Kimyasal katkıların çimento bazlı malzemelerin dayanımına, reolojisine ve mikro yapısına etkileri
The effects of chemical additives on strength, rheology and microstructure of cement based materials
Yazar: SIDDIKA GAMZE ERZENGİN YALÇIN
Danışman: PROF. DR. AFİFE GÜVENÇ ; PROF. DR. EMİN ARCA
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Kimyasal katkılar betona dayanım, dayanıklılık ve uygulamada istenilen özellikleri kazandırmak amacıyla üretim sırasında eklenen malzemelerdir. Bu çalışmada, farklı tür ve yapılardaki kimyasal katkıların betonun basınç dayanımına, çimento hamurunun reolojik davranışına ve mikro yapısal özelliklerine olan etkileri incelenmiştir. Katkısız ve püskürtme beton katkısı (trietanolamin-TEA) içeren çimento hamuru yapay plastik akış davranışına uymakta iken; süperakışkanlaştırıcı (polimelamin sülfonat-PMS), süperakışkanlaştırıcı-hava sürükleyici (modifiye edilmemiş sodyum lauril sülfat-MSLS) ve priz hızlandırıcı (üre formaldehit-UF, sülfone melamin-üre formaldehit-SMUF, kalsiyum nitrat-KN, sodyum nitrat-SN) katkılı örneklerin Bingham plastiği davranışı sergilediği belirlenmiştir. Düşük kayma hızlarında TEA katkılı çimento hamurunun görünür viskozite değeri yaklaşık 1 saat içinde katkısız çimento hamurunun 10 katına çıkmakta iken, yüksek kayma hızında bu özellik 4-5 kata kadar düşmektedir. Hava sürükleyici katkının özellikle hidratasyonun ilerleyen sürelerinde eşik kayma gerilimi ve plastik viskoziteyi düşürdüğü görülmüştür. Priz hızlandırıcı katkılar, plastik viskozite ve eşik kayma gerilimini sırasıyla şöyle etkilemektedir: KN ? SN ? UF ? SMUF. Çimento hamurunun gözenek yapısı malzemeye ait özellikleri etkileyen önemli bir unsurdur. Bu bölümde, çimento hamuru mikro yapısı SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) ile incelenerek, ikili görüntülerin FRACLAC-ImageJ (görüntü analizi için geliştirilmiş yazılım) ile fraktal analizi gerçekleştirilmiştir. Kütlesel fraktal boyut-Dk, çimento hamurundaki taneciklerin ayrılma ve bağlanma gibi yapısal değişimlerini açıklamakta kullanılmaktadır.Erken hidratasyon sürecinde, katkısız ve katkılı örneklerin ?kütlesel fraktal boyut? değerlerinin zamanla değişmediği ve katkı kullanımından etkilenmediği belirlenmiştir. Bununla birlikte kimyasal katkı kullanımı, çimento bazlı malzemelerin basınç dayanımı ve reolojik davranışında önemli değişikliklere neden olmaktadır.

Abstract:
Chemical additives are the substances which are added during the production of concrete for the purpose of bringing strength, durability and intended properties in application. In this study, the effects of different kinds and structures of chemical additives on the strength of concrete, rheological behavior and microstructural properties of cement paste were investigated. While the additive-free and shotcrete additive (triethanolamine-TEA) included cement paste obey the pseudoplastic flow behavior; on the other hand, superplasticizer (polimelamine sulphonate-PMS), superplasticizer-air entraining agent (unmodified sodium lauryl sulphate-MSLS) and accelerator (urea formaldehyde-UF, sulfone melamine-urea formaldehyde-SMUF, calcium nitrate-KN, sodium nitrate-SN) included samples exhibit Bingham plastic behavior was determined. While the apparent viscosity of TEA included cement paste arises to 10 times of the apparent viscosity of additive-free cement paste at low shear rates nearly in 1 hour; on the other hand, this property decreases to 4-5 times at high shear rates. It was observed that air-entraining agent decreases the yield stress and plastic viscosity of the cement paste especially advancing hydration period. Accelerators affect the plastic viscosity and yield stress respectively: KN ? SN ? UF ? SMUF. The pore structure of cement paste is an important factor that affects the properties of the material. In this section, observing the cement paste microstructure by SEM (Scanning Electron Microscope), fractal analysis of binary images were achieved by FRACLAC-ImageJ (software developed for image analysis). Mass fractal dimension-Dk is used to explain the structural changes like separating and bonding of particles in cement paste. At early hydration period, ?mass fractal dimension? values of additive-free sample and samples with additives did not changed by time and not affected by the usage of additive were determined. Besides the usage of chemical additive causes significant changes on the strength and rheological behavior of cement based materials.