MİNERAL KATKILAR – METAKAOLİN

(GÖKSUN ATMACA)

1-) GİRİŞ

Puzolanlar, kendi başına bağlayıcılık özelliği çok az olan veya hiç olmayan ancak ince öğütüldüklerinde ve rutubetli ortamda çimento hidratasyonu sonucu açığa çıkan kalsiyum hidroksitle kimyasal reaksiyona girdiklerinde bağlayıcılık özelliği kazanan silisli ya da silisli ve alüminli malzemelerdir. Esas oksitleri olan silis ve alümine ilave olarak yapılarında demir oksit, kalsiyum oksit (CaO), alkali ve karbon bulunmaktadır. Bu maddelerin miktarları ise elde edildikleri kaynağa göre değişmektedir. (ASTM C 618)

Puzolanların, betonda portland çimentosu ile beraber kullanılması, su geçirimsizliğinin artması, hidratasyon ısısının düşmesi ile termal çatlakların azalması, alkali-agrega reaksiyonu ile oluşan çatlamalara karşı dayanımın artması, işlenebilirliğin artması, sülfat ve asit ortamlarında durabilitenin artması gibi amaçlara yönelik olarak kullanılmaktadır (Postacıoğlu, 1987; Anuk, D. 2011).

2-) METAKAOLİNİN ÜRETİMİ

Doğal olmayan puzolanlardan olan metakaolin, üretim şekli itibariyle diğer mineral katkılardan farklıdır. Saflaştırılmış kaolin kilinin yaklaşık olarak 650-800 oC arasındaki sıcaklıklarda pişirilmesiyle (30-60dk) bünyesine bağlı olan suyun tamamının buharlaştırılmasıyla elde edilir.

Pişirme işlemi sonucunda, metakaolinin bünyesindeki alümin ve silisin kristal yapılarında bozulma olur. Metakaolin, amorf yapılı, yüksek oranda SiO2 ve Al2O3 içeren puzolanik bir malzeme haline gelir. Metakaolinin yapısında bulunan silis ve alüminin çimentonun hidratasyonu sonucu oluşan Ca(OH)2 ile reaksiyona girerek yeni kalsiyum silikat hidrat (CSH) yapılar ve alümina içeren fazlar (C4AH13, C2ASH8, C3AH6) oluşturur. (Sabir et al., 2001).

3-) METAKAOLİNİN TEMEL ÖZELLİKLERİ

%50-55’ i SiO2 %45-50’i Al2O3’den oluşmaktadır. Yüzey alanı çimentoya benzer 1500-2500 cm2/gr’dır. Yoğunluğu yaklaşık 2.5 gr/cm3’tür. Ortalama tane boyutu 2 mikronun altındadır. Beyaz olması nedeniyle estetiklik sağladığından beyaz çimentolu sistemlerin

tamamında kullanılmaktadır.

4-) METAKAOLİN ETKİ MEKANİZMASI

Çimento Reaksiyonu: PÇ + SU C-S-H Jel + Ca(OH)2

Metakaolin Etki Mekanizması: Metakaolin + SU + Ca(OH)2 C-S-H Jel

C-S-H Jel istenen faz dayanım veriyor. Kalsiyum hidroksit istenmeyen faz. Dayanıma katkısı yok. Metakaolin kalsiyum hidroksitle reaksiyona girerek çimentoya ilave bağlayıcı özellik kazandırır.

5-) METAKAOLİNİN BETON ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ

Yapılan çalışmalarda çimento yerine uygun oranlarda MK kullanıldığında, mekanik özellikleri olumlu etkilediği belirtilmiştir. Bu olumlu katkıda 3 mekanizmanın etkili olduğu bilinmektedir:

1. Çimentonun hidratasyonunu hızlandırması2. Puzolanik reaksiyon yapması3. Filer etkisi ile boşlukları tıkayarak doluluğu arttırmasıdır.(Sabir vd., 2001)

Yapılan çeşitli araştırmacılar sonucu metakaolinin kullanılmasıyla beraber;

Kılcal su emmenin azaldığı, Permeabilitenin azaldığı, Betonun genleşmesinin azalmasıyla birlikte hızlı klor geçirimliliğini azaltarak

durabiliteyi arttırdığı (Khatib ve Clay, 2004, Gruber vd., 2001, Bai vd., 2003, Al-Akhras, 2006, Ramezanianpour ve Bahrami Jovein, 2012; Türkel S., Tevrizci M. 2015)

Çiçeklenmeyi kontrol etmede etkili olduğu ve özellikle alkali silika reaksiyonu oluşumunu azalttığı (Ramlochan vd., 2003, Aquino vd., 2001; Türkel S., Tevrizci M. 2015).

