Diatomit ve pomza ikameli çimentoların hidratasyon reaksiyonlarının ve yüzey özelliklerinin spektroskopik yöntemlerle araştırılması
Diatomite and pumice replaced cements investigation of hydratation reactions and surface properties byspectroscopic methods
Yazar: İBRAHİM PINARCI
Danışman: PROF. DR. YILMAZ KOÇAK
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kompozit Malzeme Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Diatomit = Diatomite ; Hidratasyon ısısı = Hidratation heat ; Mikroyapı = Microstructure ; Pomza tozu = Pumice powder ; Portland çimentosu = Portland cement ; Puzolanlı çimento = Pozzolanic cement ; Termal analiz = Thermal analysis

Özet:
Ülkemizde ve dünyada gün geçtikçe artan çevre kirliliği ve küresel ısınma çimento teknolojisinde yeni ürün geliştirme çalışmalarının artmasına sebep olmaktadır. Söz konusu bu yöntemlerden biri de çimentoya doğal ya da yapay puzolanik malzemelerin ikamesidir. Yapılan bu çalışmada ülkemizde ciddi miktarda rezervi olan diatomit ve pomza kullanılmıştır. Günümüze kadar yapılan çalışmalar puzolonik malzemelerin, beton ve çimentoların fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerinde pozitif etkilerinin olduğunu göstermektedir. Ayrıca puzolonik malzemelerin üretimde kullanılması ile çevre kirliliği azaltılmakta ve enerji kaynakları da korunmaktadır. Literatür incelendiğinde genellikle çimentodan daha ince bir yapıya sahip olan pomza ve diatomitin çimento ve beton teknolojisinde kullanımı ile geçirimliliği azalttığı dolayısı ile pozolonik özelliğine de bağlı olarak dayanım ve dayanıklılık özelliklerini iyileştirdiği görülmüştür. Çalışmada öncelikle hammaddelerin fiziksel, kimyasal, mineralojik ve mikro yapısal özellikleri belirlenmiştir. Sonrasında referans olarak CEM I 42.5 R tipi Portland çimentosuna, %10 ve %20 oranlarında diatomit ve pomza ayrı ayrı; %5 ve %10 pomza ve diatomit birlikte ikame edilerek 7 farklı çimento elde edilmiştir. Bunlarla üretilen çimento harçlarının 2, 7, 28 ve 90. günlerinde basınç dayanımları, ayrıca hazırlanan çimento hamurlarının su ihtiyacı, priz süreleri ve genleşme değerleri belirlenmiştir. Bunun yanı sıra hazırlanmış çimento hamurlarının 2, 7, 28 ve 90. günlerinde hidratasyon reaksiyonunu tespit edebilmek için XRD, FT-IR, DTA-TGA ve SEM yöntemleri kullanılmıştır. İlaveten hammaddelerin yüzey özellikleri belirlenerek aralarındaki uyumun anlaşılması için zeta potansiyel ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Tüm veriler sonucunda diatomit ve pomzanın ayrı ayrı ya da birlikte çimento içerisine ikamesi ile meydana gelen reaksiyonlar tespit edilmiştir. Bu analizlerden XRD, FT-IR ve DTA-TGA sonuçları, hem sadece pomza, diatomit, hem de pomza ve diatomit içerikli çimentonun 90. günde yüksek bir hidratasyon derecesine sahip olduğunu ve bu hidratasyonun devam edeceğini göstermektedir. Ayrıca 90. günde bu çimentoların kimyasal olarak bağlı su içeriğinin PÇ ile aynı, hatta bir miktar üzerinde oluştuğu belirlenmiştir. Bununla birlikte SEM görüntüleri bu çimentoların hidratasyon yaşı arttıkça çok daha yoğun bir mikro yapıya sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Sonuçlar, puzolanik malzemelerin erken yaşlarda, harçların basınç dayanımını düşürdüğünü göstermiştir. Ancak 28. günde PÇ 42.5 R tipi çimentonun minimum mukavemet değerlerinin üzerinde basınç dayanımına ulaşılmış, 90. günde ise hem %10 pomza ikameli hem de %5+5 pomza ve diatomit ikameli harçların basınç dayanımı değerlerinin referans harçtan daha yüksek elde edildiği tespit edilmiştir. 


Anahtar sözcükler: Diatomit, Pomza, Hidratasyon, Termal analiz, Mikro yapı.

Abstract:
Environmental pollution and global warming, increasing both in our country and worldwide, have boosted new product development studies in cement technology. One of the studies covers the possibility of replacing cement with natural or artificial pozzolanic materials. In this study, have used diatomite and pumice, which are abundant in our country. Former studies have revealed the positive effects of pozzolanic materials on the physical, chemical, and mechanical properties of concrete and cement. Furthermore, with the use of pozzolanic materials in production, environmental pollution is reduced, and energy resources are secured. Examining the literature, it has been detected that the use of pumice and diatomite which have a thinner structure than cement in cement production and concrete technology reduces permeability and therefore improves strength and durability properties, thanks to its pozzolanic quality. In this context, first of all, the physical, chemical, mineralogical and micro-structural properties of the raw materials were determined in the study. Then, for reference, CEM I 42.5 R type Portland cement, 10% and 20% diatomite and pumice separately; 7 different cements were obtained by substituting 5% and 10% pumice and diatomite together. The compressive strength of the cement mortars produced with these on the 2nd, 7th, 28th and 90th days, as well as the water requirement, setting times and expansion values of the prepared cement pastes were determined. Besides, XRD, FT-IR, DTA-TGA, and SEM were used to detect the reaction rates of the prepared cement mortars on the 2nd, 7th, 28th, and 90th days. In addition, the surface properties of the raw materials were determined and zeta potential measurements were carried out to understand the compatibility between them. As a result of all data, reactions occurring from the substitution of diatomite and pumice for cement, separately or together, have been detected. Among these analyses, XRD, FT-IR and DTA-TGA results show that cements containing sole pumice, diatomite and diatomite and pumice have a high hydration rate on the 90th day, and this hydration would continue. Furthermore, it has been detected that the chemically bound water contents of these cements are the same as, and even a little more than, the PÇ on the 90th day. In addition, SEM footages reveal that these cements get a denser microstructure as their hydration age increases. The results showed that pozzolanic materials reduced the compressive strength of mortars at an early age.However, on the 28th day, the compressive strength was reached above the minimum strength values of the PÇ 42.5R type cement, and on the 90th day, it was determined that the compressive strength values of both 10% pumice substituted and 5+5% pumice and diatomite substituted mortars were higher than the reference mortar.


Keywords: Diatomite, Pumice, Hydration, Thermal analysis, Microstructure.