Sülfat etkisine maruz mineral katkılı beton ve harçların performansının incelenmesi

Abstract

Gerçekleştirilen deneysel çalışmada mineral katkı maddeleriyle üretilen betonların ve harçların farklı sülfat ortamlarındaki performansları araştırılmıştır. Bu kapsamda %10 silis dumanı, %20 uçucu kül ve %20 yüksek fırın cürufu ilaveli üç seri beton üretilmiştir. Karşılaştırma yapmak amacıyla mineral katkı içermeyen karışımlar da üretildi. Toplam 250 adet 15 cm küp beton numune hazırlanmış ve sırasıyla %2 sodyum sülfat ve magnezyum sülfat çözeltisinde, Karadeniz`den temin edilen suda ve musluk suyunda bekletilmiştir. Sülfat etkisine maruz beton numunelerin belli aralıklarla yüzey sertlikleri, ultrases değerleri ve basınç dayanımları ölçülmüş ve aynı zamanda numunelerde meydana gelen yüzeysel bozulmalar periyodik olarak gözlemlenmiştir. Deney programı kapsamında aynı zamanda mineral katkısız, silis dumanı ilaveli, uçucu kül ilaveli ve yüksek fırın cürufu ilaveli harç karışımlar üretilmiş ve 4×4×16 cm harç numuneler hazırlanmıştır. Mineral katkılar harca %20 oranında ilave edilmiştir. Üretilen harç numuneler deney süresince 5oC ve 40oC`deki %2 MgSO4 çözeltisinde ve oda sıcaklığında bekletilmiştir. Karşılaştırma yapmak amacıyla bir seri harç numune de standart kür ortamında tutulmuştur. 21 ay süre boyunca farklı ortamlarda bekletilen harç numuneler üzerinde taramalı elektron mikroskobuyla mikro yapısal ölçümler gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda standart küre maruz betonlarda en yüksek dayanıma yüksek fırın cürufu ilaveli betonlarda rastlanmıştır. Bunu sırasıyla ilk yaşlarda silis dumanı ilaveli betonlar, ilerleyen yaşlarda uçucu kül ilaveli betonlar takip etmiştir. En düşük dayanımı veren betonlar mineral katkı içermeyen betonlar olmuştur. Magnezyum sülfat atağına maruz betonlarda yüzey yumuşamasıyla birlikte çatlak oluşumu türünde bozulmalara rastlanırken sodyum sülfat çözeltisine maruz betonlarda yüzey yumuşaması olmaksızın benzer bozulmalara rastlanmıştır. 5oC, oda sıcaklığı ve 40oC’de magnezyum sülfat çözeltisine maruz harç numunelerden oda sıcaklığında bekletilenler çamurumsu bir yapı gösterecek şekilde dağılmışlardır. Mineral katkıların betonun sülfat ortamında performansını artırdığı, sıcaklık etkisinin harçlarda farklı bozulma mekanizmalarına neden olduğu araştırma sonucunda tespit edilen bulgulardan birkaçıdır.

The performance of concretes and mortars produced using different mineral additives is investigated in this study. In this context, three series of concrete mixtures containing of 10% silica fume, 20% fly ash and 20% granulated blast furnace slag were produced. Mixtures without mineral additives were also produced for making comparisons. Totally 250 specimens of 15 cm cubes were prepared and they were kept in 2% sodium sulfate and magnesium sulfate solutions, seawater provided from Karadeniz and in the tap water, respectively. At certain intervals, concrete specimens exposed to sulfates were examined for surface hardness, ultrasound measurements and compressive strength. Meanwhile, the specimens were periodically monitored for surface deterioration. Within the context of experimental program, mortars without mineral additives, with silica fume, with fly ash and with granulated blast furnace slag were produced and 4x4x16 cm prisms were prepared. The addition rate of mineral admixtures to mortar was 20% in all cases. The mortar prisms prepared were kept in 2% magnesium sulfate solution at room temperature, at 5oC and at 40oC throughout the testing program. Concretes with blast furnace slag cured in standard curing condition yielded the highest strength. This is followed by concretes with silica fume at early ages and concretes with fly ash at later ages. Concretes without mineral additives yielded the lowest strength throughout experimentation. The deterioration pattern of concretes subjected to magnesium sulfate was a combination of surface softening and cracking, while concretes subjected to sodium sulfate solution have indicated a similar deterioration pattern without surface softening. The mortar prisms immersed in magnesium sulfate solution at room temperature have indicated a deterioration pattern of disintegration. In addition to findings given above, some additional findings obtained from the study may be underlined that mineral admixtures have increased the performance of concrete subjected to sulfate solutions and the deterioration mechanism observed in the mortar prisms has indicated a different pattern depending on the temperature.