Sepiyolitin reolojik özelliklerinin geliştirilmesi ve sepiyolit katkılı lif takviyeli beton üretimi
Development of rheological properties of sepiolte and production of sepiolite-fibre-reinforced concrete
Yazar: SELÇUK KOLTKA
Danışman: PROF. DR. EYÜP SABAH
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Beton = Concrete ; Reolojik özellikler = Rheologic properties ; Sepiyolit = Sepiolite

Özet:
Ülkemiz İspanya'dan sonra önemli sepiyolit rezervlerine sahip olmasına rağmen, sepiyolit yatakların büyük bir kısmı yeterli kalitede değildir. Bu tür yataklarda sepiyolit dışındaki başlıca bileşen dolomit olmak üzere, yer yer değişik oranlarda illit, detritik kuvars ve volkanik cam bulunmaktadır. Dolomitli sepiyolitler çoğunlukla %50 ve daha fazla oranlarda sepiyolit içerir. Bu tür dolomitik sepiyolitlerin reolojik özelliklerini geliştirmek için zenginleştirme işlemine tabi tutulması gerekmektedir.Bu tez çalışmasında Eskişehir-Sivrihisar yöresinden alınan ve saflığı %60±10 olan kahverengi ve saflığı %40±10 olan beyaz sepiyolitlerin gravitasyonel yöntemlerle zenginleştirilip reolojisi geliştirildikten sonra sepiyolit katkılı lif takviyeli beton üretimi hedeflenmiştir. Sallantılı masada -2+1 mm fraksiyonlarında sepiyolit numuneleri ile zenginleştirme işlemleri gerçekleştirilmiş ve viskozitesi 815,04 cP olan kahverengi sepiyolit süspansiyonlarından %43,1 verimle 1420 cP viskozite veren kahverengi sepiyolit, viskozitesi 151,04 cP olan beyaz sepiyolit süspansiyonlarından ise %51 verimle 320 cP'lik beyaz sepiyolit ürünleri elde edilmiştir.Sallantılı masada zenginleştirilen sepiyolit numuneleri, bu proje ile geliştirilen mekanik lif açma işlemine tabi tutulmuş ve proses parametreleri optimize edilmiştir. 1000 D/D karıştırma hızı ile 2 dakika süren bir ön karıştırma ve 16000 D/D'lık 8 dakika süren bir nihai karıştırmadan sonra %6 katı oranında kahverengi sepiyolit süspansiyonları 20.000 cP viskozite, %10 katı oranında beyaz sepiyolit süspansiyonları ise 10.000 cP'lık viskozite vermiştir. Lif açma tekniğinde stabil süspansiyonların önemi bilindiğinden, çok daha yüksek viskozite veren sepiyolit süspansiyonları elde etmek amacıyla sepiyolitlerin fiziko-kimyasal özelliklerini değiştiren ? geliştiren yüzey aktif maddeler kullanılmış ve zenginleştirme işlemine tabi tutulan beyaz sepiyolitin viskozitesi 19.000 cP'a, kahverengi sepiyolitin viskozitesi ise 52.000 cP'a yükselmiştir. Tüvenan sepiyolit süspansiyonları ile reolojisi geliştirilmiş sepiyolit süspansiyonlarının tekil fiberlerinin SEM görüntüleri, yüksek reoloji veren sepiyolit süspansiyonlarında sepiyolit liflerinin elipsoitliğinde artış olduğunu ve bir ağ yapı (network) oluşturduğunu göstermiştir.Sepiyolit katkılı lif takviyeli beton üretiminde, her iki lif tipi çimentonun ağırlığınca %0,5, %1, %2 ve %3 katkı oranlarında betona ilave edilmiştir. %0,5-%2 oranlarında kahverengi sepiyolitik lif kullanımı, 28 günlük basınç dayanımı kontrol serilerine göre %7 artış sağlarken, %1 ve %3 oranında beyaz sepiyolitik lif ilave edilen betonlar, 28 günlük referans serileriyle benzer dayanım göstermiştir. Kahverengi ve beyaz sepiyolitik liflerin %2 katkı oranındaki eğilme dayanımı, 28 günlük referans betonların eğilme dayanımlarına oldukça yakındır. Ancak, %0,5, %1 ve %3 katkı oranlarında eğilme dayanımı azalmıştır. %0,5 ve %3 kahverengi sepiyolitik lif katkısı yarma dayanımını artırırken, beyaz sepiyolitik liflerde tüm katkı oranlarında yarma dayanımı artırmıştır. Özellikle %3 beyaz sepiyolitik lif katkısı ile yarma dayanımı, agrega-çimento hamuru ara-yüzeyinin daha dayanıklı hale gelmesi sonucu %29 artmıştır. Sertleşmiş beton özelliklerinde, basınç dayanımlarında %0,5 üzerindeki kahverengi sepiyolitik liflerin kullanımı etkili olurken, çekme dayanımlarında %2 beyaz sepiyolitik lif katkısı üzerindeki oranların daha olumlu sonuçlar verdiği görülmüştür. Ultrases geçiş hızlarına göre her iki lif tipiyle üretilen 28 günlük betonlar kaliteli beton sınıfı içerisinde yer almışlardır.Donma çözünme testlerinde; kahverengi sepiyolitik liflerin etkisinin beyaz sepiyolitik lif katkılı betonlara göre daha iyi olduğu, lif miktarı artıkça donma çözünmeye dayanımın arttığı, %2'nin üzerinde kahverengi sepiyolitik lif katkısının, sepiyolitik liflerin betonun işlenebilirliğini azaltması nedeniyle betonun homojenitesini bozduğundan dayanımı düşürdüğü belirlenmiştir. Beton karışımlarına %3 lif ilavesinin, kimyasal katkı kullanılmasına rağmen karıştırmada güçlükler çıkarması nedeniyle her iki lif tipinin de %2 oranına kadar betona ilavesinin uygun olacağı tespit edilmiştir.

