Polimer Modifiye Harçların Özellikleri Ve Uçucu Kül Ve Cüruf Katkısının Etkisi

Abstract

Bu çalışmada, portland çimentosu, agrega ve polimer katkının birlikte kullanılması ile elde edilen polimer modifiye harçların özellikleri tanımlanmıştır. Kür koşullarının, katkı olarak kullanılan polimer türünün, uçucu kül ve cüruf gibi mineral katkıların polimer modifiye harçların özellikleri üzerine etkileri incelenmiştir. Ayrıca, aynı kür koşulları uygulanan polimer modifiye harçlar ile modifiye edilmemiş harçlar arasındaki mekanik ve durabilite özellikleri karşılaştırılmıştır. Polimer katkılı harçlarda çimento ve polimer katkının bir arada kullanılması ile normal harçlara göre farklı özellikler elde edilebilmektedir. Polimer modifiye harçların matris fazında hidrate olmuş çimento ile polimer katkının oluşturduğu film iç içe bulunmaktadır: Çimento hamuru agregalar arasındaki boşlukları doldururken, polimer fazı da kılcal boşlukları doldurur. Polimer modifiye harçların özellikleri polimer türü, polimer/çimento oranı, su/çimento oranı, kür koşulları gibi farklı parametrelere bağlıdır. Çalışma iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamadaki amaç polimer modifiye harçlar için en uygun kür koşulunun bulunmasıdır. İkinci aşamadaki amaç ise en uygun kür koşulu uygulanarak polimer türleri arasındaki farklılıkların incelenmesi ve optimum polimer oranının belirlenmesidir. Çalışma sırasında üç farklı marka, iki farklı tip (iki adet SBR polimer katkı, bir adet EVA polimer katkı) polimer katkı kullanılmıştır. Polimerler, Polimer-A (SBR), Polimer-B (SBR) ve Polimer-C (EVA) olarak isimlendirilmiştir. Polimer modifiye harçların mekanik ve dayanıklılık özellikleri kür koşullarına göre farklılık göstermektedir. Harcın bileşimde bulunan çimentonun hidratasyonu için su kürüne; polimer katkının harç içerisinde film oluşturulabilmesi için de hava kürüne ihtiyaç duyulmaktadır. Bu nedenle, polimer modifiye harçlara uygulanacak kür koşulunun hem su, hem de hava kürünü içermesi gerekmektedir. Polimer modifiye harçlar için en uygun kür ortamının belirlenmesi amacıyla, 5%, 15% ve 25% SBR polimer katkı (Polimer A)/bağlayıcı oranında numuneler hazırlanmış ve numunelere beş farklı kür koşulunda toplam 28 gün kür uygulanmıştır. Kür koşulları #0 ~ #4 arasında numaralandırılmıştır. Kür koşulları sadece su kürü (#0), sadece hava kürü (#1), su ve buhar kürü (#2), buhar ve hava kürü (#3) ve su ve hava kürü (#4) olarak gruplandırılmıştır. Polimer-A kullanılarak üretilen polimer modifiye harçlar üzerinde ilk aşama deneyleri yapılmıştır. İlk aşama test sonuçlarına göre, polimer modifiye harçlar için en uygun kür koşulu belirlenmiş ve SBR polimer (Polimer B) ile EVA polimer (Polimer C) katkılar kullanılarak ikinci aşama karşılaştırmalı deneylere geçilmiştir. Çalışma için üretilen harçların etiketlendirilmesinde polimer modifiyesini, polimer tipini, polimer oranını, uygulanan kür koşulu ve mineral katkı durumunu gösteren bir etiketleme sistemi kullanılmıştır. Çalışma için üretilen tüm harçların işlenebilirliği yayılma tablası deneyi ile değerlendirilmiştir. Sertleşmiş beton özelliklerinin belirlenmesi için numuneler farklı kür koşullarına göre gruplandırılmış; toplam 28 gün kür uygulanan numunelere basınç ve eğilme dayanımı testleri uygulanmıştır. Her bir etiket için 3 adet 40x40x160mm boyutlarında dikdörtgen prizma harç üretilmiştir. Her bir etiket için 3 adet eğilme testi yapılmıştır. Eğilme testi sonucunda ikiye ayrılan prizmanın parçaları basınç testleri için kullanılmıştır. Eğilme testi sonucunda toplam 6 adet parça elde edilmiştir. Her bir etiket için toplam 4 adet basınç testi yapılmıştır. Geriye kalan iki parça durabilite özelliklerinin belirlenmesi için kullanılmıştır. Numunelerin durabilite özelliklerinin