Asidik ve bazik karakterli tüflerin puzolanik özelliklerinin araştırılması: Elazığ ve Gümüşhane yörelerinden örnek bir çalışma

Year 2022, Volume: 12 Issue: 4, 1024 - 1035, 15.10.2022

Yasemin Aslan , Zülfü Gürocak

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.1114739

Abstract

Puzolanlar killi zeminlerin stabilize edilmesinde katkı malzemesi olarak ve çimento üretiminde tras olarak kullanılmaktadırlar. Stabilizasyon işleminde zemine eklenen doğal ve yapay puzolanlar, zeminin taşıma gücünü ve dayanımını arttırmakta, oturmaları, gerilmeler sonucunda meydana gelecek olan deformasyonları, şişme potansiyelini, sıvılaşma potansiyelini ve geçirgenliği azaltmaktadır. Çimentoda kullanılan ve tras adı verilen puzolanlar ise hidratasyon ısısını azaltmakta, betonun çatlamaya karşı direncini arttırmakta, betonun su geçirmezliğini artırmakta ve alkali-agrega reaksiyonu nedeni ile oluşan genleşmeyi önlemektedir. Bu nedenle, doğal puzolanik özelliğe sahip malzemelerin araştırılması ve puzolanik özelliklerinin incelenmesi ülke ekonomisi açısından önem taşımaktadır. Bu çalışmada asidik ve bazik karakterli iki tüfün puzolanik özelliklerini belirlemek amacıyla kimyasal ve mineralojik incelemeler yapılmış ve tüflerde puzolanik aktivite deneyleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda Kızılkaya Formasyon’una ait asidik karakterli tüfler standartlarda önerilen stabilizasyonda ve çimento üretiminde katkı malzemesi olarak kullanılabilme şartlarını sağlamasına karşın, yapılan puzolanik aktivite deneyinde yeterli basınç dayanımı sağlayamamaktadır. Bu durum, CaO oranın azlığından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle asidik tüflerin kullanımında kireç katkısı ile CaO oranının artırılması gereklidir. Karabakır Formasyon’una ait bazik karakterli tüflerin kimyasal özelliklerinin standartlarda verilen limit değerlere uygun olmadığı, yeterince puzolanik reaksiyon oluşturmayacağı ve katkı malzemesi olarak kullanılamayacağı sonucuna varılmıştır.

Keywords

Kil, Puzolan, Stabilizasyon, Tras, Tüf

Supporting Institution

Fırat Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri

Project Number

MF.16.64

Thanks

Fırat Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri MF.16.64 nolu proje

Investigation of pozzolanic properties of acidic and basic tuffs: A case study from Elazığ and Gümüşhane regions

Abstract

Pozzolans are used as additives in stabilizing clayey soils and as trass in cement production. Natural and unnatural pozzolans added to the ground in the stabilization process increase the bearing strength and strength of the soil, reduce the deformations that will occur as a result of stresses, settlements, swelling potential, liquefaction potential and permeability. It Pozzolans, which are used in cement and called trass, reduce the heat of hydration, increase the resistance of concrete against cracking, increase the waterproofing of the concrete and prevent the expansion caused by the alkali-aggregate reaction. For this reason, researching materials with natural pozzolanic properties and examining their pozzolanic properties are important for the country's economy.
In this study, chemical and mineralogical studies were carried out to determine the pozzolanic properties of acidic and basic tuffs, and pozzolanic activity tests were carried out on the tuffs. As a result of the studies, although the acidic character tuffs belonging to the Kızılkaya Formation meet the conditions for use as an additive in the stabilization and cement production recommended in the standards, they cannot provide sufficient compressive strength in the pozzolanic activity test. This is due to the low CaO ratio. For this reason, it is necessary to increase the CaO ratio with lime additives in the use of acidic tuffs. It has been concluded that the chemical properties of the basic character tuffs of the Karabakır Formation are not in accordance with the limit values given in the standards, they will not create sufficient pozzolanic reaction and cannot be used as an additive material.

