Doğal Sülfat İçeriği Yüksek Olan Kumlarla Üretilen Harçlarda Sülfat Etkisinin İncelenmesi Ve Mineral Katkıların Etkisi

Abstract

Günümüzde en yaygın bir yapı malzemesi olarak kullanılan beton; çimento, agrega, mineral ve kimyasal katkı maddeleri ve karışım suyundan oluşan karmaşık bir yapıya sahiptir. Yalın betonun yapısal özellikleri esas olarak çimento ve su ve bununla birlikte diğer karışım malzemeleri arasında gerçekleşen kimyasal reaksiyonlara bağlıdır. Sertleşmiş beton içerisindeki hidratasyon ürünlerinin kimyası, boşluk yapısı ve betonun mekanik özellikleri üretim aşaması ve bunu izleyen süreç içerisinde betonun maruz kaldığı çevre koşullarından önemli derecede etkilenmektedir. Sülfatlı ortamlar beton ve betonarme yapıların dürabilitesini olumsuz yönde etkileyen en önemli dış etkenlerden biri olup, bu konu ile ilgili pek çok araştırma yapılmıştır. Sülfat etkisi, sülfat iyonları ile çimento hidratasyon ürünleri arasında meydana gelen ve beton içerisinde hacim genleşmesine neden olarak betonun stabilitesini bozan bir seri karmaşık kimyasal reaksiyonlar zinciri olarak tanımlanabilir. Sülfat iyonları ise beton içerisine dışarıdan nüfuz edebileceği gibi sülfatın kaynağı, üretimde kullanılan çimento, agrega, kimyasal ve mineral katkı maddeleri ya da karışım suyu olabilir. Literatürde mevcut pek çok çalışma, yapı elemanlarına dışarıdan (external) etkiyen sülfat atağını incelemektedir. Beton bileşenlerinden gelebilecek sülfatlardan dolayı normal sıcaklıklarda oluşabilecek etkileri (gecikmiş etrenjit oluşumu hariç) inceleyen çok fazla çalışma bulunmamaktadır. Yapılan bu çalışmada, kumlardaki doğal sülfat içerikleri yüksek olarak bilinen ve Ortadoğu’dan temin edilen, suda çözünen sülfat miktarları %1,5 ve %2,0 olan 2 farklı kum numunesi ile üretilen harçlarda sülfat atağının etkisi araştırılmıştır. Deneyler ASTM C 1038 standardı esaslarına göre yapılmıştır. Ayrıca çalışmada nano silika, mikro silika, uçucu kül ve yüksek fırın cürufu gibi mineral katkı maddeleri de kullanılarak bu katkıların sülfat atağından kaynaklanacak deformasyonlara karşı yaratacağı olumlu etkiler de araştırılmış, önerilerde bulunulmuştur. Bunların yanında, Sakarya bölgesinden temin edilen ve sülfat içeriği ihmal edilebilecek düzeyde olan bir kum numunesi ile üretilen harçlar da sülfatlı ortamda bekletilmiş ve numunelerde dış sülfat etkisi gözlenmiştir. Deney sonuçları, mineral katkı ilavesinin, özellikle öğütülmüş cüruf kullanılması durumunda, iç veya dış sülfat etkisinden meydana gelen uzamaları önemli derecede düşürdüğünü göstermiştir.

Concrete, which is most widely used construction material today, has a complex structure consisting of cement, aggregate, mineral and chemical admixtures, and mixing water. The properties of plain concrete depend on the chemical reactions mainly between cement particles and water, as well as the reactions between the other components of concrete. The chemistry of hydration products, pore structure and mechanical properties of hardened concrete is significantly affected by the process of production and the environmental conditions in which the concrete is exposed during its service life. Sulfate contaminated environment is one of the most important factors that significantly affects the durability of plain and reinforced concrete structures negatively. Lots of research can be found regarding to this aspect. Sulfate attack can be defined as a series of complex chemical reactions chain which takes place between the sulfate ions and hydration products of cement and resulting in the deterioration of concrete stability. The sulfate ions can diffuse in concrete from the external environment, however, it is also possible that the source of these ions can also be the concrete mixing materials such as cement, aggregate, and chemical and mineral admixtures. In concrete literature, most of the investigations have been focused on external sulfate attack. Internal sulfate attack under normal conditions (except Delayed Ettringate Formation) which may caused by the sulfates from concrete ingredients, is not extensively investigated. In this experimental study, the effect of sulfates on the expansions mortar bars mixed with 2 different naturally sulfate contaminated sands (water soluble sulfate amounts of 1.5% and 2.0%) provided from Middle East is being investigated. Moreover, the effect of mineral admixtures such as nano silica, micro silica, fly ash and slag on the expansions caused by internal sulfate attack were studied. Additionally, mortar samples mixed with a sand sample provided from Sakarya region, which has a sulfate content of ignorable level, were also exposed to external sulfate attack and the expansions were observed. Results have shown that inclusion of mineral admixtures, especially ground granulated blast furnace slag, has significantly reduced the expansion of mortars caused by both internal and external sulfate attack.