Puzolan Nedir?
Puzolan, tek başına kullanımlarında bağlayıcı özelliği olmayan, ama ince taneli bir hale getirilip çimento ya da kireç gibi bir malzeme ve su ile karıştırıldığında yaptığı reaksiyon neticesinde bağlayıcı madde özelliği kazanan malzemelere denilir. İçeriklerinde silis ve alümin bulunan puzolanlar, sulu ortamda kalsiyum hidroksit ile birleştiğinde bağlayıcılık özelliği kazanırlar.
Tarihte Puzolan Kullanımı
Eski Mısır tarihinde tuğlanın yani pişmiş kilin öğütülüp kirece ilave edilerek horasan harcı denilen bir tür harç çeşiti kullandıkları bilinmektedir. Kiremit, tuğla gibi malzemelerin ana hammaddesi olan kil 600 – 900 derecede pişirildiğinde puzolanik özellik gösterir. Elde edilen harcın hidrolik özelliğinden dolayı Bizans, Roma, Selçuklu ve Osmanlı’lar da hamam, su kemeri, sarnıç, su kuyusu gibi yerler de geniş bir şekilde kullanılmıştır.
Romalılar döneminde Napoli yakınların da olan Puzzuoli kasabası toprakları harç yapımında kullanılmıştır. Kelime anlamının kaynağı buradan gelmektedir.
Puzolanların Sınıflandırılması
Bulunduğu ülkelere göre farklı isimlerle kullanılmaktadır. Roma döneminde “Cocciopesto” Hindistan’da “Surkhi”, Arap ülkelerinde “Homra” şeklinde isim verilmiştir.
Doğal ve yapay olarak ikiye ayrılırlar. Volkanik küller, killi şist, diatome toprağı, ponza taşı, volkanik tüfler, traslar, opalin silika gibi maddeler doğal Puzolan grubuna girer. Uçucu kül, pişirilmiş kil, yüksek fırın cürufu, silis dumanı, demirli olmayan cüruf, pirinç kabuğu külü gibi maddeler yapay puzolan grubuna girer.
Çok uzun zaman öncesinden bugünümüze doğal puzolanlar, söndürülmüş kireçle birleştirilip elde edilen harç ile suya dayanıklı ve su altında da sertleşebilen bir çeşit beton üretiminde kullanılmıştır. Portland çimentosu icat edildikten sonra doğal ve yapay puzolanlar portland çimentolu beton imalatında katkı maddesi olarak kullanılmıştır. Betonun pek çok teknik özelliğini iyileştirme de faydası olduğu için beton endüstrisin de oldukça önemli bir yere sahiptir.
Puzolanik Reaksiyon
ASTM C 618 standartına göre doğal puzolanların portland çimentosunda kullanılabilmeleri için kimyasal içeriklerinde SiO2, Al2O3, Fe2O3 oran olarak en az yüzde 70 olmalıdır. Bileşiminde bulunan SiO2, Al2O3, Fe2O3 amorf veya zayıf kristal durumunda iken, portland çimentosunda meydana gelen kalsiyum hidroksit ile tepkimeye girerek bağlayıcılık özelliği olan bileşikler oluşturur.
Puzolanik Aktiflik
Söndürülmüş kireç ve su ile puzolanik özellik gösteren malzemelerin hangi ölçüde reaksiyona gireceği ve hangi ölçüde bağlayıcılık sağlayacağı puzolanik aktivite olarak adlandırılır.
İstenilen aktiviteyi gösterebilmesi için puzolanik malzeme yeterince ince amorf yapıda olması ve yeterli miktarda silis, alümin ve demiroksit ihtiva ediyor olması lazımdır. Puzolanik aktivitenin hesaplanmasında dayanım aktivite indeksinden faydalanılır.
Dayanım aktivite indeksi, 100 x (puzolanlı harç numunelerinin ortalama basıncı) (A) /( Kontrol harç numunelerinin ortalama basınç dayanımı ) (B) sonucu çıkan değere göre hesaplanır.
