Yüksek fırın cürufu ve çelikhane cürufunun farklı kompozisyonlarda beton üretiminde kullanımının araştırılması = Investigation of the usage of blast furnace slag and steel slag in diffeferent compositions in concrete production

Abstract

Çelik üretimi esnasında oluşan cüruf ve diğer atık malzemeleri zamanla atık sahalarında birikerek çevre ve insan sağlığı açısından tehdit oluşturmaya devam etmektedir. Bu çevresel problemi ortadan kaldırabilmek ve ekonomik kazanımlar sağlayabilmek amacıyla beton içerisinde cürufun farklı şekillerde değerlendirilmesine yönelik pek çok çalışma yapılmaktadır. İki seri halinde beton üretimi yapılan bu çalışmada, birinci seride tamamen doğal agrega kullanılırken ikinci seride ise ince agrega yerine granüle yüksek fırın cürufu (GYFC), kaba agrega yerine çelikhane cürufu (ÇC) doğal agrega ile tamamen yer değiştirmiştir. Bununla birlikte her iki seride çimento yerine %0, %10, %20, %30, %40 oranlarında öğütülmüş yüksek fırın cürufu (ÖYFC) ikame edilerek toplamda 10 farklı beton karışımı hazırlanmıştır. Üretilen beton numuneler 28 gün standart kürde bekletildikten sonra 90 gün boyunca ayrı ayrı olmak üzere %5 magnezyum sülfat ve %5 sodyum sülfat konsantrasyonlu çözeltilere maruz bırakılarak dayanım ve durabilite özellikleri incelenmeye çalışılmıştır. Ayrıca kıyaslama yapabilmek için her bir karışımdan elde edilen beton numuneler birer grup halinde deney süresi boyunca standart kürde bırakılmıştır. Beton numuneler üzerinde ultrasonik ses hızı, beton test çekici ve basınç dayanımı deneyleri ile mikroyapısal özelliklerini incelemek için SEM-EDS ve XRD analizleri yapılmıştır. Deney sonuçlarına göre, betonda agrega olarak %100 GYFC ve ÇC kullanımının betonun mekanik ve fiziksel özelliklerini olumsuz anlamda etkilediği tespit edilmiştir. Buna karşılık çimento içerisinde ÖYFC ikame oranı arttıkça hem cüruf agregalı hem de doğal agregalı betonların performansında genel olarak artışlar görülmüştür. Sülfat etkisine maruz bırakılan numuneler ile aynı süre zarfında standart kürde bekletilen numunelerin mekanik özellikleri kıyaslandığında, cüruf agregalı numunelerde doğal agregalı numunelere göre daha fazla kısmi dayanım artışı görülmüştür.

Slag and other waste materials generated during steel production accumulate in waste areas over time and continue to pose a threat to the environment and human health. In order to eliminate this environmental problem and provide economic gains, there are studies on the utilization of slag in concrete in different ways. In this study, where concrete was produced in two series, completely natural aggregate was used in the first series, while in the second series, granulated blast furnace slag instead of fine aggregate and steel slag instead of coarse aggregate were completely replaced with natural aggregate. However, in both series, a total of 10 different concrete mixtures were prepared by substituting ground blast furnace slag at the rates of 0%, 10%, 20%, 30%, 40% instead of cement. After waiting for standard cure for 28 days, the produced concrete samples were exposed to solutions with 5% magnesium sulfate and 5% sodium sulfate concentration separately for 90 days to examine their strength and durability properties. In addition, in order to make comparisons, the concrete samples obtained from each mixture were left in a group at the standard cure throughout the test period. Ultrasonic sound velocity, concrete test hammer and compressive strength experiments were performed on concrete samples, as well as SEM-EDS and XRD analyzes to examine their microstructural properties. According to the test results, it has been determined that the use of 100% granulated blast furnace slag and steel slag as aggregates in concrete negatively affects the mechanical and physical properties of concrete. On the other hand, as the ground blast furnace slag substitution rate in cement increased, there was a general increase in the performance of both slag aggregate and natural aggregate concretes. When the mechanical properties of samples exposed to sulfate effect and samples kept at standard cure for the same period of time were compared, a greater partial strength increase was observed in samples with slag aggregate than in samples with natural aggregate.