Beton ve Çimentoda Kullanılan Uçucu Külün Özellikleri

Hazır beton ve çimento üretiminde uçucu kül kullanımına ilgili standartlar kapsamında izin verilmektedir. Önemli olan standartlar kapsamında uygunluğu onaylanmış uçucu kül kullanılmasıdır.

Türkiye’de uçucu kül kullanımı düşük seviyelerdedir. Hazır beton sektöründe yıllık yaklaşık 1-1.5 milyon ton uçucu kül mineral katkı olarak üretimde kullanılmaktadır. Çimento üretimi için net bir miktar vermek en azında ilgili kurumların paylaştığı veriler çerçevesinde pek mümkün değildir. Ancak, Portland uçucu küllü çimento üretimi oranının %1.25 olduğu ve bunun çoğunun ihraç edildiği bilinmektedir. Uçucu kül sadece portland uçucu küllü çimento içeriğinde kullanılmaz, ayrıca portland kompoze ve kompoze çimentoda da kullanılabilmektedir. Portland kompoze çimento üretimi toplam üretimin yaklaşık %25’idir. Çimento üretiminde de 1 milyon tona yakın uçucu kül kullanıldığı varsayılabilir. Aslında Türkiye’de termik santrallerden çok daha fazla miktarda uçucu kül açığa çıkmaktadır. Kullanım oranının düşük olmasının ana nedenleri standarda uygun kül miktarının az olması, uygun olanların bir kısmının maliyet ve performans açısından avantajlı olmaması ve bazı santrallerin piyasaya uzak olmasıdır.

Çimento Üretiminde Kullanılan Uçucu Külün Özellikleri

TS EN 197-1 Standardı, çimento ve çimento üretiminde kullanılacak mineral katkıların özelliklerini belirtmektedir. TS EN 197-1 Standardı’na göre uçucu külün özellikleri aşağıda belirtilmiştir.

Silissi Uçucu kül (V): Silissi uçucu kül çoğunluğu puzolanik özelliklere sahip küresel partiküllerden ibaret ince bir toz olup, esas olarak reaktif silisyum dioksit (SiO₂) ve alüminyum oksit (Al₂O₃)’den oluşur. Geri kalan kısmı ise demir oksit (Fe₂O₃) ve diğer bileşikleri ihtiva eder.

Kalkersi Uçucu Kül (W): Kalkersi uçucu kül, hidrolik ve/veya puzolanik özellikleri olan ince bir toz olup, esas olarak reaktif kalsiyum oksit (CaO), reaktif silisyum dioksit (SiO₂) ve alüminyum oksit (Al₂O₃)’den oluşur. Geri kalanı demir oksit (Fe₂O₃) ve diğer bileşikleri ihtiva eder.

TS EN 197-1’e göre uçucu kül gereklilikleri:

Özellik	Silissi uçucu kül (V)	Kalkersi uçucu kül (W)^(c)
Reaktif kalsiyum oksit (CaO)	< %10	≥ %10 ^(b)
Serbest kalsiyum oksit (CaO) muhtevası	≤ %1 ^(a)
Reaktif silisyum dioksit (SiO₂)	≥ %25
(a) Serbest kalsiyum oksit (CaO) muhtevası kütlece % 1,0’dan fazla, % 2,5’ten az olan uçucu küller de, kütlece % 30 silissi uçucu kül ve bu standarda uygun % 70 CEM I çimentosu ile hazırlanan karışım EN 196-3’e göre deneye tabi tutulduğunda hacim genleşmesi 10 mm’yi geçmemek şartıyla kabul edilebilir.
(b) % 10,0 – % 15,0 arasında reaktif kalsiyum oksit ihtiva eden kalkersi uçucu külün, reaktif silisyum dioksit muhtevası kütlece % 25,0’dan daha az olmamalıdır. % 15,0’dan fazla reaktif kalsiyum oksit ihtiva eden yeterince ince öğütülmüş kalkersi uçucu külün, EN 196-1’e göre deneye tabi tutulduğunda, 28 günlük basınç dayanımı en az 10,0 MPa olmalıdır.
(c) Kalkersi uçucu külün hacim genleşmesi, % 30 kalkersi uçucu kül ve kütlece % 70 CEM I çimentosu karışımı kullanıldığında ve EN 196-3 ‘e göre deneye tabi tutulduğunda, 10 mm’yi aşmamalıdır.
Uçucu külün sülfat (SO₃ olarak ifade edilen) muhtevası, çimentonun sülfat miktarı için müsaade edilen üst sınırını aşarsa, bu durum çimento imalatçısı tarafından, kalsiyum sülfat ihtiva eden bileşenleri uygun şekilde azaltmak suretiyle hesaba katılmalıdır.

