T C ONDOKUZ MAYIS NVERSTES MHENDSLK FAKLTES EVRE

T. C. ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MALZEME BİLGİSİ DERSİ Prof. Dr. Semra ÇORUH

ENDÜSTRİYEL HAMMADDELER VE YAPI MALZEMELERİ

• Çeşitli şekillerde günlük hayatımızın birer parçasını oluşturan modern endüstri ürünlerinin temel girdileri, endüstriyel hammaddeler olarak tanımlanmaktadır. • Bunlar doğada yaygın olarak bulunan, kazanılmaları işlenmiş ürün haline getirilmeleri nispeten kolay olan yer altı zenginlikleridir. • Genellikle metaller dışında kalan mineral zenginleşmeleri endüstriyel hammaddeler kavramı kapsamında incelenmektedir.

Aşağıda bazı endüstriyel hammaddelerin oluşturduğu yapı malzemelerini inceleyeceğiz. • • • Perlit Zeolit Pomza Sepiyolit Kil Yüksek fırın cürufları (YCF) ve Uçucu küller (UK)

PERLİT

Perlit asidik karakterli volkanik bir camdır. İnci anlamına gelen perle kelimesinden türetilmiştir. Perlit, ısıyla genleşme özelliği olan, genleştirildiğinde çok hafif ve gözenekli hale geçen bir kayaçtır. Perlitte en önemli özellik, hidrasyona uğramış camsı silika yapısındaki %2. 5 arasında bileşik halinde içerdiği sudur ve bu su perlitin kararlılığını sağlamaktadır.

Nitrat sülfat, fosfor, ağır metal, radyoaktif element ve organik madde içermez. Dolayısıyla kimyasal olarak oldukça saftır. Perlite ticari değer kazandıran en önemli özellik; az hacimdeki düşük yoğunluğu, fiziksel esnekliği, kimyasal sabitliği, düşük ses geçirgenliği, ateşe karşı dayanıklılığıdır

Perlitin tüketim alanları başlıklar halinde aşağıda verilmektedir 1 - İnşaat Sektörü : Şekillendirilmiş izolasyon malzemeleri (çatı ve zemin izolasyonlarında) Perlitli Sıvalar Perlit agregalı hafifi yalıtım betonu (Çimento veya alçı bağlayıcı) Perlit agregalı hafifi yapı elemanları tavan kiremitleri, boru izolasyonları vs. Gevşek dolgu malzemesi olarak (tavan araları zemin ve duvar boşluklarında yalıtım malzemesi olarak; silikonla özel bir işleme tabi tutularak köpük halinde) Yüzey döşemelerinde (ısı ve ses yalıtıcı olarak) Çimento ve alçı dışındaki bağlayıcılarla yapılan özel amaçla perlit beton

2. Tarım Sektörü: Toprağın fiziksel özelliklerini artırıcı "substrat" Maddesi olarak, gerekli uygun toprak koşullarını sağlamak topraktaki sıkılığın artmasına yardım ederek su drenajını azaltmak ve nemi muhafaza etmek, fideler için üreme ortamı oluşturmak, toprağı havalandırmak gibi nedenlerle aşağıdaki alanlarla geniş olarak kullanılır.

3. Sanayi Sektörü: Gıda, ilaç ve kimya sanayiinde filtre yardımcı maddesi olarak; Gıda sanayiinde: Meyve sularını süzmede, bitkisel yemeklik yağlarını süzmede, şeker şerbeti süzmede, mısır şerbeti süzmede (glikoz /dekstroz üretiminde), bira, şarap ve likörleri süzmede. İlaç ve kimya sanayiinde: Boyaların süzülmesinde, kağıt sanayiinde (beyaz su filtrasyonu), antibiyotiklerin süzülmesinde, pektin süzmede, sitrik asit süzmede, soda külü eriyiklerinin filtrasyonu, sodyum silikat (su cam), sülfürik asit filtrasyonu, uranyum şerbeti filtrasyonu, flok süzmede (alüminyum hidroksit ve flokülasyon işlemlerinde), fosforik asit süzmede kullanılır.

