Yüksek Fırın Cürufu – Betonda Kullanımı

Yüksek Fırın Cürufu – Betonda Kullanımı

Haziran 14, 2020 0 Yazar: Gürsoy Yurtalan

Yüksek fırın cürufu (YFC), demir çelik tesislerindeki yüksek fırınlar içerisinde, doğada demir oksit olarak bulunan demir cevherinin ergitilmesi sonucu açığa çıkan yan ürüne verilen isimdir.

Doğada demir oksit olarak bulunan demir cevherinin içerisinde kükürt, silis, alümin gibi başka maddeler de bulunmaktadır.

Yüksek fırınlarda 1600 C°’ de yapılan işlemler sonucunda demir ve yabancı maddeler birbirinden ayrıştırılır.

Demir üretiminden kullanılan malzemeler;

  • Demir cevheri
  • Kalker taşı
  • Kok kömürü olarak sıralanabilir.
yüksek fırın curufu nasıl imal edilir

Yüksek fırın curufu nasıl imal edilir

Burada kalker taşı yardımcı hammadde görevi yaparken kok kömürü ise gerekli olan yakıtı sağlayarak fırının 1600 C°’ ye ulaşmasını sağlar. Demir cevherinde bulunan demir oksitteki oksijen ile  kok kömürünün karbonu reaksiyona girerek birleşir ve ortamdan  karbon dioksit veya karbon monoksit olarak uzaklaşır.
Fırın içerisinde geriye eriyik halinde demir ve cüruf kalır. Demir altta cüruf ise demirin hemen üstünde olacak şekilde fırının alt kısmında malzemeler toplanır. 1500 C° gibi yüksek sıcaklıklarda bulunan cürufun farklı tekniklerle soğutma işlemi yapılır.

Yüksek Fırın Cürufu Soğutma İşlemi Yapılması

Havada Soğutma İşlemi

Yavaş bir şekilde atmosferik şartlarda kendi halinde soğutulması işleminden sonra taş gibi sert iri kristalli gri renkli bir malzemeye dönüşür. Hidrolik bağlayıcı özelliği olmadığından dolayı  kırılarak asfalt ve betonda agrega olarak veya stabilizasyon malzemesi olarak kullanılır.

Genleştirme Yöntemi 

Bu yöntemde YFC’ nun gözenekli hale getirilmesi için su, basınçlı hava ve buhar kontrollü bir şekilde kullanılır. Gözenekli yapısından dolayı hafif olan bu malzeme hafif beton üretiminde kullanılır.

Granülasyon Yöntemi

Yüksek fırından eriyik halinde çıkan cüruf genleştirme yöntemine oranla daha fazla su ile ani soğutma işlemine tabi tutulursa, iri kum taneleri ebatlarında, hidrolik özelliği olan granüle durumda amorf bir yapıya dönüşürler. Su ile soğutulması işlemine granülasyon adı verilir.

Granülasyon yönteminde eskiden, eriyik halde bulunan cüruf, aniden su içerisine daldırılarak camsı yapıdaki granüle yüksek fırın cürufu elde edilebiliyordu. Gelişen teknolojiye bağlı olarak günümüzde erimiş cüruf yüksek basınçlı su içerisinden geçirilmeye çalışılır. Bu yöntemle cüruf hızlı bir şekilde 5 mm büyüklüğünde camsı granüllere dönüşür. Su sıcaklığı 50 °C’nin altındadır ve çok miktarda suyun püskürtülmesi ile yapılır. 1 ton granüle YFC elde etmek için 100 m3 su kullanılan bu yöntem verimli olsa da ekonomik değildir. Bu yöntem sonucunda cüruf içerisinde yüzde 30 kadar su  bulunur. Bu su filtreli havuzlar veya kurutucu değirmenler vasıtası ile uzaklaştırılır.

Peletleme Yöntemi

Son senelerde peletleme yöntemi tercih edilmeye başlanmıştır. Peletleme yönteminde 1 ton cüruf için 1m3 su kullanılır. Cüruftaki su miktarı yüzde 10 un altındadır. Bu metotta erimiş durumdaki cüruf önce suyla soğutulur, daha sonra dakikada 300 tur dönen bir tambur vasıtasıyla havaya fırlatılır.

Peletleme sonucu elde edilen  4-15 mm ebatlarındaki büyük boyutlu, gözenekli, kısmen kristal yapıda olan malzeme, hafif beton agregası olarak kullanılabilir. 4 mm’den küçük camsı yapıda boyutu olan malzeme ise çimento üretimi için katkı maddesi olarak kullanılır.

