Turk J Engin Environ Sci25 (2001) , 503 – 515.c© TUBITAK

Ucucu Kul Iceren, Silindirle Sıkıstırılabilen Betonların Ozellikleri

Cengiz Duran ATISCukurova Universitesi, Muhendislik-Mimarlık Fakultesi,

Insaat Muhendisligi Bolumu, 01330 Balcalı, Adana-TURKIYE

Gelis Tarihi 05.07.2000

Ozet

Bu yazıda, ulkemizde fazla uygulaması bulunmayan cok dusuk su-cimento oranı ile uretilen, pratik olaraksıfır cokmeye sahip olan silindirle sıkıstırılabilen beton turu ve uygulama alanları hakkında kısaca bilgi ve-rilmis, bu tur betonun su-baglayıcı malzeme oranı belirlenmesinde sarsma cokmesi yontemi tartısılmıstır. Be-ton yol kaplaması icin yararlı olan silindirle sıkıstırılabilen betonun ozelliklerini arastırmak uzere bir deneyselcalısma yapılmıs, calısmada ucucu kul iceren, silindirle sıkıstırılabilen betonun ozellikleri olculmustur. Bu-rada sadece dayanım ile ilgili veriler sunulmustur. Ucucu kul ile cimento miktarından tasarruf saglanmıstır.Ucucu kulun kızdırma kaybı, yer degisirme oranı, ve kur kosullarının beton dayanım ozellikleri uzerindekietkisi de arastırılmıstır. Uygun ucucu kul kullanımı ile agırlıkca %50 yer degistirme oranında normal be-ton dayanımına esdeger dayanım gelistiren beton uretilebilecegi ve agırlıkca %70 yer degistirme oranında iseoldukca doyurucu dayanım elde edilebilecegi sonucuna varılmıstır. Kızdırma kaybının karısım suyu miktarınıartırdıgı ve dayanım kaybına neden oldugu gozlenmistir. Ucucu kul iceren, silindirle sıkıstırılabilen betonundayanım ozellikleri arasındaki iliskinin normal betonun iliskisine benzedigi sonucuna varılmıstır. Incelenenbetonun, yol betonu olarak kullanılabilecegi kanaati olusmustur.

Anahtar Sozcukler: Ucucu kul, Silindirle sıkıstırılabilen beton, Dayanım, Kızdırma kaybı, Sarsma cokmesideneyi

Properties of Roller Compacted Concretes with Fly Ash

Abstract

In this study, brief information on zero slump concrete, which is not in common use in Turkey, is given.Zero slump concrete, also known as roller compacted concrete (RCC), is produced at a very low water-binder ratio. The vibrating slump method for determining the water-binder ratio of RCC is discussed. Alaboratory investigation is carried out to assess the properties of RCC, which is a cost-effective and anattractive material for pavements. The strength characteristics of the concrete studied are presented. In theinvestigation, two fly ashes are employed to provide savings on cement. The influences of loss on ignitionand the replacement ratio of fly ash as well as curing condition on the properties of RCC containing fly ashare assessed. The results show that a fly ash concrete having a similar strength value to that of conventionalconcrete can be produced at a 50% (by mass) replacement of cement by fly ash, provided that the flyash used complies with the relevant standards. Fly ash concrete can also be produced with satisfactorystrength development at a 70% replacement ratio (by mass). Loss in ignition content of fly ash was found toincrease the mixing water, thus resulting in a reduction in strength development. The relation between thestrength characteristics of RCC containing fly ash was found to be similar to that of conventional concrete.Considering strength and other properties, it was concluded that the concrete studied can be used for roadpaving material.

503

ATIS

Key Words: Fly ash, RCC, Strength, Loss on ignition, Vibrating slump test

Giris

Beton kaplama, genellikle trafigin agır olduguana yollarda kullanılır. Esnek kaplamaylakarsılastırıldıgında ilk yapım masrafları oldukcayuksektir. Buna karsın oldukca uzun servis omrunesahiptir (Croney ve Croney, 1991). Rotre, sıcaklıkdegisimi, ve yapım nedeniyle donatısız yol be-tonu kaplamasında derzler olusturmak gerekmek-tedir. Derzlerin varlıgı ozellikle suruculer ve yol-cuları rahatsız eden bir gurultu kaynagıdır. An-cak, celikle donatılmıs surekli betonarme kaplama,altyapı problemlerinin giderilmis ve tekrar kazıyapma olasılıgının az oldugu yerlerde derzsiz olarakyapılabilmektedir. Beton yolun bir diger sakıncasıise insaatın uzun surmesidir. Ancak, gunumuzdehızlı yapım ve kısa surede trafige acılım olanagısaglıyacak yeni bir beton turu ya da yapım yontemikullanılarak bu sakınca yok edilebilmektedir. Bubeton turu ya da yapım yontemine silindirlesıkıstırılabilen beton ya da silindirle sıkıstırmateknigi denilmektedir.

Bu yazıda, yukarıda bahsedilen sakıncalarıyok edecek ve beton yol kaplamasını cekici du-ruma getirebilecek olan silindirle sıkıstırılabilenbeton hakkında kısaca bilgi verilip, silindirlesıkıstırılabilen betonun su icerigini elde etmedesarsma cokmesi yontemi tartısılmıstır. Ucucukulun beton karısımında kullanılması ekonomi vecevre kirliligi yanında, betonun bazı ozellikleriniiyilestirmesi acısından da onemli bir uygulama ol-ması nedeniyle deneysel calısmada cimento kısmenucucu kul ile yer degistirmistir. Ucucu kul kızdırmakaybının su icerigi uzerindeki etkisi de arastırılmıstır.Laboratuvarda uretilen ucucu kul iceren silindirlesıkıstırılabilen betonun basınc, egilme-cekme veyarılma-cekme dayanımları ile bunlar arasındakiiliskiler verilmis ve sonuclar tartısılmıstır. Deney-sel calısma Ingiltere’nin Leeds Universitesi labo-ratuvarında gerceklestirilmis olup, deney sonuclarıyazarın doktora tezinden alınmıstır (Atis, 1997).