Diğer süzme işlemlerinde: İçme suyu süzmede, yüzme havuzlarının suyunu süzmede, atık suları temizleme ve süzme işlemlerinde, makina yağı süzmede (kullanılmış makina yağlarının rejerasyonu). İlaç ve kimya sanayiinde dolgu maddesi olarak; Çeşitli ilaçlarda (insan sağlığı ilaçların veteriner ilaçları) Haşere ilaçlarında (bitki koruma vb. ) Temizleyici tozlarda Gübrelerde Dinamit üretiminde Testüre örtücülüğü yüksek (yüzeyi genli) boyaların üretiminde Kozmetik sanayiinde (sabun vb. ) Sanayide ısı yalıtım malzemesi olarak; kullanılır.

ZEOLİT

Son yılların önemli hammaddelerinden olan zeolitler kimyasal olarak "sulu alümino silikatlar" olarak bilinmektedirler. Doğal zeolitler 40'ı aşkın mineralden oluşmuş bir grup ismidir. Ayrıca sentetik zeolitler de vardır. Zeolit Kullanım Alanları : Zeolitlerin başlıca fiziksel ve kimyasal özellikleri olan; iyon değişikliği yapabilme adsorpsiyon ve buna bağlı moleküler elek yapısı, silis içeriği, ayrıca tortul zeolitlerde açık renkli olma, hafiflik, küçük kristallerin gözenek yapısı zeolitlerin çok çeşitli endüstriyel alanlarda kullanılmalarına neden olmuştur.

• Kirlilik Kontrolü: Zeolit mineralleri iyon değiştirme ve adsorpsiyon özellikleri nedeniyle kirlilik kontrolünde gittikçe artarak kullanılmaktadır. • Radyoaktif Atıkların Temizlenmesi : Nükleer santral atıklarında bulunan ve çevre sağlığı açısından tehlikeli olan Sr , Cs , Co , Ca gibi izotoplar, zeolitlerle tutulabilmektedirler. Böylece atık sudan alınan radyoaktif atıklar, zeolitle birlikte gömülerek zararsız hale getirilmektedir. • Atık Suların Temizlenmesi : Şehir ve endüstri tesislerin atık sularında bulunan azot bileşikleri (özellikle amonyum), metal iyonları (Pb, Cd, Fe, Cu, vb. ) atıldıkları ortamlarda yer altı ve yerüstü sularını kirletmekte ve bu ortamların gerek temiz su gerekse de kullanma suyu olma özelliklerini yok etmektedirler. • Baca Gazlarının Temizlenmesi : Petrol ve kömür kullanan tesislerin bacalarından çıkan CO 2, SO 2 ve diğer kirletici gazlar zeolitlerin adsorplayıcı özelliği ile ayrılabilmektedir.

• • • Petrol Sızıntılarının Temizlenmesi Oksijen Üretimi Çöp Deponi Alanları Madencilik ve Metalürji Kağıt Endüstrisi • İnşaat Sektörü : Zeolit puzzolanlar, son beton ürününün daima yer altı su korozyonuna maruz kalacağı hidrolik çimentolarda önemli uygulamalar bulmaktadır. Zeolitlerin sulu alt yapılarda kullanılacak puzzolan çimento üretiminde kullanılması, yüksek silis içermeleri nedeniyle betonun katılaşma sürecinde açığa çıkan kirecin nötrleşmesini sağlayabilmektedir. Zeolitlerin sıkışma ve aşınmaya karşı dayanımı daha yüksektir. Kolayca kesilip işlenebilmeler.

Çöp Depo Alanları : Düzenli çöp deponi alanlarının en önemli kesimleri zemin ve zemin stabilizasyonudur. Zeminde kullanılacak astar malzemenin zemini sağlamlaştırıcı geçirgen olmayan bir yapı göstermesi istenir. Bunun için genelde geçirgenliği az olan killer kullanılmaktadır. Killerin zamanla şişerek jelleşmeleri ve asit ortamlardan etkilenmeleri nedeniyle problemler yaşanabilmektedir. Yapılan araştırmalar bentonit türü killerle klinoptilolit türü zeolitlerin birlikte kullanılmalarının hem zemin kararlılığına olumlu etki yaptığı hem de daha ince astar malzemesi ile zemin oluşturulabileceğini göstermiştir. Aynı zamanda zeolit sızabilecek sulardaki zararlı iyonları tutarak ayrıca filtre görevi görmektedir.