belirlenmesi için numuneler 60℃ sıcaklıktaki etüvde 48 saat bırakılmış ve numuneler soğuduktan sonra 24 saatlik kılcal su emme deneyleri yapılmıştır. Aynı çalışmada, uçucu kül ve cüruf katkısının polimer modifiye harçların özelliklerine etkisi de incelenmiştir. Bu amaçla, yalnız uçucu kül, yalnız cüruf veya uçucu kül ile cüruf karışımı, modifiye edilmemiş harçların toplam çimento miktarının %10’u, %30’u ve %50’si oranında karışımlara eklenmiştir. Mineral katkılı harçlar ve mineral katkılı polimer modifiye harçlar için de polimer katkılı harçlar ile aynı kür koşulları uygulanmış ve numunelerin özellikleri karşılaştırılmıştır. Birinci aşama testler sırasında, polimer katkının harçların işlenebilirliğini iyileştirdiği ve su ihtiyacını azalttığı gözlemlenmiştir. Bu nedenle, polimer modifiye harçlar ile aynı işlenebilirliği elde etmek amacıyla bazı numunelerin su/çimento oranı arttırılmıştır. Su/çimento oranı değiştirilen harçlar, polimer modifiye harçlar ile aynı kür koşullarında tutulmuş ve harçların özellikleri polimer modifiye harçların özellikleri ile karşılaştırılmıştır. Su/çimento oranı değiştirilen numuneler için “W” harfi kullanılmış ve bu numuneler de etiketleme sistemine dahil edilmiştir. Birinci aşama testler sonucunda, polimer modifiye harçlar için en uygun kür koşulunun, hem çimentonun hidratasyonunu ve hem de polimer film oluşumunu mümkün kılan 4’üncü kür koşulu (3 gün su + 25 gün oda ortamında kür) olduğu belirlenmiştir. Fakat aynı kür koşulları ve aynı polimer oranı kullanılmasına rağmen, farklı polimerle üretilmiş numunelerin dayanım ve kılcallık özelliklerinin aynı olmadığı belirlenmiştir. Bu sayede, harç özelliklerinin polimer katkısının tipine ve kür koşullarına göre değişiklik gösterdiği tespit edilmiştir. Polimer katkıların eğilme dayanımı arttırdığı gözlenmiştir. Eğilme dayanımındaki artışın nedeni olarak, polimer film tabakasının harç tabakasını güçlendirmesi önerilmiştir. Aynı zamanda, polimer katkıların basınç dayanımında düşmeye neden olduğu belirlenmiştir. Basınç dayanımındaki azalmanın nedeni olarak da harç içinde bulunan yumuşak polimerin davranışının beton içindeki boşlukların davranışına benzer olduğu önerilmiş ve bu davranış, basınç dayanımındaki azalmanın nedeni olarak gösterilmiştir. Polimer katkı kullanılmasının harçların durabilite özelliklerini iyileştirdiği belirlenmiştir. Numunelerinin kılcallığının polimer katkı kullanıldığı zaman azaldığı görülmüştür. Fakat dayanım özelliklerindeki duruma benzer şekilde, polimer modifiye harçların durabilite özelliklerinin polimer oranına, kür koşuluna ve polimer tipine bağlı olduğu gözlenmiştir. Genel olarak, EVA polimer ile hazırlanan numunelerin daha yüksek dayanıma; fakat SBR ile hazırlanan numunelerin de daha iyi kılcallık özelliklerine sahip olduğu belirlenmiştir. Bu durumun, farklı polimer katkıların hidratasyon kinetiği ve hidrat morfolojisi üzerindeki farklı etkilerinden dolayı ortaya çıktığı önerilebilir. Mineral katkının polimer modifiye harçların durabilite özellikleri üzerinde dikkate değer bir iyileştirme yapmadığı; aksine mineral katkının artan oranda karışıma katılmasının kılcallığı arttırdığı gözlemlenmiştir. İşlenebilirliğinin, polimer modifiye harçlarının işlenebilirliğine benzer olması için su/çimento oranı arttırılan numunelerin dayanım ve durabilite özellikleri incelenmiştir. Su/çimento oranı arttırılmış numuneler polimer modifiye harçlar ile karşılaştırıldığında aynı kür koşulları altında eğilme dayanımında %23 oranında azalma, basınç dayanımında %38 oranında azalma ve kılcallıkta ise yaklaşık 5 kat artış gözlemlenmiştir. Aradaki büyük farkın nedeni ise, su/çimento oranı arttırılan numunelerdeki artan kılcal boşlukların numune özellikleri üzerine etkileri olarak belirtilmiştir.

