Marmara bölgesindeki farklı kökenli doğal kumların beton özelliklerine etkisi
The effect of different natural sands on concrete properties in the marmara region
Yazar: SELAHATTİN HASDEMİR
Danışman: PROF.DR. ATİYE TUĞRUL
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Agrega = Aggregate ; Beton kalitesi = Concrete quality ; Kum = Sand ; Marmara bölgesi = Marmara region

Özet:
Yapılasmanın hızla gelistigi Marmara Bölgesi'nde kaliteli beton ihtiyacı artmaktadır.Beton üretiminde bu bölgedeki farklı kökenli dogal kumlar yaygınca kullanılmaktadır.Her ne kadar kumların beton özelliklerine etkisi oldukça önemli ise de bu kumlarınmineralojik ve kimyasal özelliklerinin beton özellikleri ile iliskisi daha önce yeterincetartısılmamıstır. Bu amaçla, bölgede yaygınca üretilen kara, nehir ve deniz kumlarınınbeton özelliklerine etkisi arastırılmalıdır.Doktora tez çalısması olarak gerçeklestirilen bu arastırmanın amacı; MarmaraBölgesi'nde farklı alanlarda isletilmekte olan farklı kökenli dogal kumların jeolojik,mineralojik ve kimyasal özelliklerinin yanı sıra, yapılacak standart agrega deneyleriısıgı altında, betonda ince agrega olarak kullanılabilirliklerinin nedenleriyle birlikteortaya konulması ve karsılastırılmasıdır.Bu arastırma kapsamında öncelikle kumların üretildigi ocakların bulundugu alanlarınjeoloji haritaları derlenmistir. Daha sonra bu ocaklardaki üretim aynaları ile yıkamaelemetesislerinden temsili örnekler alınmıstır. Gerek arazi çalısmaları, gerekse debinoküler mikroskop ile yapılan petrografik incelemeler, XRD analizleri ile yapılanmineralojik arastırmalar ve kimyasal analiz verileri ile kumların bilesimleri, tane boyuve sekilleri ile kökenleri karsılastırmalı olarak tartısılmıstır. Daha sonra örneklere aitmetilen mavisi degeri, kum esdegeri, tane boyu dagılımı, çok ince malzeme muhtevası,birim agırlık, tane yogunlugu ve su emme, donmaya karsı dayanıklılık, kurumaçekmesi, asitte çözünebilen sülfat, suda çözünebilen klorür, kükürt muhtevasıbelirlenmis ve ayrıca tane boyu dagılımı deney sonuçlarından yararlanarak yüzey alanıve incelik modülü hesaplamaları yapılmıstır. Kumlar ayrıca, alkali-agrega reaksiyonuyönünden de hızlandırılmıs harç çubugu deneyleriyle incelenmistir. Özellikleribelirlenen kumlardan, aynı özellikteki iri agrega kullanılarak, aynı karısım oranları ilebeton ve harç hazırlanmıs ve taze/sertlesmis beton ve harç deneyleri (beton karısımhesapları, laboratuvar sartlarında karısım performansı deneyi, taze betonda kıvam tayinideneyi, taze beton yogunluk deneyi, taze betonda hava muhtevası tayini, sertlesmisbeton üzerinde ise beton basınç mukavemeti) yapılmıstır. Aynı örneklerden ince kesitlerhazırlanarak polarizan mikroskopta incelenmistir. Ayrıca, hızlandırılmıs harç çubugudeneylerinde kullanılan harç çubukları ile beton örneklerinin SEM görüntüleri deincelenmistir.Dogal kumların bünyesinde bulunan aktif silis, feldispat, mika ve kil mineralleri dogalkumların fiziksel ve dayanıklılık özelliklerini, beton ve harçlarda ise islenebilirlik vedayanım özelliklerini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu nedenle kumların içerdigi kil,mika, feldispat minerallerinin belirteci olan Al2O3, Na2O ve K2O'nun SiO2'e oranıkumların harç ve beton özelliklerine etkisini degerlendirme açısından önemli birparametredir. Dogal kumların üretimi esnasında bünyelerinde bulunan kil minerallerininuygun ve etkin yıkama sonrası uzaklastırılması ile kumların fiziksel ve dayanıklılıközelliklerinin degistirilebilmekte, buna paralel olarak beton ve harç dayanımlarıarttırılabilmektedir.

Abstract:
The need for concrete in good quality is increasing in the rapidly growing Marmararegion. The different types of natural sand found in this region are widely used in theproduction of concrete. Eventhough the efects of sand on concrete is very important, thecorrelation between concrete properties and mineralogical and chemical composition ofthe sands have not been investigated before. For this reason, the effects of the localyproduced land, river and sea sands on the properties of concrete shoud be investigated.The purpose of this research is to investigate and compare the chemical, mineralogicaland geological properties of the different types of natural sand used in the Marmararegion; alongside their usability as fine aggregate according to standard aggregate tests.The first stage of this investigation was to compile a geological map of the aggregatequarries. The second stage was to attain a quarry face from the sieving-washingproduction plant This dissertation compares fine aggregate?s size and shape with theirchemical and mineralogical composition gained through XRD analysis; alongside thepetrographic results from binocular microscopes and from site observations. The nextstage was to calculate the results of the methylene blue test, the sand equivalent test, thesieve analysis, the amount of very fine aggregate, the unit weight, the specific gravityand absorption capacity, the magnesium sulphate test, the drying shrinkage test, thelevel of corrosion of sulphate in acid, the level of corrosion of chlorine in water and theamount of sulphur tests; and also to calculate the specific surface and the finenessmodulus of the aggregate based on the results obtained from the sieve analysis. Thesamples have also been analysed to look at the potential alkali reactivity of aggregateusing the mortar bar method. Once the fine aggregate results were analysed, courseaggregate with compatible properties were made into concrete and mortar with the sameproportions and tested under fresh/hardened concrete and mortar analysis (mix design,performance control under laboratory conditions, fresh concrete workability, unitweight, air content test and concrete compressive strength tests on hardened concrete).A thin section from each sample is analysed with the help of a polarised microscope.Furthermore, the mortar bars used in the mortar bar method tests and the concretesamples were investigated with a scanning electron microscope.The active silica, feldspar, mica and clay minerals found in natural sand effects theirphysical properties and durability characteristics. It also effects negatively theworkability and strength characteristics of concrete and mortar. It has been shown thatthe ratio between the major element oxide as indicators of clay, mica and feldspar(Al2O3, Na2O and K2O) with SiO2, changes the physical and durability specifications ofnatural sand; and also effects the strength specifications of concrete and mortar. Theremoval of clay minerals from natural sand during production, by using suitable andeffective washing, changes the physical and durability specifications of the natural sand;this change increase the strength properties of concrete and mortar.