Abstract:
Even though our country has the most important sepiolite reserves after Spain, most of our sepiolite beds are not at adequate quality. These types of ore beds contain dolomite as major impurity content, and varying amounts of illite, detritic quartz and volcanic glass depending on locations. Sepiolites with dolomite generally contain 50% or more sepiolite. In oreder to develop rheologic properties of these types requires enrichment process applications.In this thesis, first it is aimed to enrich white and brown sepiolites with purities of 60 ± 10% and 40 ± 10% from the Eskisehir-Sivrihisar region and develop rheological behavior, than produce sepiolite doped fiber reinforced concrete. Beneficiation processes with shaking table was carried out with -2 + 1 mm fraction of sepiolite samples and the white sepiolite suspensions viscosity of 151.04 cP was fed and a product obtained at 51% efficiency and viscosity of 320 cP, in case of brown sepiolite suspension of 815 cP viscosities, a product obtained at 43.1% efficiency and 1420 cP viscosity.Sepiolite samples enriched with shaking table, was subjected to a mechanical defibering process developed within this project and process parameters were optimized. A pre-mixing for 2 minutes at 1000 rpm agitation speed and final stirring at 16,000 rpm for 8 minutes were applied to brown sepiolite suspensions prepared at final solid to liquid ratio of 6% and a suspension with 20,000 cP viscosity obtained, and with same parameters were applied to white sepiolite samples prepared at solid to liquid ratio of 10% and a suspension 10,000 cP viscosity were obtained. The importance of producing stable suspensions in defibering technique is very well known, in order to produce much higher viscosity suspension, surface active reagents that alters-improves sepiolites physico-chemical properties and enhance the viscosity of white sepiolite to19,000 cP and brown sepiolite to 52,000 cP. SEM images of single fibers sampled from run of mine sepiolite suspensions and improved rheology suspensions indicated that the sepiolite fibers ellipsoid shape were developed in the suspension and a network structure constructed.In production of fiber reinforced concrete, both of these fiber types were added to concrete at solid rates of 0.5%, 1%, 2% and 3%. When brown sepiolite added at 0.5%-2% solid rates,the concrete samples compressive strength 7% increased after 28th day control measurements, whilst the concretes containing 1% and 3% white sepiolite fibers reassured similar strength behaviours at 28 days reference series. The brown and white sepiolite mixed at 2% solid rate concrete samples reproduced flexural strength value similar to strength of 28 days reference concretes. However, at the rates of 0.5%, 1% and 3% addition this flexural strength has decreased. Only when the brown sepiolite fiber addition at 0.5% and 3% increased splitting strength, in case of white sepiolite fiber addition at all rates increased the splitting strength. Especially with the addition of 3% rate of white sepiolite the splitting strength has increased by 29% depending on the increased durability of aggregate-cement matrix interface. On concrete characteristics, the brown sepiolite addition over the rate of 0.5% contribute the increase of compressive strength, in terms of splitting tensile strength white sepiolite addition over 2% represented more positive results. According to ultrasound trespassing speed measurements the concretes of 28 days with added both types of sepiolites represented quality concrete class values. According to freeze-thaw tests, the effect of brown sepiolites are better than white sepiolites, due to increase of fiber amount the resistance against freeze-thaw increased, while over 2% brown sepiolite addition degrades the homogeneity of concrete, therefore it decreases process ability of the slump and decrease the overall strength. At the rate of 3% sepiolite fiber addition arouse difficulties during stirring even when chemical additives are used, for this reason it is stated that the fiber addition up to 2% for both of the sepiolites would be appropriate