Silindirle Sıkıstırılabilen Beton

Silindirle sıkıstırılabilen beton, normal betonagore su icerigi cok az ve islenebilirligi yok denecek(sıfır cokme) duzeyde olan ve taze durumda ikennormal betondan cok zemin dolgu malzemesi gibi,katılastıgında ise normal beton gibi davranan birmalzemedir. Hansen’e (1996) gore, silindirlesıkıstırılabilen beton yeni bir malzemeden cok yeni

bir yapım yontemidir.Yol kaplaması ve beton agırlık barajlarının

yapımında basarı ile kullanılmıs olan silindirlesıkıstırılabilen beton, cok genis uygulama alanlarınasahiptir. Bu uygulama alanlarından bazıları, nor-mal yollar, fabrika ici yollar, yapım icin kullanılacakgecici yollar, park alanları, servis alanları, depoalanları, malzeme stok alanları, havaalanı pist veulastırma yolları, agır trafikle yuklu yollar ve oto-yolların temel ve kaplama tabakalarıdır (Anderson,1984; Munn, 1984; Cannon, 1993; Corps of En-gineers, 1994; Nanni ve arkadasları, 1996; Pigeonve Marchand, 1996; Hansen, 1996; Delagrave vearkadasları, 1997).

Ulkemizde silindirle sıkıstırılabilen beton uygu-lamaları fazla olmamakla birlikte, bu beton turudunyanın bircok gelismis ulkesinde yaygın olarakkullanılmaktadır. Ornegin, Japonya’da silindirlesıkıstırılabilen beton ile baraj yapımı incelemeleri,insaat suresini kısaltmak ve yapım masraflarınıazaltmak amacıyla 1974’lerde baslamıstır (Hiroseve Yanagida, 1984). Amerika’da ise silindirlesıkıstırılabilen betonun agırlık tipi barajlarda kul-lanılması 1970’lerde incelenmis olup, uygulamalara1980’lerde baslanabilmistir (Oliverson ve Richard-son, 1984). Ingiltere’de Proctor ve Lacey(1984), silindirle sıkıstırılabilen betonu Didcot enerjisantralinde endustriyel saha betonu olarak ucucu kulkullanımıyla birlikte basarı ile uygulamıstır.

Avustralya’da 1970’lerden beri hem rijityol kaplaması hem de esnek yol kaplamasınıntemel kısmında basarı ile uygulanan silindirlesıkıstırılabilen beton, endustriyel saha betonu vetenis kortu saha betonu uygulamalarında da kul-lanılmıstır. Silindirle sıkıstırılabilen beton uygula-ması esnek temel ile karsılastırıldıgında, rijitligindendolayı esnek yol kaplamasında olusan deformas-yonlarda azalmaya sebep olmus ve bitumlu yuzeykaplaması bunyesinde olusan gerilme ve birimuzamalar azalmıs ve dolayısıyla kaplama kalınlıgıazaltılabilmistir. Silindirle sıkıstırılabilen betonun,geleneksel alt temel betonu ile karsılastırıldıgındadaha az masraflı, dusuk rotreye ve yuksek cekmebirim deformasyon kapasitesine sahip, daha yogunve gecirimsiz oldugu belirtilmistir (Munn, 1984).

Dusuk su-cimento oranı ile calısılmak durumusoz konusu oldugundan, silindirle sıkıstırılabilenbetonun dayanım gelismesi cok hızlı olmakta veuc gun gibi kısa bir sure icinde oldukca yuksek

504

ATIS

dayanım saglamaktadır. Yol kaplaması olarak kul-lanıldıgında yolun kısa surede trafige acılmasınısaglamaktadır. Sabit su-cimento oranı icin bellibir dayanımın saglanması daha az cimento miktarıile elde edilmekte, dolayısıyla karısımda daha az suve cimento bulunması dusuk rotreye sebep oldugugibi karısım oldukca ekonomik olmaktadır. Rotrekısalması kucuk oldugundan, yolda bırakılacak derzsayısı azaltılabilmekte ve derzler arası acıklık art-maktadır (Munn, 1984; Hansen ve Reinhardt, 1991;Pittman ve Ragan, 1998).

Yuksek yogunluk elde etmek icin silindirlesıkıstırılabilen beton karısımında surekli granula-metrili agrega kullanılması, silindirle sıkıstırılabilenbeton yuzeyinde duzgunluk elde etmek icin iseince agreganın ayarlanmasına ve miktarına ozengosterilmesi ve ince agrega miktarının normalbetona gore bir miktar fazla olması gerektigiSchrader ve McKinnon (1984) ve diger bir cokarastırmacı tarafından belirtilmistir. Bu ise iki turlusaglanabilmektedir, birincisi geleneksel olarak kumyuzdesini artırmak, ikincisi ise ince ve iri agreganınya da cimentonun bir kısmının ucucu kul ya dabenzeri mineral katkı ile yer degistirmesidir. Inceagreganın fazlalıgı, ikinci yol ile elde edildiginde pu-zolanik ozelligi olan bir malzemenin karısım icindeyer alması saglanmıs olur. Bu katkı hem islenebilirlikacısından faydalı olmakta hem de karısımın dahaekomomik olmasını saglamaktadır. Beton karısımıuygun tasarlandıgında standartlara uymayan mi-neral katkılar karısımda kısmen agrega yerinekullanılabilecegi gibi standartlara uygun mineralkatkılar kısmen cimento yerine de kullanılabilecektir.Puzolanik ozellige sahip atık bir malzeme olanceltik kabugu kulleri de silindirle sıkıstırılabilen be-ton icerisine bir mineral katkı olarak kullanılmıs vebasarılı sonuclar alınmıstır (Kajorncheappungam veStewart, 1992).

Silindirle sıkıstırılabilen beton taze durumdaiken geleneksel betondan cok bir zemin dolgumalzemesi gibi davrandıgından dolayı, bu be-ton ile yapılacak yol kaplamasının insaasındakullanılacak araclar, asfalt kaplama ve zemindolgu yapımında kullanılan aracların aynısıdır.Ozet olarak, silindirle sıkıstırılabilen betonunkarıstırılma isi santiyede yapılmakta ve uygu-lama alanına tasınması ise damperli kamyonlar ilesaglanmaktadır. Beton silindirlenmek uzere bul-dozer ile yere serilip, vibratorlu silindirler vasıtasıylasıkıstırılır. Sıkıstırmadan sonra kalite kontrolu icinnukleer yogunluk olcme cihazı ile yogunluk olcumu

yapılır. Olcum degerleri ile laboratuvar calısmalarıkarsılastırılarak kontrol edilir. Uygun olmıyan du-rumlarda fazladan sıkıstırma uygulamak veya gerekliise o malzemenin sokulup atılması gibi onlemlerebasvurulur. Silindirle sıkıstırılabilen betona dahasonra normal beton gibi kur uygulanır. Silindirlesıkıstırılabilen betonun tasınma, yerlestirilme, se-rilme ve sıkıstırılması ile ilgili ayrıntılı bilgiler, konuile ilgili kaynaklarda detaylı olarak verilmektedir(Corps of Engineers, 1994; Demiroz ve Ozturk, 1998;Schrader ve McKinnon, 1984; Oliverson ve Richard-son, 1984; Hansen ve Reinhardt, 1991).

