Yüksek fırın cürufu ikameli çimento harçlarının hidratasyon gelişiminin mekanik özelliklere etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of hydratation development of blast furnace slag substituting cement mortars on mechanical properties
Yazar: YUSUF İSLAM ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. YILMAZ KOÇAK
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Çimento ve beton teknolojisinde doğal ve yapay puzolanik malzemeler yoğun olarak kullanılmaktadır. Yapay puzolanların çevre kirliliğini azaltması, enerji kaynaklarını koruması, dayanım ve dayanıklılığa katkı sağlaması ile son zamanlarda kullanımlarının arttığı bilinmektedir. Yapay puzolan sınıfında olan yüksek fırın cürufu ise çimento ve beton sektörüne önemli katkılar sağlamaktadır. Granüle yüksek fırın cürufu, öğütülerek çok ince taneli yapıya sahip olması sonucunda puzolanik özellik kazanmakta ve çimento ile beraber kullanıldığında betonun özelliklerini geliştirmektedir. Yapılan deneysel çalışmalar ışığında yüksek fırın cürufu kullanımı ile birlikte beton priz süresinin uzadığı ve bu sebeple betonun işlenebilirliğinin arttığı, hidratasyon ısısı, terleme ve su geçirimliliği ve klorür geçirimliliğini azalttığı bilinmektedir. Ayrıca yüksek fırın cürufu kullanımı ile beton geçirimliliğinin azaldığı ve basınç dayanımının arttığı yapılan çalışmalar sonucu gözlenmiştir. Ülkemizde yüksek fırın cürufunun bir bütün olarak hidratasyon gelişimlerine yönelik yapılan çalışmaların az olması nedeniyle bu çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla yapılan çalışmada ilk aşamada, referans ve yüksek fırın cürufu ikameli (%0, %10, %15, %20 oranlarında) çimentoların su ihtiyacı, priz süreleri ve genleşme deneyleri ile 2, 7, 28 ve 90 günlük basınç dayanım deneyleri yapılmıştır. İkinci aşamada hidratasyon gelişimlerini daha detaylı inceleyebilmek amacı ile 28 gün sonunda SEM, DTA/TGA, XRD, FT-IR gibi analizler yapılmış ve sonuçlar birbirleriyle kıyaslanmıştır. Elde edilen veriler sonucunda yüksek fırın cürufu ikame miktarı arttıkça; priz süresi ve su ihtiyacı artarken, genleşme açısından herhangi bir fark oluşmamıştır. 28 gün sonunda yapılan TGA ve XRD analizleri sonucu elde edilen verilere göre hidratasyon süresince oluşan kalsiyum hidroksit (CH) miktarı tüm yüksek fırın cürufu ikameli çimento hamurlarında azalmıştır. Ayrıca kimyasal olarak bağlı su içeriğinin %10 yüksek fırın cürufu ikameli çimento hamurunda, referans çimento hamurunda daha fazla olduğu, dolayısı ile daha fazla hidratasyon ürünleri oluşturarak daha yoğun bir mikro yapıya sahip olduğu belirlenmiştir. Sonuçlar, bu puzolanik malzemelerin erken yaşlarda bile mukavemet açısından referans çimentoya çok yakın değerlere sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca 28. günde, yüksek fırın cürufu ikameli tüm çimento harçlarının basınç dayanımı değerlerinin, PÇ 42,5 R tipi çimentonun minimum basınç dayanım değerinin üzerinde olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In cement and concrete technology, natural and artificial pozzolanic materials are intensively used. It is known that usage of artificial pozzolana have recently increased their use due to the fact that they reduce environmental pollution, protect energy sources, contribute to strength and durability. The blast furnace slag, which is in the artificial pozzolana class makes significant contributions to the cement and concrete sector. Blast furnace slag acquires a puzolanic property and improves the qualities of concrete when combined with cement as a result of grinding and having a very fine-grained structure. In the light of the experimental studies conducted; it is known that with the use of YFC, the setting time increase and therefore the workability of concrete increase, the heat of hydration, sweating and water permeability and chloride permeability decrease. Furthermore, it has been observed as a result of the studies conducted that the permeability of concrete decreases and the compressive strength increases with the use of blast furnace slag. This study has been carried out due to the fact that there are few studies on the hydration developments of blast furnace slag as a whole in our country. For this purpose, in the first stage of the study, water demands, setting times and volume expansion tests of reference and blast furnace slag-substituted (%0, %10, %15, %20 rates) cements with 2, 7, 28 and 90-day compressive strength tests were carried out. In order to examine the hydration developments in the second stage in more detail, analyses such as SEM, DTA/TGA, XRD, FT-IR were performed at the end of 28-day and the results were compared with each other. As a result of the data obtained, as the amount of blast furnace slag substitution increased, the setting time and the water demand increased, there was no difference in terms of expansion. The quantity of calcium hydroxide (CH) formed during hydration reduced in all BFS -substituted cement pastes, according to data obtained from TGA and XRD analyses done at the end of 28-day. In addition, it has been determined that the chemically bound water content is greater in 10% BFS-substituted cement paste than in the reference cement paste, so it has a denser microstructure by creating more hydration products. The results show that these pozzolanic materials have values very close to the reference cement in terms of strength even at an early age. In addition, at the 28-day, it was determined that the compressive strength values of all cement mortars with blast furnace slag substituted were reached above the minimum compressive strength value of PC 42.5 R type cement.