Yüksek Fırın Cürufunun Beton Özelliklerine Etkisi

Yüksek fırın cürufu betona etkisi

Yüksek fırın cürufu betona etkisi

Granüle yüksek fırın cürufunun olumlu etkileri

  • Taze betonda işlenebilir olmasını artırır. Yani betonun karılabilmesi, ayrışmadan taşınması, yerleştirme, sıkıştırma ve yüzeyinin düzeltilmesi işlemlerinin daha kolay yapılmasını sağlar. Camsı, pürüzsüz, daha az emici olması, portland çimentosuna kıyasla özgül ağırlığın daha az olması betonun işlenebilir olmasını pozitif yönde artırır. Hidratasyonu azaltması ve reaksiyon ısısını düşürmesi de işlenebilirliğin artmasını sağlar.
  • Taze betonun priz süresinin artmasını sağlar. Hidratasyon ısısı düşük olduğu ve betonda bileşenlerindeki reaksiyonlar daha yavaş olmasından dolayı priz süresi artar. Yazın sıcak havalarda priz süresinin artması yararlıdır. Kışın oluşacak bu olumsuzluğun önüne geçmek için priz hızlandırıcı katkı maddeleri kullanılabilir.
  • Su ile çimentonun birleşmesinden sonra açığa çıkan hidratasyon ısısını azaltır. Özellikle sıcak havalarda taze betondaki hidratasyon ısısından dolayı farklı gerilmeler oluşmaktadır. İç dış sıcaklık farkından dolayı oluşan bu gerilmeler neticesinde ısıl çatlaklara neden olur. Yüksek fırın cürufu hidratasyon ısısını düşürdüğü için bu tür olumsuzlukların önüne geçilmiş olur.
  • Sertleşmiş prizini almış betonun su geçirimliğinin düşürülmesini sağlar.
  • Betonda terlemeyi azaltır. Yani betondaki suyun kılcal boşluklardan yukarı doğru yükselmesi azalır.
  • Sülfata karşı dayanımı sertleşmiş betonda artar.

Granüle yüksek fırın cürufunun olumsuz etkileri

  • Soğuk havalarda betonun prizini alma vakti uzar.
  • Betonda istenilen miktarda sürüklenmiş hava elde edebilmek için, daha çok katkı maddesine gereksinim duyulur.
  • Betonun dayanımının artışı yavaş olur. Beton dayanımını daha geç sürede alır.

Granüle Yüksek Fırın Cürufunun Beton İçerisinde Kullanılması

Beton içerisinde yüksek fırın cürufu kullanılması

Beton içerisinde yüksek fırın cürufu kullanılması

3 farklı şekilde kullanılmaktadır:

1- Kalsiyum hidroksitle sulu ortamda birleştirilerek, hidrolik bağlayıcı madde olarak doğrudan kullanılabilmekte,

2- Cüruflu çimento üretiminde, portland çimentosu klinkeri ve küçük miktarda alçıtaşı ile birlikte veya ayrı ayrı öğütülerek kullanılabilmekte,

3- Katkı maddesi olarak betonda kullanılabilmektedir.

Cüruflu Çimentonun Betonun Dayanıklılığına Etkisi

Betonda dayanıklılığı çevresel faktörler ve içerdiği malzemelerden kaynaklı iç faktörler etkiler. Dayanıklılık denilince akla yapının hizmet ömrünü asgari tamamlaması ve dış çevresel etkilere karşı dirençli olması gelmelidir. Betonun geçirimsizliği ne kadar fazla ise çevresel etkilere karşı dayanımı o derecede artacaktır.

Betonun dayanıklılığını etkileyen faktörler

Çevresel etkiler

  • Sülfat tesiri
  • Donma – çözünme tesiri
  • Aşınma
  • Asit tesiri
  • Klor tesiri
  • Karbonatlaşma

İçsel etkiler

  • Alkali-silika reaksiyonu
  • Alkali-karbonat reaksiyonu
  • Gecikmiş etrenjit oluşumu

Yüksek fırın cüruflu çimentolarda su ihtiyacının düşük olması su-bağlayıcı oranına olumlu yönde etki eder. Bu sayede daha yoğun yapıda geçirimsiz bir beton oluşmuş olur. Dolayısıyla çevresel faktörlere karşı daha dirençli olur. Zararlı su ve kimyasal etkilere karşı daha dayanıklı olur.

Beton içerisindeki donatıda korozyona neden olan klorüre karşı betonun geçiririmliliğini olumlu yönde etkiler. YFC çimentolarda klorür geçirgenliği daha düşüktür.

Özellikle deniz suyu, yeraltı suyu, atık su ve toprakta bulunan sülfat betonarme yapılar için oldukça tehlikeli sorunlar oluşturabilecek çevresel bir etkidir. Doğada bulunan sülfat iyonları çimentoda bulunan C3A ve Ca(OH)2 ile tepkimeye girerek etrenjit oluşumuna neden olurlar. Bu oluşumdan dolayı betonda genleşmeler meydana gelir. Genleşmelere bağlı olarak betonda çatlama ve bozulmalara yol açacaktır.

Doğada bulunan sülfat iyonları betona nüfuz ederek burada çimentonun hidratasyonuyla elde edilen kalsiyum hidroksit (CH) ve kalsiyum aluminat hidratlarla (C-A-H) reaksiyona girerek, sırasıyla alçı ve etrenjit adı verilen ürünler oluştururlar. Bu ürünlerin her ikisi de betonda genleşmelere ve dolayısıyla çatlama ve bozulmalara yol açarlar. YFC’nun Portland çimentosuna oranla C3A ve Ca(OH)2  oranı düşük ve betonun geçirimsizliliğinin daha fazla olmasından dolayı sülfata karşı daha dayanıklıdır.

Yüksek sıcaklıklarda betonunun dayanımı portland çimentoya göre daha fazladır.

Alkali-silika reaksiyonuna karşı klinker miktarı düşük olduğu için alkali miktarı da az olur. Alkali-silika (ASR) reaksiyonu çimento içerisindeki tuzlar ile agregalar içerisinde aktif silis içerenler arasında oluşan reaksiyondur. Bu reaksiyon sonucu beton içerisinde oluşan jeller betona ciddi hasarlar verir.

Konu İle İle İlgili Diğer Tavsiye Yazılar:

Silis Dumanı Nedir? 

Uçucu Kül Nedir? İnşaat Alanında Kullanılması

Puzolan Nedir? Beton Üzerinde Olumlu Etkileri