Silindirle Sıkıstırılabilen Beton icin Su Mik-tarının Belirlenmesi ve Sarsma cokmesiYontemi

Silindirle sıkıstırılabilen betonda karısım suyuiceriginin belirlenmesi buyuk onem tasımaktadır. Bunedenle su iceriginin belirlenmesinde uygun yontemikullanmak gerekmektedir. Buna dikkat edilmedigitakdirde beton ozelliklerinde kayıplar olusacaktır.Silindirle sıkıstırılabilen betonun karısım suyuiceriginin belirlenmesi bilinen yontemler (Cokme,Kely’nin Topu, Sarsma Tablası, Sıkıstırma Faktoru)ile yapılamamaktadır. Bu beton icin kullanılanyontemler asagıda acıklanmaktadır.

Burada amac, silindirle sıkıstırılabilen betonkarısımına eklenecek minimum su miktarını, opti-mum su icerigi olarak bilinen su miktarı ile eldeedilen maksimum sıkısılabilirligin olcumu ile belir-lemektir.

Cabrera ve Lee (1985), sarsma cokmesi deneyinidetaylı olarak baska bir yerde vermistir. Buradayontemin kısa bir ozeti ve uygulamada kullanılandiger yontemlerin kısa bir degerlendirilmesi verile-cektir.

Mevcut deney yontemleri

Silindirle sıkıstırılabilen betonun su iceriginikontrolde yaygın olarak kullanılan iki deney yontemivardır. Bunlar, Cannon deneyi (Tenesse Val-ley Autority, 1975) ve sıkıstırılabilme indisidir(Australian Standarts, 1983). Cannon deneyiniyuruten operator tamamen egitimli ve dene-yimli olmadıkca Cannon deneyinin tekrarlanabilirligioldukca zayıftır. Deney, V-B silindiri icine konulanbeton karısımının V-B aparatında 25 sn sarsıldıgındabetonun silindire dokundugu kenarları boyuncacimento hamuru ile temiz bir hale olusturabilen, suicerigini olcmekten ibarettir. Su-cimento oranındaki

505

ATIS

kucuk degisimler dayanım ve performansta buyukfarklılıklar olusturdugundan dolayı su icerigi degerikritiktir. Bu nedenle su iceriginin belirlenmesininsadece gozleme dayandırılması sakıncalıdır.

Sıkıstırılma indisi ise, bir silindire gevsekcedoldurulan betonun sıkıstırılması ile eldeedilir. Silindire gevsekce doldurulan beton100 kez belli bir agırlıgın sabit yuksekliktendusurulmesiyle sıkıstırılır. Bu agırlık veyukseklik zemin mekaniginde uygulanan proktordeneyinde kullanılanların aynısıdır (TS1900, 1987).Sıkıstırılma indisi, gevsek olarak konulan betonyuksekliginin (silindir yuksekligi), sıkıstırılmıs beto-nun yuksekligine bolumunun yuzde cinsinden ifadesiolarak tanımlanmaktadır. Bu deneyle bulunan op-timum su iceriginde sıkıstırılma indisi maksimumdegerine ulasır. Deneyin yurutulmesinde fazla enerjisarfedildiginden uygulaması zordur. Yontem, Avus-tralya’lı arastırmacılar tarafından kullanılmıs, fakatAmerika ve Avrupa’da fazla ilgi gormemistir.

Cabrera sarsma cokmesi deneyi

Cabrera ve Lee (1985) tarafından gelistirilmis

olan bu deneyde, V-B icin hazır olan araclar birazdegistirilerek kullanılmaktadır. Standart cokme kon-isinin ayak basma kısmı, V-B vibratoru uzerine kele-bek vidayla sabitlenebilmesi icin delinmistir. Vib-rator uzerine yerlestirilirken koni altına metal ta-ban plakası yerlestirilmekte, koni ile taban plakasıarasına lastik bir conta konulmaktadır. Aparatasagıdaki sekillerde (Sekil 1-2) gorulmektedir.

Sekil 1. Cabrera Cokmesinin Sematik Gosterimi

(a) (b) (c)

Sekil 2. Sarsma Cokmesi Deneyinde Kullanılan Aparatlar (a) Taban Plakası, Lastik Conta ve Koni (b) Koni ve ContanınTaban Plakasına Montesi (c) Koni ve Taban Plakası V-B Vibratorune Sabitlenmis Durumda

Bu deneyde, standart cokme deneyinde oldugugibi denenecek beton karısımı ile doldurulan cokmekonisi 20 sn V-B aparatında sarsılır. Sarsılma sonucubetonun yuksekligindeki dusme mm cinsinden Cab-rera cokme degeri (CCD) olarak tanımlanır. Sekil1 de CCD’nin sematik gorunusu bulunmaktadır.

Herhangi bir karısım icin Cabrera Sarsma Cokmesi(CSC) deneyi en az bes su-cimento oranı icin tekrar-lanır. CCD ile su-cimento oranının kartezyen koor-dinatlardaki grafigi maksimum sıkıstırılma icin opti-mum su icerigini verir.

506

ATIS

Deneysel Calısma

Kullanılan malzemeler ve ozellikleri

Cimento: Bu calısmada, TS19 (1992) veBS12 (1996) standartlarına uygun normal Port-land cimentosu (PC) kullanılmıstır. Cimentonunkimyasal bilesimi ve fiziksel ozellikleri Tablo 1-2 deverilmektedir.

