Farklı tip biyopolimerlerin çimento harcı mekanik ve durabilite özelliklerine etkisi
Effect of different types of biopolymers on mechanical and durability properties of cement mortar
Yazar: ÇAĞRI DURSUN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ALİ UĞUR ÖZTÜRK
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
İnşaat mühendisliğinde biyopolimerlerin kullanımı ile ilgili araştırmalar son yıllarda artış göstermiştir. Endüstri ve tıp alanında yaygın olarak kullanılan biyopolimerlerin yapı malzemeleri alanında kullanımı ise çok azdır. Bu çalışma kapsamında belirli konsantrasyonlardaki biyopolimerlerle hazırlanan çimento harçları numunelerinin yayılma, dayanım gibi mekanik özellikleri ile donma-çözünme ve asit direnci gibi dayanıklılık (durabilite) özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir. Çimento harç numuneleri üç farklı türde biyopolimer olan zantan gam, kitosan ve kitinin çimento ağırlığınca farklı oranlarda (%0,2, %0,3 ve %1,0) kullanılması ile hazırlanmıştır.  

Biyopolimerlerle hazırlanan çimento harçlarına %0,2, %0,3 ve %1,0 oranlarında ilave edilerek taze ve sertleşmiş çimento harçları üzerindeki etkiler araştırılmıştır. Taze hal üzerindeki etkilerinin belirlenebilmesi amacıyla yayılma deneyi yapılmıştır. Sonuç olarak kitosan katkısının yayılma değeri 0,2 dozajda referans değerinden büyük çıkmıştır. Kitin ve zantan gama ait yayılma değerleri ise referans örneğinden düşüktür. Elde edilen bütün yayılma değerleriyle katkı etkisini daha iyi anlayabilmek için akış alan oranları belirlenmiştir.

Çimento harçlarının taze haldeki davranışı, işlenebilirliği sonradan kazanılacak dayanım ve dayanıklılık özelliklerini doğrudan etkilemektedir. Çimento esaslı yapı malzemelerinin taze haldeki özellikleri kontrol altına alınarak istenilen sertleşmiş özellikleri elde edilebilir. Sertleşmiş haldeki çimento harçlarının özelliklerini belirlemek amacıyla 5x5x5 cm ayrıtlı küp ve 4x4x16 cm ayrıtlı prizma numuneler kullanılmıştır. Elde edilen numuneler 1, 2, 7 ve 28 gün sonunda dayanım ve durabilite özelliklerinin belirlenmesi amacıyla deneylere tabi tutulmuşlardır.   

Dayanım özelliklerinin belirlenebilmesi amacıyla basınç, eğilme ve eğilme sonrası basınç deneyleri yapılmıştır. Hazırlanan 5x5x5 cm ayrıtlı küp numuneler üzerinde 1.,2., 7. ve 28. günde basınç deneyi yapılmıştır. 4x4x16 cm?lik prizma numunelerle de aynı deney günlerinde eğilme ve eğilme sonrası basınç deneyleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan basınç, eğilme ve eğilme sonrası basınç deneylerinde elde edilen sonuçlar yayılma deney sonuçları çalışmada sunulmuştur.

Elde edilen sonuçlara göre; kitosanın %0,2 ve %0,3 dozajlardaki dayanım değerleri 1. ve 2. günlerde yapılan deneylerin sonucunda kontrol örneklerinin dayanım değerlerinden düşük, 7. ve 28. günlerde ise dayanımları kontrol örneklerinden daha yüksektir. 

Ancak %1 dozajla hazırlanan kitosan katkılı çimento harçlarının dayanım sonuçları 1., 2., 7. ve 28. gün sonunda yapılan deneylerde kontrol örneklerinkinden düşüktür. %0,2 dozajda hazırlanan kitin katkılı çimento harcı örnekleri için 28. gün sonucunda basınç ve eğilme dayanımları kontrol örneklerinkinden daha yüksektir. Zantan gam ile hazırlanan bütün serilerin dayanım değerleri yayılma deneylerinde olduğu gibi kontrol örneklerinden düşük çıkmıştır. 

