Portland çimentosu ve süperakışkanlaştırıcı katkı uyumunun incelenmesi
Investigation of cement-superplasticizer admixture compatibility
Yazar: ALİ MARDANİ AGHABAGLOU
Danışman: PROF. DR. KAMBİZ RAMYAR ; DOÇ. DR. BURAK FELEKOĞLU
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu tezde, farklı C3A içeriğine sahip CEMI portland çimentoları ile süperakışkanlaştırıcı katkı uyumu incelenmiştir. Tez çalışması iki aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada, çok değişkenli regresyon programı ile çimento-katkı uyumunu etkileyen parametreler belirlenmiştir. Bu amaçla 9 adet normal portland çimentosu ve 3 adet polikarboksilat esaslı su azaltıcı katkı kullanılmıştır. 226 hamur karışımının Marsh-hunisi akış süresi ve mini-yayılması ölçülmüştür. Ayrıca, farklı katkı dozajında ve farklı S/Ç oranına sahip 243 hamur karışımının da reolojik özelikleri belirlenmiştir. Sonuçlar istatistiksel program ile analiz edilmiştir. İstatistiksel incelemede,  çimentonun inceliği, C3A, C3S, C2S, C4AF ve eşdeğer alkali içeriği ile su azaltıcı katkı miktarı, katkı katı madde oranı ve karışımın su içeriği gibi parametreler dikkate alınmıştır. İstatiksel analizler 4 aşamada yapılmıştır. Birinci aşamada, faktör analizi ile etken parametreler belirlenmiştir. İkinci aşamada, doğrusal olmayan regresyon ile üçüncü aşamada ise yapay sinir ağları yöntemi ile girdi çıktı ilişkisi kurulmuştur. Son aşamada duyarlılık analizi ile etken parametreler belirlenmiştir. Sonuçta, çimento kaynaklı etken faktörlerin, etki şiddeti sırasına göre çimentonun inceliği ile C3A ve eşdeğer alkali içeriği olduğu saptanmıştır. 
Tezin ikinci aşamasında birinci aşmada belirlenen çimento-katkı uyumunu etkileyen parametreler hamur, harç ve beton karışımlarında detaylı olarak incelenmiştir. Bu aşamada, istatistiksel çalışma sonunda belirlenen faktörlere ilaveten, çimentonun alçı türü ve su azaltıcı katkı yan zincir yoğunluğunun etkisi de incelenmiştir. Bu bağlamda, çimento hamurlarının, mini-yayılması, Marsh-hunisi akış süresi ve reolojik özelikleri, harç karışımlarının ise, katkı ihtiyacı, zaman içerisinde yayılma kaybı, V-hunisi akış süresi, zamana bağlı akış kaybı, reolojik özelikleri ve basınç dayanımları incelenmiştir. Beton karışımlarında ise, hava içeriği, sertleşmiş ve taze birim hacim ağırlığı, çökme, yayılma, zamana bağlı çökme ve yayılma kaybı ile basınç dayanımı belirlenmiştir. Seçilen bazı hamur karışımlarında XRD analizleri yapılarak oluşan etrenjit ve monosülfoalüminat ürünleri hakkında daha detaylı bilgi elde edilmiştir.
Su azaltıcı katkı içermeyen karışımlarda, çimento inceliğinin artışı ile karışımların taze hal ve reolojik özelikleri olumsuz etkilenmiştir. Ancak, süperakışkanlaştırıcı katkılı karışımlarda bu durumun tersi görülmüştür. Bu olumlu etki, çimento inceliğinin artışıyla birlikte, çimento taneleri üzerinde süperakışkanlaştırıcı katkının emiliminin artması, dolayısıyla, süperakışkanlaştırıcı katkının etkinliğinin artmasından kaynaklanmaktadır. Ayrıca, çimento inceliğinin artışıyla erken yaş dayanım değerleri artmıştır. İleri yaşlarda ise çimento inceliğinin artışı ile basınç dayanımları aralarındaki farklar azalmıştır. Çimento alkali ve C3A oranının azalmasıyla çimentolu sistemlerin taze hal özeliği iyileşmiştir. Dehidrat alçı içeren çimento hemihidrat içeren çimentoya kıyasla, taze ve reolojik özelikleri açısından hamur, harç ve beton karışımlarında kullanılan polikarboksilat esaslı su azaltıcı katkı ile daha uyumlu olmuştur. Kendiliğinden yerleşen beton karışımlarının çökme yayılması koruma potansiyeli katkı yan zinciri yoğunluğunun artmasıyla azalmıştır. Bu olayın, yan zincirlerin birbirine kenetlenmesinden kaynaklandığı düşünülmektedir.

Abstract:
In this thesis, the compatibility between superplasticizeres and cements containing different amounts of C3A was investigated. The study was conducted in two steps. In the first step, the parameters affecting cement-admixture compatibility was obtained by using a multivariate regression program. For this purpose, 9 different CEM I portland cements and 3 polycarboxylate-ether based superplasticizer admixtures were used. Marsh-funnel flow time and mini-slump values of 226 cement paste mixtures were measured. In addition, the rheological properties of 243 paste mixtures having different W/C ratios and containing different amounts of admixture were determined. The results were analyzed statistically. In this analysis, cement fineness, C3A, C3S, C2S, C4AF and equivalent alkali content of cement as well as admixture utilization level, admixture solid material ratio and amount of mixing water were considered. The statistical analysis was carried out in four steps. In the first step, the effective parameteres were determined by factor analysis. The input-output relations were established by nonlinear regression and artificial neural networks methods in the second and third steps, respectively. In the last step, effective parameters were defined with sensitivity analysis. The cement-based factors that affect compatibility were determined as fineness, C3A and equivalent alkali content in order of decreasing severity.
In the second step of the thesis, the effects of aforementioned parameters on the paste, mortar and concrete mixture characteristics were investigated in a more detailed manner. Moreover, the effect of cement-gypsum type and the admixture side chain density on the properties of cementitious systems were investigated. In this regard, the flow time, mini slump values, rheological parameters of the cement paste as well as admixture requirement, flow value, loss of flow, V-funnel flow time, loss of V-funnel flow time, rheological properties and compressive strength of the mortar mixtures were investigated. In the concrete mixtures, fresh and hardened unit weight, air content, slump, loss of slump, slump flow, compressive strength tests were performed. Besides,  XRD analysis was carried out on some paste mixtures to obtain more information about the formation of  calcium alumino sulfate hydrates.
The fresh and reological properties of the control cementitious systems containing no water reducing admixture were negativly affceted by increasing cement fineness. The opposite effect was noted in the mixtures containing superplasticizer. Increasing the fineness of cement increased the superplasticizer adsorption level on cement particles, hence, increased the efficiency of the superplasticizer. In addition, increasing cement fineness led to an increase in the compressive strength of the mixtures at early ages. At later ages, the difference between the strength of the mixtures arisen from cement fineness reduced. The fresh and rheological properties of the cementitious systems were improved by decreasing C3A and equivalent alkali content of the cement. Compared to the hemihydrate-bearing cement, the cement containing dihydrate gypsum was more compatible with the polycarboxylate-ether based water reducing admixture in terms of fresh state and rheological properties of the paste, mortar and concrete mixtures. The slump retention of self consolidating concrete mixtures decreased with increasing side chain density of the superplasticizer admixture. The fact was attributed to the interlocking of the side chains of the admixture.