Keywords

Clay, Pozzolan, Stabilization, Trass, Tuff

Project Number

MF.16.64

References

• Akgül, E. (2006). Datça bölgesindeki volkanik tüflerin yapı malzemesi olarak değerlendirilmesi [Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Aksoy, E., Turan, M., Türkmen, İ., & Özkul, M. (1996). Elazığ havzasının Tersiyerdeki Evrimi. KTÜ Jeoloji Mühendisliği Bölümü 30.Yıl Sempozyumu, Bildiriler Kitabı, 293-310.
• Alp, İ., Deveci, H., Yılmaz, A.O., Kesimal, A., & Yılmaz, E. (2004). Taşhane (Terme) andezitik tüflerinin çimento üretiminde katkı maddesi loarak kullanılabilirliğinin araştırılması. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, İzmir.
• ASTM C 618-12, (2012). Standard specification for coal fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use in Concrete. West Conshohocken, ASTM International. PA.
• Aydın, S. (2010). Yenikent (Ankara) yerleşim alanı killerinin kireç ve uçucu külle geoteknik özelliklerinin iyileştirilmesi [Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Başçetin, A., Eker, H., Adıgüzel, D., & Tüylü, S. (2020). Çimentolu macun dolgu yönteminin uygulanmasında bazı katkı malzemelerinin puzolanik özelliklerinin araştırılması. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 10 (2). 415-424 . https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.627059
• Bascetin, A., Adiguzel, D., Eker, H., Odabas, E., & Tuylu, S. (2021). Effects of puzzolanic materials in surface paste disposal by pilot-scale tests: observation of physical changes. Int. J. Environ. Sci. Technol, 18, 949-964. https://doi.org/10.1007/s13762-020-02892-w
• Eker, H., & Başçetin, A. (2022). The study of strength behaviour of zeolite in cemented paste backfill. Geomechanics and Engineering, 29(4), 421-434. https://doi.org/10.12989/gae.2022.29.4.421 Boynukalın, S. (1990). Dereli (Giresun) baraj yeri ve göl alanının mühendislik jeolojisi ve çevre kayaçlarının jeomekanik özellikleri [Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Bulut, Ü. (2007). Perlitin puzolanik aktivitesi [Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Camacho, R.E.R., & Afif, R.U. (2002). Importance of using the natural pozzolans on concrete durability. Cement and Concrete Research, 32(12), 1851-1858. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00714-1
• Ceylan, H. (2020). Isparta Tüfünün Puzolanik Özelliklerinin Araştırılması. Journal of Technical Sciences, 10(2), 1-6.
• Costa, U., & Massazza, F. (1981). Factors affecting the reaction with lime of ıtalian pozzolanas. II Cemento, 131-139.
• Çavdar, A. (2004). Trabzon yöresi tüflerinin çimentoda tras olarak kullanılabilirliği, çimento inceliği ve tras oranının traslı çimentonun özelliklerine etkisi [Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Demir Şahin, D., Çullu, M., & Eker, H. (2019). Betonların aşındırma ve karbonatlaşma performanslarına kireçsi uçucu küllerin farklı incelik ve ikame oranlarının etkisi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (17), 1150-1163. https://doi.org/10.31590/ejosat.654733
• Demir Şahin, D., Çullu, M., & Eker, H. (2020). The effect of different fineness values of Afşin Elbistan fly ash on permeability in concrete. Challenge Journal of Structural Mechanıcs, 6(2), 73-83. https://doi.org/10.20528/cjsmec.2020.02.004
• Demir Şahin, D., Isik, E., Isik, I., & Cullu, M. (2021). Artifcial neural network modeling for the effect of fly ash fineness on compressive strength. Arabian Journal of Geosciences, 14: 2705. https://doi.org/10.1007/s12517-021-09120-w
• Erdoğan, T.Y. (2003). Beton. ODTÜ Geliştirme Vakfı ve Yayıncılık A.Ş., Ankara.
• Erdoğdu, K., Tokya, M., & Türker, P. (2003). Traslar ve traslı çimentolar. Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği, Ar-Ge, Y99-2, 32.
• Geiman, C.M. (2005). Stabilization of soft clay subgrades in virginia phase ı laboratory study [M.A. Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University Civil Engineering].
• Ghabaee, S. (2015). Kireç ile stabilize edilmiş bentonitin kür süresinin mukavemet üzerindeki etkisi [Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Güven, İ.H. (1993). Doğu Karadeniz Bölgesi’nin 1/25.000 ölçekli jeolojisi ve komplikasyonu. MTA, Ankara (yayınlanmamış).
• Herece, E. (2016). Altınkuşak (Elazığ) ile Pertek (Tunceli) arasının Jeolojisi, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Derleme Rapor No. 11907, Ankara (yayımlanmamış).
• Hewlett, P.C. (1998). Lea's chemistry of cement and concrete, john wiley and sons ınc. Fourth Edition, New York, USA.
