Silis Dumanı ve Betonda Kullanımı

Silis Dumanı Nedir?

Silis dumanı, silisyum metali veya demir silisyum alaşımlarının üretimi sırasında yüksek saflıktaki kuvarsın 2000 °C sıcaklıktaki elektrik fırınlarında kok kömürü yardımıyla indirgemeye tabi tutulması sonucu oluşan, portland çimentosuna göre 100 kat daha ince taneli bir malzemedir.

Fırınlarda yüksek sıcaklıkta üretim işlemi neticesinde büyük çoğunluğu SiO olan gazlar açığa çıkar. Bu gazlar elektrik ark fırınının üst bölümündeki soğuk kısımlarında veya sisteme ilave edilen kollektörler de çok çabuk şekilde yoğunlaştırılarak amorf yapıdaki  SiO2 durumuna dönüşür. %85 – %98 kadar silis içeren amorf yapıya sahip çok ince katı parçacıklarda oluşan bu malzeme, yoğunlaştırılmış silis dumanı, mikrosilis, silis tozu veya silika füme gibi isimlerle de anılmaktadır.

Türkiye’de üretim Antalya Ferrokrom tesislerinde yapılmaktadır. Yılda 500-1000 ton civarında üretim yapılmaktadır.

Malzemenin yoğunluğu 2,2 g/cm3, birim hacim ağırlığı ise 200-250 kg/cm3 civarındadır.

Silis Dumanının Betonda Kullanımı

Silis dumanı yüksek oranda SiO2 içermesi ve çok ince amorf yapıda olmasından dolayı mükemmel bir puzolanik malzeme özelliği gösterir.

Az miktarda alçı ve portland klinkeriyle birlikte öğütülerek “silis dumanlı çimento” üretiminde kullanılabilmektedir. Sulu ortam da kalsiyum hidroksitle birleşmesi sonucu diğer puzolanik malzemelerde olduğu gibi hidrolik bağlayıcılık gösterir. Ancak asıl kullanım şekli beton katkı maddesi olmasıdır.

Çok ince taneli olması sebebiyle yüksek dayanım ve dayanıklılık gerektiren projelerde kullanılmaktadır. Bunlar erozyon gibi etkilere maruz hidrolik ve deniz yapıları, yerinde dökülmüş prefabrike yüksek dayanımlı beton elemanlar,  onarım ve güçlendirme işlerinden kullanılan yapısal tamir harçları vb. alanlardır.

Portland çimentosuna oranla 100 kat daha ince bir malzeme olmasından dolayı yüksek miktarda suya ihtiyaç duyar, betonun kıvamı ve işlenebilir olması azalır. Bu olumsuzluğun önüne geçmek için silis dumanı kullanılması durumunda, ayrıca su azaltıcı katkı maddeleri de kullanılmalıdır.

Silis Dumanının Beton Üzerinde Olumlu ve Olumsuz Etkileri

Silis dumanın beton üretiminde kullanılması sonucu oluşan olumlu ve olumsuz etkileri bulunur. Bu etkileri maddeler halinde açıklayalım.

Silis Dumanının Olumlu Etkileri

  • Hiper akışkanlaştırıcı ile birlikte kullanıldığında basınç dayanımı yüksek beton elde edilir.
  • Taze betonda ayrışma ve terlemenin azalmasını sağlar.
  • Betondaki hidratosyun sıcaklığının azalmasını sağlar.
  • İnce yapısından ve serbest kireci bağlama özelliğinden dolayı su geçirimliliğini azaltır.
  • Prizini almış sertleşmiş betondaki zararlı iç etkilerden birisi olan alkali silika reaksiyonunu azaltır.
  • Geçirgenliği azaltmasından dolayı sertleşmiş betonda sülfata karşı dayanımını artırır.

Silis Dumanının Olumsuz Etkileri

  • Portland çimentosuna göre çok ince taneli bir malzeme olduğu için çok fazla miktarda karışım suyuna ihtiyaç duyar. Bu zararlı etkiyi ortadan kaldırmak için su azaltıcı akışkanlaştırıcılı katkı maddeleri kullanmak gerekir.
  • İnce taneli olması ve terlemeyi azaltmasından ötürü, beton yüzeyinin düzeltilmesi işçiliği daha zor olur.
  • Plastik büzülme çatlakları çok miktarda görülebilir.
  • Diğer betonlara göre daha koyu renklerde beton imal edilmesine yol açar.