Ucucu kul: Arastırmada kullanılan ucucukuller, Ingiltere’nin Drax ve Aberthaw termiksantralinden elde edilmis olup, kullerin kimyasalbilesimleri ve fiziksel ozellikleri Tablo 1-2 de veril-mektedir. Kuller ASTM C-618’e (1991) gore dusukkirecli olup, F sınıfına dusmektedir. Ucucu kullereait tane boyutu dagılımları Sekil 3 te verilmektedir.Tablo 1-2 ucucu kullerin kızdırma kaybı ve incelik

bakımından farklı oldugunu gostermektedir. Draxucucu kulu TS639 (1975) ve BS 3892 (1992) stan-dartları ile uyumludur. Ancak, Aberthaw kulu bustandartlar ile uyumlu olmadıgı gibi kızdırma kaybıbakımından Avrupa Standardına (EN 450, 1994) dauymamaktadır.

Ucucu kulun icinde bulunan kızdırma kaybınınoptimum su icerigi uzerindeki etkilerinin gorulmesiamacıyla fazla kızdırma kaybına sahip Aberthawucucu kulu ozellikle secilmistir.

Agrega: Beton karısımında kullanılan agrega,kırılmamıs-temiz, kuvarsitik dogal agrega olup, mak-simum tane capı 10mm, gorunen ozgul agırlıgı kumve iri agrega icin 2,65 gr/cm3 ve agırlıkca su emmekum icin %0,1, iri agrega icin %0,6 dır. Tablo 3 deelek analizi sonucları verilen agreganın tane dagılımıIngiliz standardı, BS 812’ye (1991) gore M bolgesinedusmus olup, betonda kullanılmaya uygundur.

Tablo 1. Cimento ve Ucucu Kul Kimyasal Bilesimleri

Kimyasal Kompozisyon PC % Drax Ucucu Kulu % Aberthaw Ucucu Kulu %SiO2 20,77 50,20 44,90

Al2O3 4,93 28,59 25,20Fe2O3 3,06 13,17 7,50CaO 63,28 2,55 2,40MgO 2,42 1,28 1,20SO3 3,02 0,57 0,28K2O 0,70 2,39 2,90Na2O 0,28 0,98 1,00

Kızdırma Kaybı 0,81 2,85 15,60

Tablo 2. Cimento ve Ucucu Kul Fiziksel Ozellikleri

Fiziksel Ozellik PC Drax Ucucu Kulu Aberthaw Ucucu KuluOzgul Agırlık (gr/cm3) 3,15 2,40 2,28

Incelik (45 µm elekte %kalan) - 8,50 22,50Blaine Ozgul Yuzey (cm2/g) 3500 3060 2870

Beton karısım oranları ve numune hazırlamaBu calısmada kullanılan kontrol karısımı mi-

nimum bosluk oranı kriterine gore tasarlanmıstır(Cabrera ve Lee, 1985). PC ile uretilen kont-rol karısımının oranları cimento, kum ve cakıl icin1:1,5:3 olup, cimento miktarı 408 kg/m3 dir. Betondayanımı uzerindeki etkilerin arastırılması amacıylauretilen beton karısımlarında cimento %50 ve %70oranlarında ucucu kul ile agırlıkca yer degistirmistir.

Kur kosullarının etkisininde arastırılması bagıl nem(BN) durumları farklı (%65 ve %100) sıcaklıklarıaynı (20 ˚ C) iki kur kosulu secilerek saglanmıstır.

Uretilen betonlara ait karısım suyu miktarlarımaksimum sıkıstırılabilirlik icin optimum su iceriginiveren CSC deneyi ile bulunmus ve elde edilensonuclar Sekil 4-6 da gosterilmistir. Tablo 4 de,uretilen ve test edilen betonların karısımında kul-lanılan malzeme miktarları verilmektedir.

507

ATIS

Tablo 3. Ince ve Kaba Agrega Granulametrisi

Kum CakılElek capı (%) BS812 Elek capı (%) BS 812

(mm) Gecen Sınırları (mm) Gecen sınırları10 100 100 14 100 1005 95,95 89-100 10 85.15 85-100

2,36 86,7 60-100 5 2 0-251,18 81,11 30-100 2,36 0,5 0-50,6 34,99 15-1000,3 9,36 5-700,15 1 0-15

Sekil 3. Ucucu Kullere ait Tane Boyutu Dagılımları

Burada M0 karısımı, baglayıcı olarak sadecePC iceren kontrol ya da sahit betonu olup, digerkarısımların uretiminde baz olarak kullanılmıstır.M2 ve M4 karısımları Drax kulu kullanılarak uretilenbetonlar olup, bu karısımlarda cimento sırasıyla%70 ve %50 oranında Drax ucucu kulu ile agırlıkcayer degistirmistir. M6 ve M8 karısımları iseAberthaw kulu kullanılarak uretilen betonlar olup,bu karısımlarda cimento sırasıyla %70 ve %50oranında Aberthaw ucucu kulu ile agırlıkca yerdegistirmistir. Taze betonlarda terleme ve plastikrotre olusmamıstır. Priz zamanları 2-5 saat arasındadegismistir.

Beton basınc dayanımları bir kenarı 10cm olankup numunelerden elde edilmis olup, egilme-cekmedayanımları 10x10x50 cm boyutlarındaki prizma nu-munelerden, yarılma cekme dayanımları ise capı15cm yuksekligi 30cm olan silindir numunelerdenelde edilmistir. Basınc ve egilme-cekme dayanımları1, 3, 7, 28gun, 3, 6ay ve 1 yıl sonunda alınmısolup, silindir yarma deneyi sonucları sadece 7 ve28 inci gunlerde alınmıstır. Beton kup, silindirve prizma numulerin hazırlanması sarsma masasıuzerinde sarsma ile gerceklestirilmistir.

Sonuclar ve Degerlendirme

Optimum su-baglayıcı malzeme oranı

Sekil 4 ve Sekil 5 de %50 ve %70 yer degistirmeoranı icin, Drax ucucu kulune ait optimum suiceriginin PC ye ait optimum su iceriginden daha azaldugu gorulmektedir. Drax ucucu kulunun, dahaaz su icerigi ile maksimum sıkısılabilirlik sagladıgı veislenebilirligi iyilestirdigi dusunulmektedir.

