Kompozit çimentoların hidratasyonunda partiküller arası etkileşim mekanizmaları
The interaction mechanism among particles in the hydration of composite cements
Yazar: EDA TAŞÇI
Danışman: PROF. DR. İSKENDER IŞIK ; YRD. DOÇ. DR. BÜLENT YILMAZ
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Seramik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Katkılı kompozit çimentolardaki katkı miktarlarının artması ve çeşitlilik kazanması, Portland çimentosuna mekanik, ekolojik ve ekonomik özellikler açısından avantajlar sağlamaktadır. Bunun yanında bağlayıcı (çimento) sistemindeki katkı malzemelerinin miktarı ve cinsi, sistemin su ihtiyacında artma ve dayanım kazanma hızında azalma gibi faktörler ile kısıtlanmaktadır. Bu nedenle katkılı çimentolarda kullanılan doğal ve yapay puzolanların özelliklerini ve miktarını performans kaybı olmaksızın mümkün olduğu ölçüde artırmak amacıyla araştırmalar yapılmaktadır.Bu çalışma, kristal ve amorf yapılı farklı puzolan hammaddeleri ile hazırlanan katkılı kompozit çimentoların özelliklerini, referans çimentoyla CEM I PÇ 42,5-(OPC) karşılaştırmalı olarak belirlemek üzere yapılmıştır. Bu amaçla referans çimentonun ve katkı olarak ilave edilen puzolan hammaddelerin fiziksel, kimyasal, mineralojik, mikroyapısal, moleküler ve elektrokinetik deneyler ile karakterizasyonu yapılmıştır. Referans çimento ve katkılı kompozit çimento hamurlarının, hidratasyon gelişimleri XRD, STA, FT-IR ve SEM teknikleri kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca puzolan hammaddelerinin ve referans çimentonun tanecikler arası etkileşimini termodinamik olarak belirlemek için temas açıları ve yüzey gerilimleri deneysel olarak belirlenmiştir. Puzolan hammaddelerinin karakterizasyonu ile elde edilen sayısal verilerin tümünün referans çimento ve katkılı kompozit çimento hamurlarının özellikleri ile ilişkisi regrasyon analizi ile incelenmiştir.Yapılan çalışmalarda, puzolanların fiziksel özelliklerinin büyük oranda moleküler yapılarına bağlı olduğu tespit edilmiştir. Moleküler yapının özellikleri, puzolanların kristal ve amorf karakterli olmasının yanı sıra, puzolanların içeriğindeki kimyasal elementlerin varlığına bağlı olarak değişmektedir. Bu da elektrokinetik ve iyonsal özelliklerini etkilemektedir. Referans çimento ve puzolanlar, bünyelerindeki pozitif ve negatif değerlikli atom ve atom grupları nedeniyle farklı zeta potansiyeli değerleri almaktadır. Dolayısıyla pozitif yüklü parçacıklar, negatif yüklü parçacıklarla etkileşerek önce zayıf, sonra kuvvetli bağlarla bağlanmıştır.Katkılı çimentoların, 28 günlük mukavemet sonuçları referans çimento ile kıyaslandığında uçucu kül katkısı % 12, klinoptilolit katkısı % 31, doğal puzolan katkısı % 20, yüksek fırın curufu katkısı % 20, diyatomit katkısı % 20 ve pirinç kabuğu külü katkısı % 41 mukavemet artışı sağlamıştır.Anahtar Kelimeler: Puzolan, Elektrokinetik, Moleküler Yapı, Yüzey Enerjisi.

Abstract:
The increase in the amount and variety of additives in blended composite cements provides advantages in terms of mechanical, ecological and economic features. However, the type and the amount of additive materials in binder (cement) system is limited to such factors as an increase in the need for water and decrease in the rate of strength growth. Therefore, several studies have been conducted to increase the properties and the amount of natural and artificial pozzolans used in blended cements as much as possible with the purpose of no performance losses.The aim of this study was to determine the properties of blended composite cements prepared with different crystal and amorphous pozzolan raw materials and also to compare with reference cement CEM I PÇ 42,5-(OPC) comparatively. To serve this purpose, physical, chemical, mineralogical, microstructural, molecular and electrokinetical experiments were performed for the characterization of reference cement and supplemental pozzolan raw materials. The hydration progress of reference cement and blended composite cement pastes was analyzed by XRD, STA, FT-IR and SEM methods. Furthermore, contact angles and surface tensions were experimentally determined to show the interaction of pozzolan raw materials and reference cement, the properties of reference cements among their particles thermodynamically. The relationship between the properties of reference and blended composite cement pastes and all quantitative data acquired by the characterization of pozzolan raw materials was examined by means of regretion analysis.Data drawn from previous studies showed that the physical properties of pozzolans significantly depend on their molecular structures. The characteristics of molecular structure vary not only in terms of pozzolans being crystalline or amorphous, but also in terms of the presence of chemical elements in their content, which also affects the electrokinetic and ionic properties of pozzolans. In conclusion, the particles with positive charges interact with the particles of negative charges, resulting weak bonds in the beginning and strong bonds in the end.In comparing the 28-days experimental strength results of blended cements to the reference cement, the additions of fly ash, clinoptilolite, natural pozzolan, blast-furnace slag, diatomite and rice husk ash increased the strength values of 12 %, 31 %, 20 %, 20 %, 20 % and 41 % more respectively.Keywords: Pozzolan, Electrokinetics, Molecular Structure, Surface Energy