Silis Dumanının Beton Üzerindeki Etkileri

Betonun kalıcılığı, durabiletisi

Bir yapının planlanan hizmet ömrü boyunca işlevini yitirmeden tamamlamasına durabilite, dayanıklılık veya kalıcılık adı verilmektedir. Yapının ömrünün uzun olması sadece taşıyıcı sistemin doğru seçilmesi, projelendirme ve imalatın düzgün yapılmasına bağlı değildir. Betonun iç ve çevresel etkilere karşı dayanıklılığının da olması gerekir. Zararlı fiziksel ve kimyasal etkiler, sülfat, klorür, donma – çözünme, karbonatlaşma, aşınma, asit tesiri ve içsel etkilere karşı da dayanımının yüksek olması gerekir. Betonun boşluksuz ve geçirimsiz olması kalıcılığını artıran bir özelliktir. Çimentodan çok daha ince olan silis dumanı, uçucu kül ve öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufu gibi malzemelerin süper ve hiper akışkanlaştırıcı olarak bilinen yeni nesil akışkanlaştırıcılarla birlikte kullanılması daha dayanıklı betonlar üretilmesine olanak sağlamıştır.

Zararlı fiziksel ve kimyasal tesirler, deniz yapılarındaki dalga hareketi, donma-çözülme ve ıslanma-kuruma gibi fiziksel nedenlerden dolayı olabileceği  gibi klorür, asit, sülfat etkisi, karbonatlaşma, betonun içerisindeki çeliğin korozyonu ve alkali silika reaksiyonu gibi kimyasal nedenlerle de meydana gelmektedir. Beton üretimi esnasında gerekli önlemler alınmadığı taktirde ileri de durabilite sorunları ile karşılaşılacaktır. Dünya genelinde inşaat maliyetlerinin % 40’ını bakım ve tamir işlerinin oluşturduğu düşünülürse konunun ne kadar önemli olduğu anlaşılır. Ülkemizde Marmara depreminde yıkılan pek çok binada donatıların korozyona uğradığı ve işlevini yitirdiği görülmüştür.

Betonun boşluksuz olması, dolayısıyla geçirimsiz olmasının beton içerisindeki donatının korozyona uğramamasına katkısı olur. Bu şekilde çelik, yapının planlanan hizmet süresi boyunca işlevini yerine getirir.

Betonun Geçirimliliği Üzerine Etkisi

Sertleşmiş betonda su emme özelliği ve geçirimliliğinin fazla olması boşluk yapısının bir göstergesidir. Boşluk miktarı arttıkça betonun geçirimliliği de artmaktadır.

Geçirimliliğin fazla olmasının olumsuz etkisi beton içerisine su ve zararlı kimyasal maddelerin girmesi ve bunun neticesinde betonun ve beton içerisindeki çeliğin zaman içerisinde hasar görmesine neden olmasıdır.

Betonun geçirimsiz olması durabiletisi (kalıcılığı) ile doğru orantılıdır. Geçirimsiz beton daha uzun süre hizmet verecektir.

Silis dumanı katkılı betonlar normal katkılı betonlara göre daha geçirimsizdir. İnce bir malzeme olmasından dolayı çimento taneleri arasındaki boşlukları doldurarak betonun dayanımını artırır. Çimento hidratasyonu olduğunda serbest kireç ortaya çıkar. Serbest kireç silis dumanı ile bağlanarak kalsiyum silikatı oluşturur. Serbest kirecin bağlanmasından dolayı çimento hamuru mikro boşluklara sahip daha yoğun bir yapıya dönüşür. Bu sayede yüksek dayanımlı, geçirgenliği az beton elde edilir.

Sülfata ve Zararlı Kimyasal Maddelere Karşı Direnç Sağlanması

Çevresel zararlı etkilerden birisi olan sülfat çimento bileşenleri ile etkileşime girerek betonun zaman içerisinde bozulmasına yol açar. Sülfat iyonları sertliğini kazanmış betondaki kalsiyum ve alüminli bileşimlerle kimyasal tepkimeye girerek  etrenjit ve alçı taşı meydana getirir. Bu reaksiyon neticesinde meydana gelen zararlı oluşumlar beton içerisinde genleşme meydana getirerek çatlamalara ve dağılmalara yol açar.