Sekil 4. Ucucu Kul Icermeyen Kontrol Betonun (M0)CCD Su-Cimento Oranı Iliskisi

Sekil 5 ve Sekil 6 Drax ve Aberthaw ucucu kuluicin elde edilen optimum su iceriklerinin oldukcafarklı oldugunu gostermektedir. Maksimum cokmedegerlerine karsılık gelen su-baglayıcı malzeme oranıDrax kulu icin 0,3 civarında iken Aberthaw kuluicin 0,4 degerine varmıstır. Su-baglayıcı malzemeoranındaki bu yukselmenin esas nedeninin Aberthawkulunun kızdırma kaybının (%15,60) Drax kulununkızdırma kaybından (%2,85) cok fazla olmasındankaynaklandıgı sonucuna varılmıstır. Bu sonuc baskaarastırmacılar tarafında da belirtilmis olup, ornegin,Mehta (1986) yanmamıs karbondan olusan kızdırmakaybının gozenekli yapısı nedeniyle karısım suyununbir kısmını emdigi ve karısım icin gerekli su iceriginiartırdıgını belirtmistir.

508

ATIS

Basınc ve cekme dayanımları

Uzerinde calısılan betonlara ait basınc ve cekmedayanımları Sekil 7-8 de sunulmustur. Ancak dahayakın bir gozlem yapabilmek amacıyla 3 ve 28gunluk basınc ve egilme-cekme dayanımları cizelgeolarak hazırlanmıstır (Tablo 5-6). Yarma cekmedayanımları ise Tablo 7 de verilmektedir.

Tablo 5 dan gorulecegi uzere, ucucu kulun

cimento ile %50 oranında yer degistirdigi M4 ve M8karısımlarının basınc dayanımlarının her iki kur du-rumunda da, 3 gun gibi kısa bir surede 30 MPacivarına ulastıgı gorulmektedir. Aynı karısımlar 28gunde 50-60 MPa basınc dayanımı gelistirmislerdir.Drax ucucu kulu ile uretilen M4 betonu her ikikur kosulunda da, M0 kontrol betonu karısımı veAberthaw kulu iceren M8 karısımından daha yuksekbasınc dayanımı gelistirmistir.

Tablo 4. Bir Metre-kup Beton Karısımında Kullanılan Malzeme Miktarları

Karısım NoM0 M2 M4 M6 M8

C (kg/m3) 408 121 201 116 195UK (kg/m3) - 282 201 271 195

Kum (kg/m3) 615 605 605 580 585Cakıl (kg/m3) 1225 1210 1210 1162 1170

S (kg/m3) 131 117 120 155 152Opt. S/(C+UK) 0,32 0,29 0,30 0,40 0,39

B. Agırlık (kg/m3) 2380 2336 2333 2281 2300Yer Deg. Oranı (%) 0 70 50 70 50

Yukarıda yapılan karsılastırmalar egilme-cekmedayanımı acısından da yapıldıgında 3 gunluk be-ton dayanımları icin benzer sonuclara ulasılacaktır.Buna ek olarak, M2, M4 ve M8 beton karısımlarının,her iki kur kosulu icin de, 28 gun sonunda cokiyi egilme-cekme dayanımı (>4Mpa) gelistirdiklerigozlenmektedir (bakınız Tablo 6). Ingiliz havaalanıkurumu standartları, kullanılacak betonun 28 gunlukegilme-cekme dayanımını en az 4 MPa olaraksınırlandırmıstır (Calverley, 1977). M2. M4 veM8 karısımlarının ilgili standart sınırını sagladıgıve ayrıca M6 karısımının ise bu degere yaklastıgıgorulmektedir.

Tablo 7 incelendiginde, yarılma-cekmedayanımları icin de basınc ve egilme dayanımlarıicin varılan benzer sonuclara varılmaktadır. IngilizUlastırma standartları (Department of Trans-port, 1976), yol kaplamasında kullanılacak be-tonun 7 gunde en az 1.85 MPa yarılma-cekmedayanımı gelistirmesini kosullandırmıstır. M4 veM8 karısımlarının ilgili standart ile uyumlu oldugugorulmektedir. Ayrıca, M2 karısımı ilgili standartsınırına cok yaklasmıs olup, 28 gunde bu sınırın cokuzerine cıkmıstır.

Sekil 5. Drax Ucucu Kulu icin CCD Su-BaglayıcıMalzeme Oranı Iliskisi (M4 ve M2)

509

ATIS

Sekil 6. Aberthaw Ucucu Kulu icin CCD Su-BaglayıcıMalzeme Oranı Iliskisi (M8 ve M6)

Sekil 7. Beton Basınc Dayanımı Zaman Iliskisi (Kur Du-rumu %65 ve %100 BN)

Sekil 8. Beton Egilme-Cekme Dayanımı Zaman IliskisiKur Durumu %65 ve %100 BN)

Cimento, ucucu kul ile %50 ve %70 gibi yuksekoranlarda agırlıkca yer degistirmis olmasına ragmen,silindirle sıkıstırılabilen betonlara ait cekme vebasınc dayanımlarının oldukca yuksek cıkması, su-baglayıcı malzeme oranlarının oldukca dusuk ol-ması ve kompasitenin ise bu su-baglayıcı malzemeoranlarında maksimum degerine ulasmasından kay-naklanmaktadır.

Sekil 7-8 ile Tablo 5-7 incelendiginde, Aberthawucucu kulu iceren betonların (M6 ve M8) dayanımozelliklerinin, Drax ucucu kulu iceren betonların(M2 ve M4) dayanım ozelliklerinden oldukca dusukoldugu gozlenecektir. Bu dususun esas nedeniyukarıda bahsi gecen optimum su-baglayıcı malzemeoranı kısmından da anlasılacagı uzere, su-baglayıcımalzeme oranının degisiminden kaynaklanmaktadır.Bu ise cimento ya da mineral katkı malzemesi icindebulunan kızdırma kaybı miktarının beton dayanımkarekteristiklerini oldukca onemli mertebelerde etki-leyebilmekte oldugunu gostermektedir.

Calısmada gozonune alınan kur kosullarınınbasınc ve cekme dayanımlarını fazla etkilemedigigozlenmistir.

