Mikronize kalsit içeren yüksek hacimde uçucu kül katkılı çimento harçlarının mikroyapısal özelliklerinin incelenmesi

Yıl 2021, Cilt: 36 Sayı: 4, 2255 - 2270, 02.09.2021

Ömer Demirel Serhat Demirhan

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.810835

Cited By: 2

Öz

Yüksek hacimde uçucu kül içeren katkılı çimento harçlarının sertleşmiş ve mikroyapısal özellikleri mikronize kalsit ve uçucu kül değişkenlerine bağlı olarak incelenmiştir. Bu amaç doğrultusunda, farklı uçucu kül-çimento oranı ve mikronize kalsit ikame oranı sırasıyla 0.0, 0.25, 0.54, 1.0 ve 0%, 2,5%, 5% olan on iki karışım tasarlanmıştır. Farklı kür yaşlarında, sertleşmiş özellik ve mikroyapısal karakteristik itibariyle sırasıyla basınç dayanımı, ultrasonik ses dalgası deneyi ve taramalı elektron mikroskopu analizi yapılmıştır. Deney sonuçları gösterdi ki; mikronize kalsit içeren karışımlarda özellikle uçucu kül ve mikronize kalsit kombinasyonuyla üretilen karışımlarda erken yaş sertleşmiş özelliklerinde belirgin düzeyde bir iyileşme elde edilmiştir. SEM görüntülerinde ise basınç dayanımı test sonuçlarını teyit eden sonuçlar gözlemlenmiştir. Her ne kadar uçucu kül kullanım oranı artışıyla birlikte erken yaş basınç dayanımında düşüş elde edilmişse de çekirdeklenme ve kimyasal etki mekanizmalarının bir neticesi olarak kontrol karışımına kıyasen 90 günlük basınç dayanımında daha yüksek sonuçlar elde edilmiştir. Mikronize kalsit içermeyen kontrol karışımı ile %35 oranında uçucu kül ve %2,5 oranında da mikronize kalsit içeren çimento harçları karışımlarının 90 günlük basınç dayanımı değerleri sırasıyla 43,2 MPa ve 51,9 MPa olup, kalsit ve uçucu kül kombinasyonuyla çimentonun karbon ayak izinde yüksek seviyede bir azalma elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

SEM, uçucu kül, mikronize kalsit, mineral katkı

Teşekkür

Fernas Çimento Paketleme Tesisi (FERÇİM) ve Batman Üniversitesi Merkezi Uygulama ve Araştırma Merkezi Yapı Malzemeleri Laboratuvarına teşekkürü bir borç biliriz.