(Dayanım aktivite indeks= A x B / 100)
Puzolanların Çimento İçerisinde Kullanımı
Mineral katkı maddesi olan puzolanlar genellikle katkılı portland çimentosu üretilmesinde kullanılırlar. Betonda bu çeşit katkılı portland çimentosu kullanılması ile önceden belirlenmiş oranlarda puzolan kullanılmış olur. Betonda kullanımında katkılı portland çimentosu ile birlikte veya beton karışımı esnasında çimentoya ilave olarak katılırlar. Beton yapımında, volkanik kül, volkanik tüf, pişmiş kil, silis dumanı, yüksek fırın cürufu, pirinç kabuğu külü, diatomlu toprak en önemli puzolanik mineral katkı maddeleri arasındadır.
Tek başlarına bağlayıcı özelliği olmayan puzolanlar, su ve çimento ile karıştırıldığında kalsiyum hidroksitle etkileşime girerek hidrolik bağlayıcı özelliği gösterirler.
İstenilen bağlayıcılık özelliğini kazanması için aşağıdaki özellikleri taşıması gerekir.
- Silika ve alümina içerikte yüksek oranda bulunmalıdır.
- Yapı olarak amorf bir şekilde olmalıdır.
- Doğal hali oldukça ince olmalı, ya da öğütülerek çimento inceliğine getirilmelidir.
Puzolanların Çimento İçerisindeki Miktarı
Çimento içerisinde puzolanik katkı maddelerinin miktarının oranı %10 – %50 arasında değişmektedir. Puzolan harici çimentoya katılan mineral katkıların oranı oldukça azdır. Puzolan kullanılmadan imal edilecek beton üretimine kıyasla, katılacak puzolanik katkı kadar çimento miktarından eksiltmeye gidilir. Betondaki bağlayıcı madde puzolanik katkı maddesi ve portland çimentosunun birleşiminden oluşmuş olur.
Agreganın Akışkanlığı, Betonun İşlene bilirliği
Eksiltilen çimento miktarı kadar ince yapıda ve özgül ağırlık olarak daha hafif olan puzolanların kullanılması ile daha büyük miktarda hamur elde edilmiş olur. İnce malzeme kullanılması ve hamur hacmindeki artışla birlikte agreganın akışkanlığı ve işlenebilir olması artmaktadır.
Hidratasyon Isısı, Büzülmeye Etkisi
Puzolan katkısı ile birlikte çimento hacmindeki artıştan dolayı beton içerisindeki suyu daha iyi bağlarlar. Bu sayede betonda oluşacak terleme miktarı da azalır. Puzolan katkı ile birlikte portland çimentosunun miktarı da azalacağı için alkali agrega reaksiyonlarına neden olacak bileşikler daha az olacaktır. Sülfat dayanımının artması sağlanmış olur.
Çok ince taneli puzolanların kullanılması ile birlikte betonun geçirgenliği azalacak, dolayısıyla dayanımı artacaktır. Geçirgenliğin azalması ile birlikte çevresel zararlı faktörlere karşı dayanıklılığı artacaktır.
Çimento miktarı azalacağı için hidratasyon ısısı düşecek ve oluşacak büzülme ve çatlaklar azalacaktır.
Betonun Dayanımına Olan Etkisi ve Ekonomik Yönü
İlk zamanlardaki dayanımı katkısız betonlara göre daha az olsa da en son dayanımı oldukça yüksek olmaktadır. Portland çimentosuna göre daha ucuz bir malzeme olduğu için daha ekonomik bir beton üretilmiş olunur.
Beton Üzerinde Olumlu Etkileri
- Betonun akışkanlığı ve işlenebilir olması artar.
- Su oranı azalacağı terleme azalır.
- Akışkanlık arttığı için segregasyon azalır.
- Boşluk yapısı hamur hacminin artmasından dolayı azalır. Dolayısıyla su geçirgenliği azalır.
- Beton içerisinde agrega – alkali reaksiyonları azalır.
- Sülfatın vereceği zararlara karşı dayanıklılığı çoğalır.
- Nihai basınç dayanımı katkısız betonlara göre daha fazla olur.
- Daha ekonomik beton elde edilir.
Puzolan Kullanılmasında Dikkat Edilmesi Gerekenler
- Özellikle soğuk havalarda priz süresini geciktirir
- İlk günlerdeki dayanımı daha az olacağı için dikkat edilmelidir.
- Betonda istenilen miktarda sürüklenmiş havanın bulunması için daha fazla miktarda hava sürükleyici katkı kullanılması gerekir.