Hazır Beton Üretiminde Kullanılan Uçucu Külün Özellikleri

TS EN 206 ve TS 13515 Standartları, hazır betonda kullanılacak olan uçucu külük TS EN 450-1 Standardı’na uygun olmasını şart koşar. TS EN 206 Standardı’nı tamamlayıcı nitelikteki ulusal standart olan TS 13515, uçucu kül hakkında daha fazla bilgi içerir. TS 13515’e göre:

Kızdırma kaybı kategorisi sadece A olan (TS EN 450-1) uçucu kül kullanılmalıdır.
Çimento içeriğindeki silissi veya kalkersi uçucu külün kızdırma kaybı %5’i geçmemelidir.
Alkali silika reaksiyonuna karşı önlem alınacak durumlarda kalkersi uçucu kül (W) içeren katkılı çimentoların kullanımından kaçınılmalıdır.

TS EN 450-1’e göre uçucu külün gereklilikleri

Tanım: Pulverize kömürün yanmaya yardımcı malzemeler ile birlikte veya tek başına yakılmasından elde edilen,
puzzolanik özelliklere sahip olan ve esas olarak SiO₂ ve Al₂O₃’ten meydana gelen, büyük ölçüde küresel ve camsı taneciklerin ince tozu olup:
– fırınların baca gazlarındaki toz benzeri taneciklerin elektrostatik veya mekanik çöktürülmesi ile elde edilen;
ve
– sınıflandırma, ayırma, eleme, kurutma, karıştırma, öğütme, karbon azaltma veya bu işlemlerin birlikte uygulanmasıyla, uygun üretim tesislerinde işlenebilen, bu Maddede verilen tarife uygun farklı kaynaklardan elde edilen uçucu küller olabilir.

Kimyasal Özellik	Gereklilik
Kızdırma Kaybı	Kategori A : Kütlece, en fazla % 5,0 Kategori B : Kütlece, en fazla % 7,0 Kategori C : Kütlece, en fazla % 9,0
Klorür (Cl^–)	≤ %0.1 (kütlece)
Sülfat (SO₃)	≤ %3 (kütlece)
Serbest kalsiyum oksit ^(a)	≤ %1.5 (kütlece)
Reaktif kalsiyum oksit	≤ %10 (kütlece)
Reaktif silisyum dioksit	≥ %25 (kütlece)
(SiO₂) + (Al₂O₃) + (Fe₂O₃)	≥ %70 (kütlece)
Toplam alkali muhtevası	≤ %5 (kütlece)
Magnezyum oksit	≤ %4 (kütlece)
Fosfat	≤ %5 (kütlece)
(a) % 1,5 üzerinde ise genleşme şartı sağlanmalıdır.

Fiziksel Özellik	Gereklilik
İncelik ^(a)	Kategori N: İncelik değeri, kütlece % 40’tan daha fazla olmamalıdır ve beyan edilen değere göre ± % 10’dan daha fazla değişmemelidir. Kategori S: İncelik değeri kütlece % 12’den daha fazla olmamalıdır. İncelik değişim sınır değeri olan ± %10 bu kategori için uygulanamaz.
Aktivite indeksi	28 günlük ve 90 günlük aktivite indeksi, sırasıyla % 75 ve % 85’den daha az olmamalıdır.
Genleşme ^(b)	≤ 10 mm
Tanecik yoğunluğu	İmalatçı tarafından beyan edilen değerden 200 kg/m³’ten daha fazla sapma göstermemelidir.
Priz başlangıç süresi	Priz başlangıç süresi, % 25 uçucu kül ve % 75 deney çimentosu olan (her ikiside kütlece) karışım üzerinde EN 196-3’e göre tayin edilmeli ve % 100 (kütlece) deney çimentosu ile hazırlanan çimento hamurunun priz başlangıç süresinin iki katından daha fazla olmamalıdır.
Su ihtiyacı	Kategori S’de belirtilen inceliğe sahip uçucu külün su ihtiyacı, Ek B’de tarif edilen yönteme göre tayin edilmeli ve sadece deney çimentosu için belirlenen su ihtiyacı değerinin % 95’inden daha fazla olmamalıdır. İncelik kategorisi N olan uçucu kül için bu gerek uygulanmaz.
(a) Uçucu külün inceliği, göz açıklığı 0,045 mm olan elekten elendiğinde, elek üstünde kalan külün kütlesinin yüzdece oranı olarak gösterilmelidir.
(b) Uçucu küldeki serbest kalsiyum oksit muhtevası kütlece % 1,5’i geçmez ise bu gereğin sağlandığı kabul edilir. % 1,5 üzerinde ise genleşme şartı sağlanmalıdır.