Metakaolin kullanımının işlenebilirliği arttırarak daha düzgün bir yüzey elde edilmesine olanak sağladığı (Siddique ve Kalus, 2009, Kim vd., 2007; Türkel S., Tevrizci M. 2015),

Betonda kuruma rötresi ve sünmenin azaldığı (Brooks ve Johari, 2001; Türkel S., Tevrizci M.2015).

Basınç ve eğilme dayanımlarında artış olduğu (Pera,2001) Mohs skalasına göre 2-2.5 sertliğe sahip olan kaolin sayesinde metakaolin betonda

aşınma dayanımının iyileştiği (Sanjay T.P., Anil K., Subhash S.D.,2014) ASR gelişiminin azaldığı ve daha yoğun bir beton elde edildiği değişik araştırmacılarca

kanıtlanmıştır.(Kim et al.2007)

Metakaolinin bilinen sadece birkaç tane dezavantajı vardır; slump değerlerini düşürdüğü ve inceliği dolayısıyla su ihtiyacını arttırdığı belirlenmiştir. Ayrıca yüksek yüzdelerde (%10-20) çimentoyla yerdeğiştirildiğinde yangına karşı dayanımlarda düşüş meydana gelmiştir düşük yüzdelerde ise yüksek ısıya maruz kalan örneklerde kontrol karışımına göre dayanımların daha yüksek olduğu kaydedilmiştir. (Poon vd., 2003)

6-) KAYNAKLAR

1. Al-Akhras, N.M., 2006. Durability of metakaolin concrete to sulfate attack. Cem.Con.Res. 36, 1727-1734.

2. Anuk, D., 2011, Metakaolin Kullanımının Çimento Harçlarının Mekanik ve Durabilite Özelliklerine Etkisi, Ege Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi, İzmir.

3. ASTM C 618, 1994, Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use As A Mineral Admixture in Portland Cement Concrete, Annual Book of ASTM Standards.

4. Aquino W., Lange, D.A., Olek, J., 2001. The influence of metakaolin and silica fume on the chemistry of alkali–silica reaction products. Cement and Conc. Comp., 23, 485-493.

5. Bai, J., Wild, S. ve Sabir, B.B., 2003. Chloride ingress and strength loss in concrete with different PC-PFA-MK binder compositions exposed to synthetic seawater. Cement and Concrete Research, 33, 353–362.

6. Brooks, J.J., Johari, M.A., 2001. Effect of metakaolin on creep and shrinkage on concrete. Cement and Conc. Comp., 23, 495-502.

7. Khatib, J.M. and Clay, R.M., 2004, Absorption Characteristics of Metakaolin Concrete, Cement and Concrete Research, Volume: 4, 19-29pp.

8. Kim, H., Lee, S. and Moon, H., 2007, Strength Properties and Durability Aspects of High Strength Concrete Using Korean Metakaolin, Construction and Building Materials, 21 (6), 1229-1237pp.

9. Postacıoğlu, B., 1987, Beton, Bağlayıcı Maddeler, Agregalar Cilt-2, Matbaa Teknisyenleri Yayınevi, İstanbul, 192s.

10. Sabir, B.B., Wild, S. and Bai, J., 2001, Metakaolin and Calcined Clays as Pozzolans for Concrete: a Review, Cement and Concrete Composites, Vol. 23, 441-454pp.

11. Sanjay N. P., Anil K.G., Subshash S.D., 2014,IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, ISSN : 2278-1684 P.46-49.

12. Siddique, R., Kalus, J., 2009. Influence of metakaolin on the properties of mortar and concrete: a review”, Applied Clay Science, 43, 392-400.

13. Tevrizci M.M., 2010. Metakaolin Katkılı Harçların Bazı Durabilite Özelliklerinin İncelenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 192s, İzmir.

14. Türkel S., Tevrizci M.M., 2015, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 19(1), 40-46.