Sülfat etkisine maruz kalmış bir betonun belirtileri arasında betonun kütlesine yayılmış beyaz lekeler, çatlaklar ve dökülmeler olarak gözükür.

Doğada sülfat yaygın olarak toprakta ve yeraltı sularında sodyum potasyum, magnezyum ve kalsiyum sülfat olarak bulunur. Özellikle yeraltı sularında bulunan karbonik asit, magnezyum tuzları ve sülfat beton için oldukça tehlikelidir.  Jips yataklarının etrafında kapalı havza ve yeraltı sularında çok miktarda sülfat tuzu vardır. Bataklıklardaki sularda bulunan sülfür ve sülfat türevleri de yapılarda hasara neden olabilirler. Doğal kaynaklı sülfat haricinde gübre ve endüstriyel atıklardan da sülfat meydana gelebilir. Bu tür zeminlerde inşaat yapılacaksa zemin etüdü yapılmalı, yeraltı suyu ve topraktan numune alınarak betona zarar verebilecek maddeler analiz edilmelidir.

Sülfata karşı alınabilecek en mühim önlem betonun geçirimsiz ve yoğun olması, çimento dozajının çok düşük olmaması, düşük su/çimento oranına sahip olması gerekir.

Silis dumanı kullanıldığında geçirgenliğin azalmasından dolayı ve kalsiyum hidroksiti bağlamadaki yüksek aktivitesinden ötürü betonun sülfata karşı dayanımı artar.

Silis Dumanının Betonun Basınç Dayanımına Etkisi

Silis dumanı ve akışkanlaştırıcılarla birlikte üretilen betonun dayanımının yüksek değerlere ulaştığı kanıtlanmıştır. Bu durum boşluk oranının azalması ile açıklanabilir. Ayrıca çimento hidratasyonu esnasında ortaya çıkan kireci, silis dumanı bağlayabildiği için çimento hamuru daha yoğun olur ve boşluk yapısı oldukça küçük değerlerde kalır. Silis dumanı betonun erken zamanda yüksek dayanımlara ulaşmasını sağlayabilir. Sıcaklığın fazla olması bu etkiyi artırır. Sıcaklığın düşük olduğu zamanlarda bu etki pek farkedilmez. Örnek olarak 10°C de betonun 7 günlük dayanımında çok fark görülmezken 20°C de betonun dayanımı önemli ölçüde artar.

Hidratasyon ısısı

Çimento ağırlığının %7-%10’u kadar silis dumanı kullanılarak yapılan betonların ilk 72 saat içerisindeki hidratasyon ısısı, silis dumanı kullanılmayan betonlardan biraz daha fazla olabilmektedir. Ancak, silis dumanlı betonlarda, silis dumanı kulanılmayan betonlarınkine göre, yaklaşık %8-%10 kadar daha az hidratasyon ısısı çıkmaktadır.

Priz süresi

Silis dumanının çok ince taneli olması ve yüksek oranda SiO2 içermesi, puzolanik reaksiyonların çok erken yaşlarda başlamasına neden olmaktadır. Araştırmalar, puzolanik reaksiyonların, çimentonun hidratasyonunun başlangıcından bir gün sonra başladığını, 3. günden sonra belirgin hale geldiğini ve 28. günde büyük ölçüde tamamlandığını göstermiştir (Çark ve Sümer, 1996). Silis dumanı katkılı çimento hamurları genellikle daha geç priz alırlar. Katkı miktarı çimento ağırlığının %10’unu geçmedikçe bu etki önemsenmeyebilir. Betonda kullanılan süper akışkanlaştırıcı katkıların da priz süreleri üzerinde etkileri mevcuttur. Örneğin, çimentoyla %15 oranında yer değiştirilen silis dumanı katkılı ve süper akışkanlaştırıcılı betonlarda, priz başlangıç ve bitiş süresinde sırası ile 1 ve 2 saatlik uzamalar gözlenmiştir (Khayat ve Aitcin, 1992).

Konu İle İle İlgili Diğer Tavsiye Yazılar:

Yüksek Fırın Cürufu Nedir? Betonda Kullanımı

Uçucu Kül Nedir? İnşaat Alanında Kullanılması

Puzolan Nedir? Beton Üzerinde Olumlu Etkileri

 

Paylaşmak Güzeldir

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir