Farklı moleküler yapılara sahip yeni nesil süperakışkanlaştırıcıların sentezi ve çimento esaslı sistemlerde performanslarının belirlenmesi
Synthesis of new generation superlasticizers possesing different molecular structures and determination of their performances in cement based systems
Yazar: KUBRA KAYA
Danışman: YRD. DOÇ. SIDDIKA GAMZE ERZENGİN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Mekanik dayanım = Mechanical strength ; Reoloji = Rheology ; Süper akışkanlaştırıcı = Superplasticizer ; Çimento = Cement ; İşlenebilirlik = Machinability

Özet:
Çalışmada, beş farklı yan zincir yoğunluğuna sahip metoksi polietilen glikol metil eter akrilat ve maleik anhidrit kopolimerleri (mPEGA-co-MLA); farklı yan zincir yoğunluğuna ve uzunluğuna sahip dört adet metoksi polietilen glikol metil eter metakrilat ve metakrilik asit kopolimerleri (mPEGMA-co-MAA) sentezlenmiş, karakterize edilmiş, çimento hamur ve harçlarında süperakışkanlaştırıcı olarak kullanımları araştırılmıştır. Polikarboksilat bazlı süperakışkanlaştırıcılar, inşaat yapı malzemeleri alanında yeni nesil süperakışkanlaştırıcılar olarak tanımlanmaktadır ve moleküler yapılarının değiştirilmesiyle çimento içerisindeki dağıtma kabiliyeti ve kararlılığının arttırılabilmesi mümkün olmaktadır. Dolayısıyla, yüksek performanslı beton üretiminde bu katkılara ve yenilikçi formlarına olan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Sentezlenen mPEGA-co-MLA kopolimerlerinin yapısında yan zincir yoğunluğu arttıkça ortalama molekül ağırlıklarının arttığı belirlenmiştir. mPEGMA-co-MAA kopolimerinde ise, yan zincir yoğunluğu artışı ile molekül ağırlığının arttığı ayrıca, kopolimer yan zincir uzunluğundaki artış ile molekül ağırlığının artışının sadece yüksek yan zincir yoğunluğuna sahip SA'lar arasında gerçekleştiği gözlenmiştir. Çimento hamurlarının reolojik davranışı doğrusal (Bingham) ve doğrusal olmayan (Herschel-Bulkley) model yaklaşımlarıyla incelenmiştir. Reolojik parametrelerden eşik kayma gerilimi, plastik viskozite, kıvam faktörü ve efektif viskoziteyi en yoğun yan zincirlere sahip mPEGA-co-MLA'nın düşürdüğü ve hamur kararlılığını zamana bağlı olarak koruduğu belirlenmiştir. Çimento hamurlarına eklenen mPEGMA-co-MAA kopolimerlerinde ise, reolojik davranışı en olumlu etkileyen ve işlenebilirliği zamana bağlı koruyan SA'nın az yoğun ve kısa yan zincirlere sahip SA olduğu gözlenmiştir. Her iki grup SA'nın çimento priz sürelerini bir miktar uzattığı ve uygun priz hızlandırıcılar ile bu durumun kontrol edilebileceği anlaşılmıştır. Ayrıca, mPEGMA-co-MAA yapısına sahip SA'ların harçların mekanik dayanımında katkısız harca göre %40-45 seviyelerinde artış sağladığı belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, copolymers of metoxy polyethylene glycol methyl ether acrylate and maleic anhydride (mPEGA-co-MLA) with five different side chain densities; four copolymers of metoxy polyethylene glycol methyl ether methacrylate and methacrylic acid (mPEGMA-co-MAA) with different side chain densities and side chain lengths were synthesized, characterized and their applications as a superplasticizer in cement pastes and mortars were investigated. Polycarboxylate based superplasticizers are defined as new-generation superplasticizers in construction materials sector and, it is possible to increase their dispersion ability and stability in cement by changing the molecular structures. So, the requirement of these admixtures in high-performance concrete production is ascending day by day. It was determined that, by increasing the side chain density of synthesized mPEGA-co-MLA copolymers average molecular weights increase. In mPEGMA-co-MAA copolymers molecular weight increases with the increment of side chain densities besides, it was observed that the increment in molecular weight of copolymers with increasing side chain length actualize only in SPs having high side-chain densities. The rheological behaviours of cement pastes were examined with linear (Bingham) and non-linear (Herschel-Bulkley) model approaches. It was determined that, mPEGA-co-MLA having intense side chains decrease the rheological parameters such as yield stress, plastic viscosity, consistency factor and effective viscosity and retain paste stability throughout time. For PEGMA-co-MAA copolymers, the most effective SP in rheology and fluidity-retaining by time was the SP having less side chain density and short side chains. Both two group of SPs increased the setting time of cement on the other hand, this behaviour can be controlled by using proper set accelerators. In addition, mPEGMA-co-MAA type SPs provided an increment of 40-45% to the mechanical strengths of mortars comparing with reference mortar were also determined.