzeyine çıkmasını yavaşlatır ve katkı miktarına bağlı olarak terleme büyük oranda azaltılır. Diğer taraftan terlemenin azaltılmasına bağlı olarak, beton yüzeyinin düzleştirilmesi işleminde (tesviye) olumsuz etki edecektir.

Tüm özellikleri ile birlikte silis dumanı betonun geçirimlilik özelliğini azaltmaktadır. Önce tanecik yapısı sebebiyle beton içindeki boşlukları muazzam şekilde doldururlar, fazla suyu dışarı iterler, hidratasyon ısısını düşürerek terlemenin önüne geçerler, ayrışma direnci oluşturarak segregasyon riskini en aza indirirler.

Silis Dumanının Sertleşmiş Beton Özelliklerine Etkileri

Silis dumanı kullanımının sertleşmiş beton üzerindeki en önemli etkisi basınç dayanımını artırmasıdır. Taze haldeyken beton içerisindeki boşluğu minimum seviyeye indiren silis dumanı böylelikle geçirimlilik özelliğini de azaltmaktadır. Terlemenin önüne geçerek fazla su kaybını engelleyen silis dumanı tüm bu etki ve özelliklerinden dolayı beton basınç dayanımını olumlu yönde etkilemektedir. Basınç dayanımının artması sadece silis dumanı oranına bağlı olmamakla birlikte, kür şartlarının da yerine getirilmesi ile ilgilidir.

Silis dumanı kullanımından en üst düzeyde yararlanabilmek için özellikle 7 günlük kür bakımı mutlaka yapılmalıdır. Şantiye ortamında yaz mevsimi şartları hakim ise mutlaka beton sulanmalı ve içerisindeki suyun kaybının önüne geçilmesi gerekmektedir. Kış mevsiminin hakim olduğu durumlarda ise beton içerisindeki serbest suyun donmaması adına beton ısıtılmalı ya da çeşitli yöntemlerle koruma altına alınmalıdır. Beton basınç dayanımının artması ile birlikte, çekme ve eğilme dayanımları da artacaktır. Bu artış yavaşlayan bir periyot oluşturarak devam eder. Bu dayanımların oluşmasında silis dumanı oranı ve bununla beraber akışkanlaştırıcı kullanımı önem arz etmektedir. Deneysel yöntemlerle elde edilen bu oranlar aşıldığında beton basınç
dayanımı olumsuz yönde etkilenecektir.

Kaynak: Ahmet KEÇECİ- KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETONLARDA SİLİS DUMANI KULLANIMININ, BETON BASINÇ DAYANIMINA VE ADERANSA ETKİLERİ