510

ATIS

Tablo 5. Beton Basınc Dayanımları (3 ve 28 gunluk)

3 gun 28 gun%65 BN %100 BN %65 BN %100 BN

M0 45,27 49,44 64,95 69,12M2 16,64 19,80 30,55 34,10M4 35,30 36,90 66,55 70,30M6 10,90 11,05 22,60 22,94M8 26,14 26,55 45,85 49,60

Tablo 6. Beton Egilme-Cekme Dayanımları (3 ve 28 gunluk)

3 gun 28 gun%65 BN %100 BN %65 BN %100 BN

M0 3,93 4,52 5,37 6,98M2 2,56 2,63 4,60 4,92M4 4,17 4,77 6,11 6,59M6 1,90 1,66 3,78 3,43M8 3,38 3,35 4,88 5,01

Tablo 7. Beton Silindir Yarılma-Cekme Dayanımları (7 ve 28 gunluk)

7 gun 28 gun%65 BN %100 BN %65 BN %100 BN

M0 2,96 3,26 3,48 3,94M2 1,81 1,95 2,50 2,82M4 3,32 3,47 4,20 4,58M6 1,46 1,40 2,09 2,03M8 2,75 2,64 3,45 3,68

Dayanım ozellikleri arasındaki iliskiler

Betonun cekme dayanımları arasındaki iliskilerile cekme dayanımları ve basınc dayanımı arasındakiiliskiler, TS500 (TSE, 1984)’de asagıdaki ifadelerleongorulmektedir. Dayanım degerleri N/mm2 cinsin-den,

fctk: betonun karakteristik cekme dayanımı,

fck: betonun karakteristik silindir basıncdayanımı,

fcts: betonun silindir yarma cekme dayanımı,

fcte: betonun egilme-cekme dayanımı olmakuzere,

fctk = 0,35 f0,5ck (1)

fctk = fcts / 1,5 (2)

fctk = fcte / 2 (3)

ifadeleri ile verilmektedir.Yukarıda verilen denklemlere gore, fcts - fck, fcte -

fck,fcte - fcts arasındaki TS 500’un ongordugu iliskilerasagıdaki sekilde bulunur. Denklem (1) ve denklem(2)’nin esitliginden fcts degeri fck ya baglı ifade edilir,denklem (1) ve denklem (3)’un esitliginden fcte degerifck ya baglı ifade edilip, son olarak da denklem (2)ve denklem (3)’un esitliginden fcte degeri fcts ye baglıolarak yazıldıgında asagıdaki ifadeler elde edilir.

fcts = 0,53 f0,5ck (4)

fcte = 0,70 f0,5ck (5)

fcte = 1,33 fcts (6)

511

ATIS

TS500’un ongordugu iliskilerde kullanılan basıncdayanımları silindir numunelerden elde edilendayanımlar olup, bu calısmada elde edilen be-ton basınc dayanımları kup numunelerden eldeedilmistir. Bu nedenle, kup numunelerden eldeedilen dayanımlar, silindir dayanımlarının kupdayanımlarından ortalama %15 daha az olduguvarsayılarak, silindir basınc dayanımlarına cevrilmisve asagıdaki grafiklerde kullanılmıstır. Ayrıca,dayanım ozellikleri arasındaki iliskiler incelenirken,yer degistirme oranı, kur kosulu veya beton yası ileilgili bir ayrım yapılmamıs olup, sadece ucucu kuliceren silindirle sıkıstırılabilen betonlara ait degerlergoz onune alınmıstır.

Deneysel calısma sonucu elde edilen, ucucukul iceren silindirle sıkıstırılabilen betonun yarılma-cekme dayanımı ile basınc dayanımı arasındakiiliski Sekil 9 de grafik olarak sunulmus veTS500’un ongordugu iliskiyle uyumlulugu ince-lenmistir. Deneysel sonuclar arasında istatistik-sel olarak ustel bir iliski bulunmus olup, TS500’unongordugu iliski Sekil 9 uzerinde kıyaslanmıstır.Sekil 9 dan gorulecegi gibi normal basınc dayanımısınırları icerisinde (<40 MPa) deney sonuclarıile TS500’un ongordugu iliski oldukca uyumludur.Fakat, yuksek dayanım sınırlarında (>40 MPa)deney sonucları ve TS500’un ongordugu iliskiarasında fark olusmaktadır. Ilk bakısta bu du-rumun dayanımı incelenen betonların ucucu kulicermesinden kaynaklandıgı kanaatine varılabilir.Ancak, ucucu kul icermeyen normal betonundayanım iliskileri icin benzer bir durumla karsılasanYerlici ve Ersoy (1995) TS500’un yarılma cekmedayanımı ile basınc dayanımı arasında ongorduguiliskinin (4 nolu ifade) normal dayanımlı be-tonlar icin gercekci degerler verdigini, ancakyuksek dayanımlı betonlar icin gercek durumu iyiyansıtamadıgını belirtmistir. Yazarlar, hem normaldayanımlı betonlar icin gecerli olan, hem de yuksekdayanımlı betonlar icin gercek durumu TS500’unongordugu iliskiden daha iyi yansıtacak yeni bir iliskivermistir. Bu iliski Sekil 9 uzerinde kıyaslanmısolup, ucucu kul iceren silindirle sıkıstırılabilen be-tonun yarılma cekme dayanımının, basınc dayanımıarasındaki iliskinin normal betonlar icin gecerli olaniliskiye benzedigi sonucuna varılmıstır.

Benzer sekilde, uretilen silindirle sıkıstırılabilenbeton numunelerinin egilme-cekme dayanımları ilebasınc dayanımları arasındaki iliski incelenirken,TS500’un ongordugu iliskiyle (5 nolu ifade) uyum-lulugu da arastırılmıstır. Egilme-cekme dayanımı ve

basınc dayanımı degerleri Sekil 10 da grafik olarakelde edilmistir. Egilme-cekme dayanımı ve basıncdayanımı arasında istatistiksel olarak ustel bir iliskielde edilmis olup, TS500’un ongordugu iliski de aynıgrafik uzerinde kıyaslanmıstır. Sekil 10 uzerindeyapılan incelemeden gorulecegi gibi, ucucu kuliceren silindirle sıkıstırılabilen betonun dayanımlarıarasındaki iliskiler, normal beton icin gecerli olaniliskilere oldukca yakın gorulmektedir. Yukarıdayarılma cekme dayanımı ve basınc dayanımı arasındagoruldugu ve Yerlici ve Ersoy’un (1995) belirttigigibi, burada da, TS500 un ongordugu iliski normaldayanım sınırlarında (<40MPa) gecerli olmakta isede yuksek dayanım sınırları icinde (>40 MPa) bugecerliligin azaldıgı gorulmektedir.