POMZA

Değeri yeni anlaşılan volkanik kökenli bir kayaçtır. Boşluklu, süngerimsi, volkanik olaylar neticesinde oluşmuş, fiziksel ve kimyasal etkenlere karşı dayanıklı, gözenekli camsı volkanik bir kayaçtır. Oluşumu sırasında bünyedeki gazların ani olarak bünyeyi terk etmesi ve ani soğuması nedeniyle, makro ölçekten mikro ölçeğe kadar sayısız gözenek içerir. Isı ve ses yalıtımı oldukça yüksektir. Ateşe ve ısıya yüksek dayanım özelliği vardır. İnşaat sektöründe yaygın kullanım alanı bulabilmektedir.

SEPİYOLİT

Sepiyolit, diğer endüstri minerallerine kıyasla dünyadaki kaynakları son derece kısıtlı olan ve ekonomik yatakları sadece İspanya ve Türkiye ile sınırlı bulunan bir hammaddedir. Ülkemizde lületaşı türü sepiyolit, yüzyıllardan beri bilinen ve geleneksel ihraç ürünlerimizden olan bir mineral olmasına karşılık, sedimanter oluşumlu, tabakalı tip sepiyolit yataklarına yönelik bilimsel araştırmalar, 1988 yılında MTA Genel Müdürlüğü projeleri ile başlatılmış ve özellikle Japon Araştırma Enstitüleri ile geliştirilen ortak teknoloji çalışmaları sayesinde Türkiye’deki sepiyolit yataklarının önemli bir kısmının karakterizasyonu yapılmıştır. Sepiyolitin genleşme özelliği yoktur.

1 -Koku giderici olarak çiftlik ve ahırlarda; evcil hayvanlar ve ahır hayvanlarının atıklarının emilmesi ve koku giderilmesi için zeminlerde 2 -Tarım ve böcek ilaçları taşıyıcısı olarak 3 -Madeni esaslı yağlar, nebati yağlar ve parafinlerin rafinasyonunda 4 -Atık su arıtma sistemlerinde 5 -Karbonsuz kopya kağıtları ve sigara filtrelerinde 6 -Gastrointestinal sistemle ilgili ilaçlarda toksin ve bakteri emici formülasyonlarda 7 -Deterjan ve temizlik maddelerinde ; kullanılır.

KİL

Kaolin (veya Çin kili), ball kili ve bentonit endüstride kullanılan 3 temel kildir. Bu üç temel kil hammaddesi özel işlemler (zenginleştirme-süzme, selektif madencilik, kimyasal işlem) ile istenilen özellikler kazandırılan pahalı hammaddelerdir. Genleştirilmiş kil hafif yapı malzemelerinin basınç mukavemeti en yüksek olanlarından biridir.

Günümüzde, gözenekli ve hafif malzemelerin farklı endüstri alanlarında kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Bu malzemeler, genellikle inşaat yapı sektöründe, hafif yapı elemanlarının üretiminde kullanılmaktadır. Hafif yapı malzemesi ve agrega grubunda değerlendirilen genleşen kil agregalar bugün Avrupa ve A. B. D. ’de farklı amaçlarla kullanımının yanı sıra özellikle yapı sektöründe hafif yapı elemanlarının üretilmesinde vazgeçilmez ana hammadde kaynaklarından birisi konumundadır.

Seramik hammaddesi olarak killerin özellikleri Plastiklik Topaklanma Camlaşma Kuruma ve pişme çekmesi Kuru ve pişme dayanımı Pişme rengi

KİLLERİN TÜKETİM ALANLARI Endüstriyel dolgu hammaddesi Çeşitli kağıt üretimi Kaolin kaplı kağıtlar Lastik, plastik, boya, kalem, mürekkep deterjan, Bağlayıcı ve yapıştırıcıda Duvar kağıdı Sunni deri, textil yer kaplamalarında çimento, Elektrik izalatör kaplamalarında, Aşındırıcı disklerde Çimento Toz dağıtıclarda adsorbent olarak İlçlarda, makyaj malzemelerinde Refrakter ve bağlayıcı olarak seramik üretiminde Beyaz porselen masa üstü seramiklerde Isı dayanımı ve uygun kimyasal malzeme olarak kimya endüstrisinde

YÜKSEK FIRIN CÜRUFLARI VE UÇUCU KÜL

Günümüzde, sanayileşmeye paralel olarak artan enerji ihtiyacı ve bu ihtiyacı karşılamak için kullanılan fosil kökenli yakıtlar önemli çevresel problemleri de beraberinde getirmektedir. Çevre kirliliğinin azaltılarak insanların yaşam kalitelerinin arttırılması bu tür atık malzemelerin farklı alanlarda değerlendirilmesi ile sağlanabilir. Kömür kaynaklı uçucu küllerin ve yüksek fırın cürufunun inşaat sektöründe beton üretiminde kullanılması ve bertaraf edilmesi son yıllarda önemle üzerinde durulan bir konu haline gelmiştir. Dünyada yapı malzemesi olarak betonun kullanımı artarak devam etmektedir.