In this study, polymer modified mortars, which are composites of portland cement, aggregate and polymer admixture, are described and change of properties of polymer modified mortars with respect to curing conditions, type of polymer admixture and supplementary cementing material incorporation is investigated. Matrix phase of polymer modified mortars consists of cement hydrates and polymer film formation intermingled with each other. Properties of cement mortars could be improved by incorporation of polymer admixtures. However, properties of polymer modified mortars depend on various parameters such as type of polymer, polymer/cement ratio, water/cement ratio and curing conditions. The study is divided into two phases as preliminary and comparative. In the preliminary phase, the objective is to determine favorable curing condition for polymer modified mortar. In the comparative phase of the study, effects of polymer type on properties of polymer modified mortars and optimum polymer content was investigated. Three different brands and two different types of polymers were used. Polymers were labelled as Polymer-A (SBR), Polymer-B (SBR) and Polymer-C (EVA) respectively. Hardened and durability properties of polymer modified specimens become different with respect to curing conditions. Polymer modified mortars require water during curing for hydration of cement and air for polymer film formation. For this reason, the favorable curing regime for polymer modified mortars should be consisted of both curing regimes. In order to determine the favorable curing conditions for polymer modified mortars, specimens with SBR polymer admixture (Polymer A) were prepared with 5%, 15%, 25% polymer / binder ratios and five different curing regimens were applied for a total of 28 days. Curing regimes were numbered from #0 to #4. Curing regimes were grouped as water curing (#0), air curing (#1), water and high humidity curing (#2), high humidity and air curing (#3) and water and air curing (#4). Preliminary strength tests were performed related specimens after 28 days of curing. According to results of preliminary tests, favorable curing condition for polymer modified mortars was selected and comparative tests were carried out using SBR (Polymer B) and EVA (Polymer C) polymer admixture. In addition, effects of fly ash and ground granulated blast furnace slag incorporation to properties of polymer modified mortars were also studied. For this purpose, fly ash and slag was incorporated to mixtures separately or together with 10%, 30% and 50% of cement amount of unmodified specimens. Properties of supplementary cementing material (SCM) incorporated specimens were compared to those of polymer modified specimens under same curing conditions. Workability of polymer modified mortars were determined by flow test. Hardened properties after 28 days curing were evaluated by flexural and compressive strength tests. For each label 3 rectangular blocks of mortar with dimension of 40x40x160mm were prepared. 3 ea flexural strength tests were performed on specimens. As a result of flexural strength tests, specimens were divided in two parts and a total of 6 pieces were obtained. Compressive tests were performed on divided pieces. In total 4 ea compressive strength tests were performed. Sorptivity tests were performed on remaining two pieces. Results of preliminary tests showed that workability of mortars are increased with respect to polymer admixtures addition. For this reason, change of properties of specimens for similar workability as polymer modified specimens was added to study. Water/binder ratios of several specimens were changed in order to obtain similar workability as polymer modified mortar. These specimens were labelled as “W”. Favorable curing conditions for polymer modified mortars was chosen as curing regime #4 (3 days immersed in water + 25 days curing at room environment), which allowed cement hydration and polymer film formation. Strength and sorptivity of specimens differed with respect to type of polymer and curing condition. It was observed that polymer admixture incorporation increased flexural strength values, but mainly decreased compressive strength values. The decrease in compressive strength has been attributed to void-like behavior of soft polymer inside matrix. In addition, lower sorptivity values could be obtained with polymer incorporation. Overall, EVA polymer showed higher strength values, whereas SBR polymer showed lower sorptivity values.