Mineral katkılı çimento harçlarının fiziko-mekanik özellikleri ve mikroyapısı üzerine nano-SiO2, nano-Al2O3 ve nano-Fe2O3 tozlarının tekli ve bileşik etkisi
Single and combined effect of nano-SiO2, nano-Al2O3 and nano-Fe2O3 powder on physico-mechanical properties and microstructure of cement mortars containing mineral additive
Yazar: MERAL OLTULU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. REMZİ ŞAHİN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Basınç dayanımı = Compressive strength ; Harç = Mortar ; Nanopartiküller = Nanoparticles

Özet:
Bu çalışmada, silis dumanı ve uçucu kül içeren çimento harçlarının basınç dayanımı, kılcal geçirimliliği ve mikroyapısı üzerinde çimento ana oksitlerinden üçünün nano boyutlu tozlarının (nano-SiO2, nano-Al2O3 ve nano-Fe2O3) tekli, ikili ve üçlü etkisi incelenmiştir. Toz oranları bağlayıcı miktarının %0.5, %1.25 ve %2.5'i şeklinde seçilmiştir. Toz oranları ve harç üretim yöntemi ön deneylerden hareketle belirlenmiştir. Basınç dayanımı erken (3 ve 7.gün), standart (28. gün) ve ileri yaşlardaki (56 ve 180 gün) harçlar, kılcal geçirimlilik 180 günlük harçlar, ultrases hızları ise, basınç dayanımının ölçüldüğü yaşlara ilaveten, 90, 120 ve 150 günlük harçlar üzerinde belirlenmiştir. Mikroyapısal çalışmalarda ise MIP, BET, XRD ve SEM kullanılmıştır.Çalışmada, nano tozların türü, miktarı ve harç üretim yönteminin çimento harçlarının taze ve sertleşmiş özelliklerini önemli ölçüde etkiledikleri belirlenmiştir. Türü, oranı ve tekli ya da çoklu kullanımına bağlı olmakla birlikte nano tozlar; silis dumanı içeren harçlarda %21.5, uçucu kül içerenlerde %20.5'e varan oranlarda basınç dayanımını artırmış, sırasıyla, %29 ve %14'e varan oranlarda ise kılcal geçirimlilikleri düşürmüştür. Harçların fiziko-mekanik ve mikroyapısı üzerinde en iyi sonuçlar, genellikle, silis dumanı içeren harçlarda; tekli kullanımlar için NA tozunun %1.25, ikili kullanımlarda NS+NA tozlarının %0.5, üçlü kullanımlarda ise %0.5 oranında elde edilmiştir. Uçucu kül içeren harçlarda ise; tekli kullanımlar için NS tozunun %1.25, ikili kullanımlarda NS+NA tozlarının %1.25, üçlü kullanımlarda ise %1.25 oranları harçların performansını en fazla artırmıştır. Çalışmada, ikili ve üçlü kullanımda tozlar arasında, mineral katkı türüne bağlı olarak değişen ve harçların fiziko-mekanik özelliklerini olumsuz etkileyen, bir etkileşim olduğu da belirlenmiştir. Deneyler ve mikroyapısal analizlerden tozların harçların mekanik ve fiziksel özellikleri üzerinde gösterdikleri olumlu etkilerin, filler etkisi ile birlikte, tozların puzolanik reaktiviteyi artırmasından kaynaklandığı sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In this thesis, the single, binary and ternary effects of three nano-sized powders of main oxides of cement (nano-SiO2, nano-Al2O3 and nano-Fe2O3) on compressive strength, capillarity permeability and microstructure of cement mortars containing silica fume or fly ash were investigated. The powder ratios were selected as 0.5%, 1.25% and 2.5% of the binder amount. The production method of mortar and the amount of powder were determined by the preliminary experiments. Compressive strength was determined for early age (at 3- and 7-days), standard age (at 28-days), and late age (at 56- and 180-days) mortars, capillarity was determined for 180-days-old mortars. Ultrasonic velocities were determined for 3-, 7-, 14-, 28-, 56-, 90-, 120- ,150-days-old mortars. MIP, BET, XRD and SEM analyses were carried out to investigate the microstructure of the samples.It was found that the type and the amount of nano powders and mortar production methods had significant effect on the fresh and hardened properties of cement mortars. Nano powders increased the compressive strength of mortars containing silica fume up to 21.5% and containing fly ash up to 20.5% ; decreased the capillarity was decreased to 29% and 14%, respectively, depending on the type of powders, ratios and using as single or multiple. The best results on the physico-mechanical and microstructure of the mortars containing silica fume were obtained for the compositions including 1.25% NA powder for single, 0.5% NS+NA powder for binary and 0.5% for ternary utilizations. In mortars containing fly ash, the best results were obtained for the compositions including 1.25% NS powder for single, 1.25% NS+NA powder for binary and 1.25% for ternary utilizations which increased the performance of the mortars the most. In this study, it was determined that the interaction between the powders of binary and ternary combinations had negative effects on the physico-mechanical properties of the mortars which changed depending on the type of the mineral additive. Depending on the experiments and the microstructural analyses, it was concluded that the positive effects of powders on the physico-mechanical properties of the mortars, together with the effect of filler, associated with an increase in pozzolanic reactivity with powder.