Yüksek fırın cürufu (YFC), demir-çelik tesislerindeki yüksek fırınlarda demir üretimi esnasında açığa çıkan bir yan üründür. Yüksek fırın cürufu aniden soğutularak granüle hale getirilir ve daha sonrasında öğütülür. Öğütülen bu malzeme çimentoya katılabildiği gibi betonda ayrı olarak da kullanılabilmektedir. Yüksek fırın cürufu tek başına bağlayıcılık özelliği olmayan, ancak Portland çimentosu ile birlikte kullanıldığında bağlayıcılık özelliği kazanan bir malzemedir. Yüksek fırın cürufunun betonun fiziksel ve mekanik özelliklerine oldukça fazla olumlu katkısı vardır.

Aşağıdaki tabloda cürufun taze ve sertleşmiş betondaki etkileri özetlenmiştir.

Yüksek fırın cürufu ve uçucu kül içeren betonun üstünlükleri nelerdir? Yüksek fırın cürufu ve yüksek fırın cüruflu çimento ile yapılan betonun en önemli üstünlüğü çevresel etkilere karşı daha dirençli olmasıdır. Bu nedenle sülfat etkisi, deniz suyu etkisi, donma-çözünme etkisi ve aşınma etkisi gibi çevresel faktörlerin baskın olduğu yerlerde kullanımı faydalıdır. Ayrıca betonun daha işlenebilir ve geçirimsiz olmasını sağlar. Yüksek fırın cüruflu çimento ile yapılan betonların erken dayanımları bir miktar düşük gelmekle beraber nihai dayanımı portland çimentosuna oranla daha yüksektir.

Uçucu külün boşluk doldurma özelliği sonucu hava içeriği daha düşük bir yapı oluşur. Aslında bu bir avantaj gibi gözükse de donma-çözünme etkisine maruz yapılarda ters bir etki oluşturur. Tabi ki bu tür durumlarda hava sürükleyici katkı kullanımı ile bu durum engellenebilir. Ancak, uçucu kül dozajının yüksek olması ve karbon içeriğinin de fazla olması hava sürükleyici katkının etkisini azaltabilmektedir. Çok net bir açıklaması olmasa da yüksek oranda uçucu kül içeren betonlar buzlanmaya karşı uygulanan tuzlama çalışmalarından daha çok olumsuz etkilenmektedir.

Çin’de bir hava alanı apronu – %40 oranında uçucu kül kullanımına bağlı yüzey problemi

Sonuç: UK VE YCF yıllardır yapılan çalışmalar ve edinilen tecrübeler sonucunda beton performansına olumlu katkıları olan bir mineral katkı olarak kabul görmüştür. Özellikle deniz yapıları, arıtma tesisleri, kimyasal etkilere maruz yapılarda betonun dürabilitesini iyileştirir. Bu tür projelerde genelde toplam bağlayıcının %2050’si oranında uçucu kül kullanılmaktadır. Yüksek oranda uçucu külün sadece teorik ve pratik kabüllere göre uygun görülmesi yanlıştır. Bu nedenle bu durumlarda önceden detaylı test ve analizlerin yapılması ve optimum oranın tespit edilmesi gerekmektedir.

KAYNAKÇA • Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü • TÇMB – Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği www. tcma. org. tr Türkiye’deki Uçucu küllerin Sınıflandırılması ve Özellikleri Yayın-TÇMB/ARGE/Y 03. 03 Ağustos 2004 2. Baskı • İ. T. Ü. Maden Fakültesi Koridor Müzesi web • Namık Kemal Üniversitesi Biyosistem Mühendisliği Anabilim Dalı • Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü - İlker Bekir Topçu, Cenk Karakurt • http: //teknolojikarastirmalar. com/pdf/tr/03_2009_5_1_54_378. pdf • Yazar : Prof. Dr. M. A. TAŞDEMİR (ACE 2002 Sempozyumu/İTÜ İnşaat Fakültesi)