• Hossain, K.M.A., & Mol, L. (2011). Some engineering properties of stabilized clayey soils ıncorporating natural pozzolans and ındustrial wastes. Construction and Building Materials, 25(8), 3495-3501. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.03.042
• Hsu, S., Chi, M., & Huang, R. (2018). Effect of fineness and replacement ratio of ground fly ash on properties of blended cement mortar. Construction and Building Materials, 176, 250-258. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.05.060
• Kalay, E. (2010). Sıkıştırılmış yüksek plastisiteli kil zemin stabilizasyonunda pomza, mermer tozu ve kirecin kullanılması [Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Kavas, T., & Çelik, M.Y. (2001). Ayazini (Afyon) Tüflerinin çimento sanayiinde tras olarak kullanılabilirliğinin incelenmesi. Madencilik, 44(2).
• Kinuthia, J.M., Wild, S., & Jones, G.I. (1999). Effects of monovalent and divalent metal sulphates on consistency and compaction of lime-stabilised kaolinite. Applied Clay Science, 14(1-3), 27-45. https://doi.org/10.1016/S0169-1317(98)00046-5
• Korkmaz, S. (1993). Tonya-Düzköy (GB Trabzon) Yöresinin Stratigrafisi. Türkiye Jeoloji Bülteni, 36(1), 151-158.
• Köprübaşı, N. (1992). Aşağı Harşit bölgesinin mağmatik petrojenezi ve masif sülfitlerde jeokimyasal hedef saptama uygulamaları [Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Liebig, E., & Althaus, E. (1998). Pozzolanic activity of volcanic tuff and suevite: Effects of calcination. Cement and Concrete Research, 28(4), 567-575. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(98)00024-6
• Little, D.N., Scullion, T., Kota, P.B.V.S., & Bhuiyan, J. (1995). Guidelines for mixture design and thickness design for stabilized bases and subgrades. Texas A and M University.
• Locat, J., Berube, M.A., & Choquette, M. (1990). Laboratory investigations on the lime stabilization of sensitive clays: Shear strength development. Canadian Geotechnical Journal, 27(3), 294-304. https://doi.org/10.1139/t90-040
• Mallela, J., Harold Von Quintus, P., Smith, K.L., & Consultants, E. (2004). Consideration of limestabilized layers in mechanistic-empirical pavement design. The National Lime Association, Arlington, Virginia, USA.
• Massazza, F. (1989). Puzolanlı çimentolar ve kullanım alanları semineri, 11-12 Mayıs, Ankara.
• Massazza, F. (1999). Pozzolans and durability of concrete, Cement World, 3(21), 19-44.
• Merdan Tutar, Z. (2015). Bahçecik (Torul/Gümüşhane) ve civarındaki Eosen yaşlı volkanik kayaçların petrografik, jeokimyasal ve petrolojik özelliklerinin incelenmesi [Yüksek Lisans Tezi, Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Naz, H. (1979). Elazığ-Palu dolayının jeolojisi. TPAO Raporu, 1360, (yayımlanmamış).
• Pan, S., Tseng, D., Lee, C., & Lee, C. (2003). Influence of the finesses of sewage sludge ash on the mortar properties. Cement and Concrete Research, 33(11), 1749-1754. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(03)00165-0
• Swamy, R.N. (1986). Cement Replacement Materials, Blackıe & Son Ltd, London, England.
• Taban, S., & Şimşek, O. (2009). Zeolitik tüf katkı oranı ve deniz suyunun çimentonun fiziksel ve mekanik özelliklerine etkisi. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der, 24(1), 145-153.
• Thompson, M., & Dempsey, B. (1969). Autogenous healing of lime-soil mixtures. Highway Research Board, 263, 1-7.
• TS 25, (2008). Doğal puzolan (tras) - Çimento ve Betonda Kullanılan-Tarifler, Gerekler ve Uygunluk Kriterleri. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
• TS EN 450-1 (2013). Uçucu Kül-Betonda Kullanılan-Bölüm 1:Tarif, Özellikler ve Uygunluk Kriterleri. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
• Turan, M., & Bingöl, A.F. (1991). Kovancılar-Baskil (Elazığ arası bölgenin tektonostratigrafik özellikleri. Çukurova Üniversitesi Ahmet Acar Sempozyumu Bildiriler Kitabı, 213-227.
• Ün, H. (2007). PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemeleri Ders Notları, Denizli.
• Yalçınalp, B. (1992). Güzelyayla (Maçka-TRABZON) Porfiri cu-mo cevherleşmesinin jeolojik yerleşimi ve jeokimyası [Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Wang, A., Zhang, C., & Sun, W. (2003). Fly ash effects: I. the morphological effect of fly ash. Cement and Concrete Research, 33(12), 2023-2029. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(03)00217-5
• Wild, S., Kinuthia, J., Robinson, R., & Humphreys, I. (1996). Effects of ground granulated blast furnace slag (GGBS) on the strength and swelling properties of lime-stabilized kaolinite in the presence of sulphates. Clay Minerals, 31(3), 423-433. https://doi.org/10.1180/claymin.1996.031.3.12