Sekil 9. Yarılma-Cekme dayanımı ve basınc dayanımıiliskisi

Sekil 10. Egilme-Cekme dayanımı ve basınc dayanımıiliskisi

Ucucu kul iceren silindirle sıkıstırılabilen betonnumunelerinin egilme-cekme dayanımları ile yarılma-cekme dayanımları arasındaki iliski incelenmis ve

512

ATIS

TS500 un ongordugu (6 nolu ifade) iliskiyle uyum-lulugu da arastırılmıstır. Egilme-cekme dayanımıve yarılma-cekme dayanım degerleri grafik olarak(Sekil 11) elde edilmis, aralarında istatistiksel olarakdogrusal bir iliski oldugu gorulmustur, kıyaslamaamacıyla TS500’un ongordugu iliski (6 nolu ifade)de Sekil 11 uzerinde gosterilmistir.

Sekil 11, ucucu kul iceren silindirle sıkıstırılabilenbetonun yarılma cekme dayanımı ile egilme-cekmedayanımı arasındaki iliskinin dogrusala yakın biriliski oldugunu ve iliskinin normal beton icin gecerliolan iliskiye benzedigini gostermektedir.

Sekil 11. Egilme-Cekme dayanımı ve yarılma-cekmedayanımı iliskisi

Diger ozellikler, cevre kirliligi ve ekonomi

Yukarıda dayanım ozellikleri tartısılan beton-lara ait, burada verilmeyen, diger bazı ozellikleride olculmustur. Bu ozelliklerden bazıları kurumarotresi, hidratasyon ısısı ve asınma degerleridir.Atis ve Akcaozoglu uzerinde calısılan betonların ku-ruma rotrelerinin geleneksel PC betonu rotrelerindendaha dusuk oldugunu bir baska yerde belirtmistir.Hidratasyon ısısı da ucucu kulun cimento ile kısmenyer degistirmesi sonucu cok az yukselmistir (Atis (a),2000). Bunlara ek olarak, ucucu kul iceren beton-ların, belli bir dayanım degerinin uzerinde, asınmayakarsı PC betondan daha dayanıklı oldukları da be-lirtilmistir (Atis (b), 2000).

Bilindigi uzere, cimentonun uretiminde iki anaham madde kullanılmaktadır. Bunlar kil vekalkerdir. Bu maddeler, yuksek sıcaklıga sahipdoner fırınlarda ısıl islemden gecerler. Kalkerbu esnada CaO ve CO2 bilesenlerine ayrılır vedolayısıyla atmosfer ortamına CO2 katkısında bu-lunur. Dunya’daki toplam cimento uretiminindunya atmosferinin CO2 emisyonuna katkısının

%10 civarında oldugu bilinmektedir. Ucucu kulendustriyel atık bir malzeme olup, uygun bir sekildedepolanması gerekmektedir. Ucucu kulun cimentoile yer degistirmesi, cimento kullanımını ihtiyacınıbir miktar azaltacak dolayısı ile CO2 emisyonunuazaltıp, cimento uretiminin kuresel ısınmaya katkısıazaltılabilecektir. Boylece, endustriyel atık malzemeolan ucucu kulun de depolanma sorunu azalacaktır(Mehta, 1983; Malhotra, 1993).

Sonuclar

1. Ucucu kul iceren ve silindirle sıkıstırılabilen be-ton numuneleri erken yasta oldukca yuksek yada yeterli dayanım gelismesi gostermektedir.

2. Ucucu kul iceren ve silindirle sıkıstırılabilen be-tonun dayanım ozellikleri arasındaki iliski nor-mal betonun iliskisine benzemektedir.

3. Cimentonun %50 oranında ucucu kul ileyer degistirmesi sonucunda, PC betonunundayanımımına esdeger ya da daha yuksekdayanım elde etmek olası gorulmektedir.

4. Iki ucucu kulun kullanımıyla uretilen beton-lar, cimentonun %70 gibi cok yuksek orandayer degistirmesi sonucunda dahi, oldukca doyu-rucu dayanımlar gostermislerdir.

5. Standartlara uygun olmayan Aberthaw ucucukulu ya da benzeri endustriyel mineral atıklarınuygun tasarım yontemi ile cimento ile kısmenyer degistirebilecegi izlenimi olusmustur.

6. Ucucu kul iceriginde bulunan kızdırmakaybının karısım suyu miktarını artırdıgıdolayısıyla beton performansında kayıplarolusturdugu sonucuna varılmıstır.

7. Silindirle sıkıstırılabilen beton ucucu kul kul-lanımı ile oldukca ekonomik olarak eldeedilebilmektedir.

8. Ucucu kulun cimento ile kısmen yerdegistirmesi, cevre ve ekonomi acısından daonemlidir.

9. Beton yol kaplaması olarak kullanıldıgındaonem tasıyan rotre, asınma ve hidrata-syon ısısı ozellikleri de uzerinde calısılan be-tonların yol kaplamasında kullanılabileceginigostermektedir.

10. Yukarıda sıralanan sonuclara dayanarak, ucucukul iceren silindirle sıkıstırılabilen betonun, yol

513

ATIS

kaplaması ya da yol kaplaması temelinde kul-lanılabilecek uygun bir malzeme olacagı kanaa-tine varılmıstır.

Kısaltmalar

RCC : Roller Compacted Concrete,CSC : Cabrera Sarsma Cokmesi,CCD : Cabrera Cokme Degeri,

PC : Portland Cimentosu,C : Cimento,S : Su,BN : Bagıl Nem,fctk : Betonun Karakteristik Cekme Dayanımı,fck : Betonun Karakteristik Silindir Basınc

Dayanımı,fcts : Betonun Silindir Yarma Cekme Dayanımı,fcte : Betonun Egilme Cekme Dayanımı.

Kaynaklar

Anderson, F. A., “RCC Does More”, Concrete In-ternational, 6(5), 35-37, 1984.

ASTM C-618, Standard Specification for Fly Ashand Raw Calcined Natural Pozzolan for Use as aMineral Admixture in Portland Cement Concrete,Annual Book of ASTM Standard, 1991.

Atis, C. D., “Design and Properties of High VolumeFly Ash Concrete for Pavements”, Doktora Tezi,Leeds Universitesi, Ingiltere, 1997.

Atis, C. D., Akcaozoglu, K, “Yuksek Oranda UcucuKul Iceren Betonun Rotresi”, Anadolu UniversitesiBilim Ve Teknoloji Dergisi, (Basılmak uzere kabuledildi.)

