Çimento hamurunun yüksek sıcaklık dayanımına farklı katkı maddelerinin etkisinin termal analiz cihazları yardımıyla belirlenmesi
Determination of the effect of different admixtures on elevated temperature resistance of cement paste with thermal analysis methods
Yazar: DUYGU ADIGÜZEL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ JALE NAKTİYOK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Yüksek sıcaklıkta betonda meydana gelebilecek hasarların ve bozunmaların büyük bir bölümü betonun en temel öğesi olan çimento hamurunda gerçekleşmektedir. Çalışmamızda geleneksel CEM I çimentosu ve bu çimentoya farklı liflerin (polipropilen ve bazalt) ilavesiyle hazırlanmış olan çimento hamurlarının yüksek sıcaklıkta (oda sıcaklığından 1000°C'ye kadar) termal davranışı incelenmiştir. Bu deneyler, eş zamanlı TG-DTG/DSC termogravimetrik analiz cihazında yapılmıştır. Ayrıca TG analizinden elde edilen veriler ile çimento hamurlarının kütle kayıpları ve karakteristik sıcaklıkları (reaksiyon başlama sıcaklığı, maksimum pik sıcaklığı, reaksiyonun bitiş sıcaklığı) gibi özellikleri karşılaştırılmış ve birbirlerine benzer oldukları görülmüştür. Yüksek sıcaklıkta çimento hamurlarının üç ana bölgede bozunduğu anlaşılmıştır. I. Bölge de nemin uzaklaştığı ve CSH'ın (kalsiyum silikat hidrat) bozunduğu, II. bölgede CH'ın (kalsiyum hidroksit), ve en son olarak III. Bölgede ise CaCO3'ın (kalsiyum karbonat) bozunduğu görülmüştür. Herbir bölgeye ait kinetik modelleme yapılmıştır. I. bölgede reaksiyonun yürütücü kuvvetinin ikinci mertebe reaksiyon olduğu F2:(1-α)2 ve aktivasyon enerjisinin Ea:42.92 kj/mol, II. Bölgede etkin mekanizmanın A3:(1-α).[-ln(1-α)]1/3 Ea: 141.79 kj/mol ve III. Bölge de ise R2:(1-α)1/2 Ea: 152.11 kj/mol olduğu hesaplanmıştır. Farklı sıcaklıklarda (25, 200, 400, 600, 800°C) bekletilen çimento hamurlarının yapısal ve bileşimsel analizini daha iyi anlamak için XRD, SEM, FTIR ve BET analizleri yapılmıştır.

Abstract:
A large part of the damage and degradation of the concrete at high temperature takes place in the cement paste, which is the most basic element of concrete. In our study, the thermal behavior of the traditional CEM I cement paste and the cement pastes that was prepared by the addition of different fibers (polypropylene and basalt) were investigated from room temperature to 1000°C. These experiments were carried out simultaneously by the TG-DTG/DSC thermogravimetric analyzer. Furthermore, the data obtained from TG analysis such as the mass loss and characteristic temperatures of cement pastes (reaction temperature, maximum peak temperature, reaction temperature) were compared and they were found to be similar. It has been understood that the cement pastes in elevated temperature are degraded in three main regions. It was also observed that the moisture evaporated and the degradation of CSH (calcium silicate hydrate) in the first region and the degradation of CH (calcium hydroxide) in the second region and the degradation of CaCO3 (calcium carbonate) in the third zone. Kinetic modeling of each region was performed. The effective model of the reaction in the first region is F2:(1-α)2 the second order reaction and the activation energy is Ea: 42.92 kjmol-1, the two-dimensional nucleation and growth in the second region A3: (1-α).[-ln(1-α)]1/3 is effective model, Ea: 141.79 kjmol-1 and in the third region the limiting surface reactions both phases R2: (1-α)1/2 is effective model and Ea: 152.11 kjmol-1. XRD, SEM, FTIR, and BET analyzes were performed to better understand the structural and compositional analysis of the cement pastes at different temperatures (25, 200, 400, 600, 800°C).