Yüksek performanslı çimento harç özelliklerine nano - silis ve farklı puzolan malzeme katkısının etkileri

Abstract

Bu tez çalışmasında yüksek performanslı çimento harç özelliklerine nano-silis ve üç farklı puzolanik malzeme ikamesinin fiziksel ve mekanik özelliklere etkisi araştırılmıştır. Öncelikle bağlayıcı olarak %100 çimento oranına sahip referans numuneler üretilmiştir. Harç malzemelerinin hazırlanmasında standart kum ve CEM I 42.5 R tipi çimento kullanılmıştır. Standart referans üzerinde ağırlıkça % 0.25, % 0.5, % 0.75 ve % 1.00 oranlarında nano-silis ilavesi yapılarak optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Yapılan çalışmanın sonucunda % 0.50 oranında nano-silis katkısı esas alınmıştır. Ardından harca ikame olarak; uçucu kül (UK), yüksek fırın cürufu (YFC) ve silis dumanı (SD) malzemeleri ayrı ayrı ve % 0-30 oranları arasında ikame edilerek nano-silisli çimento harç numuneleri üretilmiştir. Uçucu kül (UK) Tunçbilek Termik Santrali’nden (Kütahya-Türkiye), yüksek fırın cürufu Bolu Çimento’dan, silis dumanı ise Antalya Eti Elektrometalurji Tesisinden elde edilmiştir. Bununla birlikte karışımlarda kullanılan işlenmiş silika (Pirojen Silika) Wacker™ HDK N20’dir.

Harç numunelerin üretimi laboratuvar tipi çimento mikserde yapılmıştır. Hazırlanan karışımlar 4 x 4 x 16 cm’ lik metal kalıplarda vibrasyon tablasıyla şekillendirilmiştir. Hazırlanan numunelerin priz alması için bir gün süre ile bekletilmiştir. Ardından numunelere 7, 28 ve 90 günlük su kürü uygulanmıştır. İlgili örneklerin; su emme, görünen porozite, birim hacim ağırlık ve görünür yoğunluk değerleri Arşimet prensibi esasına göre belirlenmiştir. Ardından numunelerin basınç ve eğilme dayanım testleri (7, 28 ve 90 günlük) yapılmıştır. Elde edilen verilere göre; kür süresinin artmasıyla birlikte tüm örneklerde porozite ve su emme oranlarının azaldığı görülmüştür. Örneklerin yoğunluk değerleri ise kür süresine bağlı olarak artış göstermiştir.

Sonuç olarak, kür süresinin artması ile birlikte numunelerin dayanımlarında artış olduğu belirlenmiştir. Numunelerin fiziksel sonuçları incelendiğinde nano-silis katkısının değerlerde olumlu etkisi söz konusudur. Örneklerin maksimum basınç değerleri; UK ikameli harçlarda 49.2 MPa, SD ikameli harçlarda 66.5 MPa ve YFC ikameli harçlarda 58.5 MPa olarak bulunmuştur. Referans harçlarla kıyaslandığı taktirde nano-silis ve diğer puzolanik malzemelerin basınç dayanımında olumlu sonuçlar verdiği görülmüştür. Daha iyi kimyasal içeriğe sahip silis dumanı ve daha yüksek oranlarda nano-silis katkısının mekanik ve fiziksel sonuçlarda daha etkili olacağı düşünülmektedir.

In this thesis, the effects of nano-silica and three different pozzolanic material substitutes on physical and mechanical properties were investigated. Firstly, reference samples with 100% cement content were produced as binders. Standard sand and CEM I 42.5 R type cement was used in the preparation of mortar materials. Optimization studies were carried out on standard reference samples by adding 0.25%, 0.5%, 0.75% and 1.00% by weight of nano-silica. As a result of the study, 0.50% nano-silica additive was used. Then as a substitute for mortar; the fly ash (FA), blast furnace slag (BFS) and silica fume (SD) materials were substituted separately and between 0-30% and nano-silica cement mortar samples were produced. Fly ash (FA) is obtained from Tuncbilek Power Plant (Kütahya, Turkey), Blast Furnace Slag is obtained from Bolu cement and the silica fume is obtained from the Antalya Eti Electrometallurgy. However, the treated silica (Pyrogen Silica) used in the mixtures is Wacker ™ HDK N20.

The mortar samples were produced in laboratory type cement mixer. The prepared mixtures are shaped with vibration table in 4 x 4 x 16 cm metal molds. Prepared samples were allowed to set for one day. Then, the samples were cured with water for 7, 28 and 90 days. Related samples; water absorption, apparent porosity, unit volume weight and apparent density values were determined on the basis of Archimedes principle. After that, compressive and flexural strength tests (7, 28 and 90 days) of the samples were performed. According to the data obtained; It was observed that porosity and water absorption rates decreased in all samples with increasing curing time. The density values of the samples increased depending on the curing time.

As a result, it was determined that the strength of the samples increased with the increase in the curing time. When the physical results of the samples are examined, nano-silica additive has positive effect on the values. Maximum pressure values of samples; It was found to be 49.2 MPa in FA substitution mortar, 66.5 MPa in SD substitute mortar and 58.5 MPa in BFS substitute mortar. In comparison with the reference mortars, it is seen that nano-silica and other filler materials give positive results in compressive strength. It is considered that silica fume with better chemical content and higher nano-silica additive will be more effective in mechanical and physical results.