Çeşitli Katkılarla Üretilen Büyük Boşluklarından Arındırılmış Mdf Kompozitlerin Su Etkisi Altındaki Davranışlarının İncelenmesi

Abstract

Büyük boşluklarından arındırılmış (MDF) çimento, alüminli çimentolarla üretilmiş olan, 150 MPa ve daha yüksek eğilme dayanımına sahip bir polimer hamurudur. Diğer bir deyişle MDF çimentolu malzemeler Portland veya Yüksek Alüminli çimentoların büyük molekül kütleli, suda çözünen bir polimer ile karıştırılması ile oluşturulan kompozitlerdir. MDF çimentolar, birbirinden farklı çimento ve polimer tipleri ile üretilebilirler ve özellikleri yaygın olarak kullanılan materyallere bağlıdır. MDF çimento bileşimi, belirlenmiş oranlarda çimento, su ve polimer karışımıdır. MDF çimento materyalinin işlenmesindeki ana amaç, gözeneklerin azaltılmasıdır. Bu nedenle bileşime, yüksek kırım güçleri uygulanır ve bileşim, mikser silindirlerinin arasındaki açıklıktan farklı hızlarda geçirilir. Bu işlem, bileşimdeki büyük boşlukları ortadan kaldırır. Daha sonra üretilen bu malzemeye, yüksek dayanımlar elde etmek için gerekli olan ısı ve basınç, son basamak olarak uygulanır. Bu işlemlerden sonra malzemenin en belirgin özelliği, yüksek eğilme dayanımları olmaktadır. Normal şartlar altında geleneksel çimento hamurunun eğilme dayanımının 10 Mpa civarında olduğu göz önüne alınırsa, yeni malzemenin dayanımı 20 kattan daha fazladır. Araştırmacılar, yıllar süren çalışmalar sonucunda yüksek eğilme dayanımlarını sağlayan ana etkenin PVA (polivinil alkol-kovinil asetat) olduğuna karar vermişlerdir. Poli (vinil asetat), monomerik vinil asetatın polimerizasyon işlemi ile üretilmektedir. Poli (vinil asetat), daha sonra, NaOH ve metanol ile poli (vinil alkol) (PVA) elde etmek üzere reaksiyona girer. Bu reaksiyon, bazı asetat grupları polimerin üzerinde kalacak şekilde sonlandırılır. Poli (vinil asetat) ve poli (vinil alkol) den oluşan bu ko-polimer, poli (vinil alkol-ko-vinil asetat) olarak adlandırılır.Bu ko-polimer, MDF üretiminde en yaygın olarak kullanılan polimerdir ve alkol grupları hidrofilik iken asetat grupları hidrofobik oldukları için bu polimer farklı özellikler gösterir. Karışımdaki PVA, çimento taneciklerinin topaklanmasını önler ve çimento tanecikleri ile çapraz bağ yapar. Poli (vinil alkol) lerin çapraz bağ etkisi, genellikle su hassasiyetini azaltır ve çözelit içindeki stabiliteyi artırır. Böylece bu reaksiyon eğilme dayanımlarının artmasını sağlar. Ancak, yüksek eğilme dayanımlarına sahip bu kompozit malzemelerin halen geçerliliğini sürdüren bir olumsuzluk olarak bir dezavantajı vardır. Bu dezavantaj, su ile temaslarından sonra ortaya çıkan bir durabilite problemidir. Çünkü suya maruz kalan malzeme, suyu bünyesinde tutarak şişmektedir. Böylece ciddi dayanım kayıpları ortaya çıkmaktadır. Bu kompozitlerin su etkisi altında ciddi durabilite problemleri olması nedeniyle ticari ürün olarak kullanımları kısıtlıdır. Bu nedenle MDF çimentolar konusundaki araştırmaların çoğu, su hassasiyetleri üzerinde yoğunlaşmıştır. Bu kompozitlerin su hassasiyeti konusunda bazı ilerlemeler kaydedilmiştir ancak su ile temas eden MDF çimentoların dayanım kaybı konusunda henüz tatmin edici bir çözüm bulunmamaktadır. Bu çalışmada çeşitli çimento türleri ve katkı malzemeleri ile üretilen kompozit malzemelerin su ile temaslarından sonraki davranışları incelenmiştir ve su ve çevre koşullarına karşı durabilitesinin nasıl artırılabileceği araştırılmıştır.Macro Defect Free (MDF) Cement is a polymer paste produced with aluminate cement which has 150 MPa and more flexural strengths. In other words MDF cement materials are composites produced by mixing Portland or high aluminate cement with a water soluble polymer which has large molecular bulk. MDF cements can be produced with different cement and polymer types and their properties largely depend on the used materials. The composition of MDF cement is a mixture of cement, water and polymer in determined amounts. The reduction of porosity is a major goal in the processing of MDF cement material. So, high shear forces are applied to the composition and the composition is passed through the nip between the rolls of the mill in different speeds. This process eliminates large voids of the composition. The produced material is then applied heat and pressure as a final step which is necessary for obtaining high strengths. The most prominent feature of the material is high flexural strengths after the processes. When considering conventional cement mortar has 10 MPa flexural strength under normal conditions, the new material has flexural strengths more than 20 times. Investigators concluded after years of search PVA (Poly-Vinyl Alcohol-Co-Vinyl Acetate) is the main factor supplying high flexural strengths. Poly(vinyl acetate) is produced by the polymerization processes of monomer vinyl acetate. Poly(vinyl acetate) is then reacted with NaOH and methanol in order to obtain poly(vinyl alcohol) (PVA). This reaction is terminated some acetate groups may remain on the polymer. This copolymer of poly(vinyl alcohol) and poly(vinyl acetate) is called as poly(vinyl alcohol-co-vinyl acetate). This copolymer is the most widely used polymer for the production of MDF, and it shows different characteristics, because alcohol groups are hydrophilic while acetate groups are hydrophobic.The PVA in the mixture prevents flocculation of cement grains and makes crosslinks with cement grains. The effect of crosslinking of poly(vinyl alcohol)s is generally to reduce water sensitivity and increase the stability in solution. So the reaction ensures that the rise of flexural strengths. However, the composite materials which has high flexural strength have an disadvantage still ongoing as a negativity. This disadvantage is a durability related problem emerging after contacts with the water. Because the material absorbs the water and swells after exposing to water. Thus serious loss of strength of the material come into existence. So the composites have serious durability problems under the effect of water, their usage as a commercial product is limited. Therefore, most of the researches about MDF cements have been focused on their water sensitivity. There were some improvements on the water sensitivity of these composites but there is no satisfactory solution for preventing the strength loss of MDF cements in contact with water yet. In this study, subsequent behaviour of the composite materials produced with various cement types and additives with water contacts and how to maximize durabilithy against water and enviromental conditions has been investigated.