Yıkama suyu filtre kalıntı malzemesinin harç özelliklerine etkisi

Abstract

İnşaat sektöründeki yatırımların günden güne artması yapı malzemelerinin, özellikle de yapımda en çok kullanılan malzeme olan betonun tüketimini de arttırmıştır. Kaynakların sorumlu tüketimi konusunda inşaat mühendislerini düşünmeye iten bu durum, hazır beton tesislerinde sürdürülebilir beton üretimi gerçekleştirmek amacıyla yapılan çalışmaların tetikleyicisi olmuştur. Beton üretim maliyetinin geçmişe oranla yüksek oluşu, sertleşmiş betonun geri dönüştürülmesinde yaşanan zorluklar ve taze betonun doğaya ve çevreye verebileceği potansiyel zararların tümü göze alındığında, hazır beton tesislerinde atık taze betonun geri dönüşümü çalışmaları özellikle son yıllarda büyük önem kazanmıştır. Hazır beton tesislerinde taze betonun geri dönüştürülmesinde yaygın olarak kullanılan bir yöntem, yıkama suyu, filtre malzemesi ve agregaların ayrı ayrı toplanması şeklindedir. Bu yöntemde, transmikserler beton sertleşmeden önce taze betonu uzaklaştırmak üzere şebeke suyu ile yıkanır. Daha sonra atık ürün ayırma ünitesi görevi gören spiral elemanlara sahip bir tambura aktarılır. Agregalar ile ince parçacıklar içeren yıkama suyu tamburdan iki farklı ürün olarak çıkar. Yüksek miktarda askıda ince partikül içeren yıkama suyu, çökeltme havuzlarında toplanır ve filtre prese pompalanır. İşlemin son ürünleri, yeni beton üretimlerinde karışım suyu olarak kullanılabilen büyük ölçüde arıtılmış yıkama suyu ve filtre kalıntı malzemesidir. Filtre malzemesinin ağır metal içeriği, yüksek alkalinitesi ve atık sahalarına taşınma maliyeti dikkate alınması gereken önemli sorunlardır. Bu bağlamda, beton üretiminde yeniden kullanılması ekonomik ve çevresel açıdan faydalı olabilir. Filtre malzemesi büyük oranda hidrate çimento, ince malzemeler, su ve genellikle ihmal edilebilir miktarlarda anhidr çimentodan oluşan bir karışımdır. Bu sebeple, bileşenlerinin çoğu zaman hidratasyon tepkimesi vermesi beklenmemektedir. Ortalama tane boyutunun oldukça küçük olması ve yapısında kalsiyum silikat hidratların varlığı filler malzeme olarak kullanılması bakımından önemlidir. Literatürde filtre malzemesinin hem filler malzeme olarak kullanımı hem de hidratasyona olan etkileriyle ilgili çalışmalar mevcut olsa da; özellikle hidratasyona etkilerinin geniş kapsamda araştırıldığı çalışmaların sayısı azdır. Yukarıda verilen bilgiler ışığında bu tez çalışmasının amacı, hazır beton tesislerinden elde edilen filtre kalıntı malzemesinin harç üretiminde ilave veya ikame malzeme olarak kullanılarak bertaraf edilmesidir. Bu kapsamda, hazır beton tesisinden elde edilen filtre malzemesi önce küçük parçalara ayrılarak 110±5oC'de 24 saat kurumaya bırakılmıştır. Daha sonra ortalama tane boyutu çimento boyutuna (<90 µm) indirgenmiştir. Filtre malzemesi üç set halinde harç hazırlığına dahil edilmiştir. İlk sette, çimento ile %10 ve %20 oranlarında ikame edilmiştir. İkinci sette, kalker tozu ile birlikte, bu iki malzemenin toplam miktarı karışımdaki çimento miktarının %10'u veya %20'si olacak şekilde harçlara ilave malzeme olarak dahil edilmiştir. Filtre malzemesi ve kalker tozunun birbirlerine göre karışım oranları ise sırasıyla, %0-100, %33-67, %67-33 ve %100-0 olarak belirlenmiştir. Üçüncü sette ise filtre malzemesi ve kalker tozu birbirlerine göre ikinci sette kullanılan oranlarla, kum ile ağırlıkça ikame edilmiştir. İkame oranı sırasıyla kum miktarının ağırlıkça %10'u ve %20'si olarak belirlenmiştir. Karışımların su/çimento oranları 0,50 ve 0,60 olarak seçilmiştir. Üretilen harçların taze ve sertleşmiş durumdaki özellikleri bu tez kapsamında incelenmiş ve yorumlanmıştır. Taze harçların yayılma tablası deneyi ile kıvam değerleri karşılaştırılmıştır. 3, 7, 28 ve 90. günlerde tek eksenli basınç deneyi gerçekleştirilmiştir. Basınç dayanımı sonuçlarına istinaden son iki set içinden seçilen belirli karışımlar tekrar üretilerek, numunelerin 10oC, 20oC ve 30oC sabit ortam sıcaklıkları altında izotermal kalorimetre metodu ile 72 saat boyunca hidratasyon özellikleri gözlenmiştir. 3 günlük basınç dayanımı deneyi, hidratasyon ve dayanım arasındaki yakın ilişkiyi gözlemlemek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, kum ile ikame edildiğinde veya karışımda ilave olarak kullanıldığında, filtre malzemesinin dayanımı arttırdığını ve mekanik özelliklerin iyileştiğini göstermiştir. Kalker tozu kullanımında görülen filler etkisi filtre malzemesiyle de görülmüştür. Çimento ile ikame edildiğinde, seyreltici etkiden dolayı dayanımda düşüş gözlenmiştir. İnce malzeme olduğundan, karışımlara belirli bir oranın üzerinde dahil edilmesi işlenebilirlik açısından problemlere neden olmaktadır. 30°C ortam sıcaklığında 72 saatteki toplam hidratasyon ısısını arttırmasının yanında, filtre malzemesi 10°C ortam sıcaklığında da toplam ısıya katkıda bulunmuştur. Genel olarak 72 saat boyunca hidratasyon hızını arttırıcı etki göstermiş, uyku periyodunun ve priz sürelerinin kısalmasına neden olmuştur. Filtre malzemesi kullanımıyla ana hidratasyon zirvelerinin gerçekleştiği süreler kısalmış, maksimum hız değerleri artmıştır. Elde edilen bulgular filtre malzemesinin kış koşullarında hidratasyonu hızlandırıcı ve erken dayanımı arttırıcı bir malzeme olarak kullanılması fikrini desteklemektedir. Ancak yüksek sıcaklıklarda rötre ve termal çatlakların engellenmesi için gerekli önlemler alınmalıdır. Filtre malzemesinin üretimde yeniden kullanımının, beton özellikleri ve sürdürülebilirlik konusundaki olumlu etkileri ile fayda sağladığı görülmüştür.