Atis, C. D.(a), “Heat Evolution and Drying Shrink-age of Concrete Containing High Volume Fly Ash”,Proceedings of II International Symposium On Ce-ment And Concrete Technology in The 2000s, 359-369, September 6-10, Istanbul, Turkey, 2000.

Atis, C. D.(b), “Yuksek Oranda Ucucu Kul Kul-lanımı Ile Uretilen Betonun Asınma Direnci”, IMOTeknik Dergi, Yazı 154, 11(4), 2217-2230, 2000.

Australian Standards, As-1012, Part 3, “Methodsfor the Determination of Properties Related to theConsistency of Concrete”, Standard Ass. from Aus-tralia, NSW, 1983.

British Standard Institution, BS812, Part 1, Test-ing Aggregates, Sampling, Shape, Size and Classifi-cation, London, 1991.

British Standard Institution, BS12, Specification forPortland Cement, BSI, London, 1996.

British Standard Institution, BS3892, Specificationfor Pulverized-Fuel Ash for Use with Portland Ce-ment, London, 1992.

Cabrera, J. G. and Lee, R. E., “A New Method forthe Measurement of Workability of High PulverisedFuel Ash Concrete”, Proc. of 7th Intern. Ash Utili-sation Symposium, 1, 347-360, 1985.

Calverley, M. A. A., “The Design of British AirportAuthority Pavements”, Int. Conference on Con-crete Pavement Design, Feb.15-17, Purdue Univer-sity, USA, 97-106, 1977.

Cannon, R. W., “Air-Entrained Roller CompactedConcrete”, Concrete International, 15(5), 49-54,1993.

Corps of Engineers, Roller Compacted Concrete,ASCE Pubs, ISBN 0-87262-999-6, 1994.

Croney, D. and Croney, P., The Design And Per-formance Of Road Pavements, Second Edition, Mc-Graw Hill Book Company, ISBN 0-07-707408-4,London, 1991.

Delagrave, A., Marchand, J., Pigeon, M., Boisvert,J., “Deicer Salt Scaling Resistance of Roller Com-pacted Concrete Pavements”, ACI Materials Jour-nal, 96(2), 164-169. 1997.

Demiroz, E. ve Ozturk, A., Silindirle SıkıstırılmısBeton Baraj Tasarım ve Insa Esasları, DSI GenelMudurlugu, Ankara, 1998.

Department of Transport, “Specification for Roadand Bridge Works”, H. M. Stationery Office, Lon-don, 69-70, 1976.

European Standards, EN 450, Fly Ash for Concrete– Definitions, Requirements and Quality Control,EN Brussels, 1994.

Hansen K. D., “Roller Compacted Concrete: ACivil Engineering Innovation”, Concrete Interna-tional, 18(3), 49-53, 1996.

Hansen, K. D. and Reinhardt, W. G., Roller-Compacted Concrete Dams, McGraw Hill Inc. Pub-lication, ISBN 0-07-026072-9, Newyork, 1991.

Hirose, T. and Yanagida, T., “Dam Construction inJapan: Burst of Growth Demands Speed Economy”,Concrete International, 6(5), 14-19, 1984.

Kajorncheappunngam, S. and Steawart D. F., “RiceHusk Ash in Roller Compacted Cooncrete”, Con-crete International, 14(4), 38-44, 1992.

Malhotra, V. M., “Fly Ash, Silica Fume and Rice-Husk Ash in Concrete: A Review”, Concrete Inter-national, 15(4), 23-28, 1993.

514

ATIS

Mehta, P. K., “Pozzolanic and Cementitious By-Products as Mineral Admixtures for Concrete – ACritical Review”, Proc. of 1st Intern. Conf. on theuse of Fly Ash, Silica Fume, Slag and other mineralby-products in Concrete, Canada, Montebello, July31-August 5, Editor. V. M. Malhotra; ACI SP-79,Detroit, 1-48, 1983.

Mehta, P. K., Concrete: Structure, Properties, andMaterials, Prentice-Hall, Inc. Englewood, New Jer-sey, ISBN 0-13-167115-4 01, 1986.

Munn, R. L., “Fly Ash in Roller Compacted Con-crete Pavement and Slipformed Applications”, 2nd

Intern. Conf. on Ash Technology and Marketing,September, London, 445-460, 1984.

Nanni, A., Ludwig, D., Shoenberger, J., “RollerCompacted Concrete for Highway Pavements”, Con-crete International, 18(5), 33-38, 1996.

Oliverson, J. E. and Richardson, A. T., “Upper Still-waterdam Design and Construction Concept”, Con-crete International, 6(5), 20-28, 1984.

Pigeon, M. and Marchand, J., “Frost Resistanceof Roller-Compacted Concrete”, Concrete Interna-tional, 18(7), 22-26, 1996.

Pittman, D. W. and Ragan, S. A., “Drying Shrink-age of Roller-Compacted Concrete For PavementApplications”, ACI Materials Journal, 95(1), 19-25,1998.

Proctor, R. T. and Lacey R. A. C., “The Devel-opment of High Fly Ash Content Concrete at Did-cot Power Station”, 2nd Second Intern. Conf. onAsh Technology and Marketing, September, Lon-don, 461-467, 1984.

Schrader, E. and McKinnon, R., “Construction ofWillow Creek Dam”, Concrete International, 6(5),38-45, 1984.

Tennessee Valley Authority, General ConstructionSpecification G-48, Roller Compacted Concrete, Ap-pendix B-Procedure for Measuring Consistency ofNo Slump Concrete, Knoxville, Tennessee, USA,1975.

Turk Standartları Enstitusu, TS500, BetonarmeYapıların Hesap ve Yapım Kuralları, Ankara, TSE,1984.

Turk Standartları Enstitusu, TS1900, InsaatMuhendisliginde Zemin Labratuvar Deneyleri,Ankara, TSE, 1987.

Turk Standartları Enstitusu, TS639, Ucucu Kuller,Ankara, TSE, 1975.

Turk Standartları Enstitusu, TS19, Cimento-Portland Cimentoları, Ankara, TSE, 1992.

Yerlici, V. ve Ersoy, U., “Betonun Cekme Ve BasıncDayanımı Arasındaki Iliski”, IMO Teknik Dergi,Yazı 81, 1059-1062, 1995.

515