Dayanım değerlerinin elde edilmesinin ardından durabilite özelliklerini belirlemek amacıyla asit dayanım ve donma-çözünme deneyleri yapılmıştır. Bu amaçla 28 gün sonunda kür havuzundan çıkarılan 5 cm ayrıtlı küp numuneler, tartımları yapıldıktan sonra %3, %5 ve %7?lik hidroklorik asit çözeltisi içerisinde 7 gün süreyle bekletilmiştir.  7 gün sonunda asit çözeltisinden çıkarılan numuneler tekrar tartılmıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında deney numunelerine ait kütle kayıpları ve kütlece yüzde kayıpları belirlenmiştir. Ayrıca 28 gün sonunda prizma numuneler iklimlendirme kabini içerisinde bekletilmeye başlanmıştır. Deney numuneleri üzerinde 50. ve 100. devir sonunda eğilme ve eğilme sonrası basınç deneyleri yapılmıştır. 

Araştırma sonucu elde edilen uygun biyopolimer ve bunlara ait optimum katkı dozajları belirlenerek betonun erken yaştaki ve nihai özellikleri iyileştirilmeye çalışılmıştır.

Abstract:
Studies have been developed due to biopolymer usage in civil engineering in recent years. While biopolymers are frequently used in industry and medicine fields they are rarely used in construction materials. In the scope of this study, effect of cement mortars incorporating with biopolymers with different concentrations on mechanical properties as flow, strength and durability properties as freeze-thaw and acid resistance were investigated. Cement mortars were prepared by using three different types of biopolymers such as xanthan gum, chitosan and chitin according to different cement weight ratios (%0,2, %0,3 ve %1,0).

Effects on fresh and hardened state were investigated by adding %0,2, %0,3 and %1,0 biopolymers into cement mortars. Flow test is performed to determine the effects on fresh state. As a result, flow value of chitosan additive with 0,2 dosage is bigger than reference value. On the other hand, flow values of xanthan gum and chitin are lower than reference sample. Flow area ratios are determined by using all flow values in order to understand the admixture effect. 

Behavior of cement mortars in fresh directly affects the strength and durability properties which are gained afterwards. Intended properties of hardened cementitious construction materials are obtained by taking control of fresh state properties. 5x5x5 cm and 4x4x16 cm sized cubic samples are produced to determine the properties of hardened cement mortars. These samples are tested to obtain the strength and durability properties on the 1st, 2nd, 7th and 28th days.

Compressive and bending strength tests are performed to determine the strength properties. Compressive tests of 5x5x5 cm sized cubic samples were performed on the 1st, 2nd, 7th and 28th days. Similarly, compressive strength after bending and bending tests were performed for prismatic samples having 4x4x16 cm sizes at the same ages. Strength and flow test results are presented in the study.

While strength values of %0,2 and %0,3 dosage chitosan are lower than values of control samples on the 1st and 2nd days, these values are higher than values of control samples on the 7th and 28th days.

However, strength values of cement mortars incorporating with chitin by %1 dosage are lower than control samples tested at the end of 1st, 2nd, 7th and 28th days. Compressive and bending strengths are higher than control samples for %0,2 dosage chitin mixed cement mortar samples after 28 days. Strength and flow values of all series prepared with xanthan gum are lower than control samples. 

Acid resistances and freeze-thawing tests are performed to determine the durability properties after obtaining strength values. For this purpose, cubic samples having 5 cm side lengths were weighed after taking out from curing pool and kept waiting in %3, %5 and %7 HCl acid solution for 7 days. These samples were weighed at the end of 7th day. Mass losses of samples were determined in consideration of experimental results. Moreover, prismatic samples were kept waiting in air conditioner after 28 days. Bending and compressive tests are performed at the end of 50th and 100th cycles.

Suitable biopolymers and optimum additive dosages were determined after analyses and ultimate properties of early aged concrete were tried to enhanced.