Kaynakça

• Camiletti, J., Soliman, A. M., & Nehdi, M. L., Effects of nano-and micro-limestone addition on early-age properties of ultra-high-performance concrete. Materials and structures, 46(6), 881-898, 2013.
• Meyer, C., The greening of the concrete industry. Cement and concrete composites, 31(8), 601-605, 2009.
• Wang, D., Shi, C., Farzadnia, N., Shi, Z., Jia, H., & Ou, Z., A review on use of limestone powder in cement-based materials: Mechanism, hydration and microstructures. Construction and Building Materials, 181, 659-672, 2018.
• Şimşek, B., Şimşek, E. H., & Altunok, T., Bir Çimento Döner Fırın Sistemi Yüzeyinden Isı Kayıplarının Ampirik ve İstatistiki Modellenmesi. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 28(1), 2013.
• Taban, S., & Şimşek, O., Zeolitik tüf katkı oranı ve deniz suyunun çimentonun fiziksel ve mekanik özelliklerine etkisi. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 24(1), 2009.
• Demir, İ., Alkali-silika reaksiyonu etkisine maruz aynı oranda silis dumanı ve uçucu kül içeren harçların mekanik özellikleri. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 25(4), 2010.
• Dorum, A., Koçak, Y., Yılmaz, B., & Uçar, A., Uçucu Kül Katkılı Çimento Hidratasyonuna Elektrokinetik Özelliklerin Etkisi. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 25(3), 2010.
• Mustafa, D. A. Y. I., Aruntaş, H., Çavuş, M., & Şimşek, O., Zeolit, Uçucu Kül Ve Atık Cam Malzemelerin Portland Kompoze Çimento Üretiminde Kullanılabilirliğinin Araştırılması. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 28(3), 2013.
• Katz, A., & Baum, H., Effect of high levels of fines content on concrete properties. ACI Materials Journal, 103(6), 474, 2006.
• TS EN 197-1, Çimento - Bölüm 1: Genel çimentolar - Bileşim, özellikler ve uygunluk kriterleri, 2012.
• Zou, F., Hu, C., Wang, F., Ruan, Y., & Hu, S., Enhancement of early-age strength of the high content fly ash blended cement paste by sodium sulfate and C–S–H seeds towards a greener binder. Journal of Cleaner Production, 244, 118566, 2020.
• Bentz, D. P., Ardani, A., Barrett, T., Jones, S. Z., Lootens, D., Peltz, M. A., ... & Weiss, W. J., Multi-scale investigation of the performance of limestone in concrete. Construction and Building Materials, 75, 1-10, 2015.
• Liu, X., Chen, L., Liu, A., & Wang, X., Effect of nano-CaCO3 on properties of cement paste. Energy procedia, 16, 991-996, 2012. Ye, G., Liu, X., De Schutter, G., Poppe, A. M., & Taerwe, L., Influence of limestone powder used as filler in SCC on hydration and microstructure of cement pastes. Cement and Concrete Composites, 29(2), 94-102, 2007.
• Deschner, F., Winnefeld, F., Lothenbach, B., Seufert, S., Schwesig, P., Dittrich, S., ... & Neubauer, J., Hydration of Portland cement with high replacement by siliceous fly ash. Cement and Concrete Research, 42(10), 1389-1400, 2012.
• Scrivener, K. L., Lothenbach, B., De Belie, N., Gruyaert, E., Skibsted, J., Snellings, R., & Vollpracht, A., TC 238-SCM: hydration and microstructure of concrete with SCMs. Materials and Structures, 48(4), 835-862, 2015.
• Berodier, E. S. K. S. G., & Scrivener, K., Understanding the Filler Effect on the Nucleation and Growth of C‐S‐H. Journal of the American Ceramic Society, 97(12), 3764-3773, 2014.
• Wang, X. Y., Analysis of hydration and strength optimization of cement-fly ash-limestone ternary blended concrete. Construction and Building Materials, 166, 130-140, 2018.
• Medjigbodo, G., Rozière, E., Charrier, K., Izoret, L., & Loukili, A., Hydration, shrinkage, and durability of ternary binders containing Portland cement, limestone filler and metakaolin. Construction and Building Materials, 183, 114-126, 2018.
• Thongsanitgarn, P., Wongkeo, W., Chaipanich, A., & Poon, C. S., Heat of hydration of Portland high-calcium fly ash cement incorporating limestone powder: Effect of limestone particle size. Construction and Building Materials, 66, 410-417, 2014.
• Zajac, M., Rossberg, A., Le Saout, G., & Lothenbach, B., Influence of limestone and anhydrite on the hydration of Portland cements. Cement and Concrete Composites, 46, 99-108, 2014.
• Bentz, D. P., Ferraris, C. F., Jones, S. Z., Lootens, D., & Zunino, F., Limestone and silica powder replacements for cement: Early-age performance. Cement and Concrete Composites, 78, 43-56, 2017.
• TS EN 196-1, Çimento deney metotları - Bölüm 1: Dayanım tayini, 2016.
• Wang, C., He, C., Tong, Z., Liu, X., Ren, B., & Zeng, F., Combination of adsorption by porous CaCO3 microparticles and encapsulation by polyelectrolyte multilayer films for sustained drug delivery. International Journal of Pharmaceutics, 308(1-2), 160-167, 2006.
• Yang, D. H., Hur, B. Y., & Yang, S. R., Study on fabrication and foaming mechanism of Mg foam using CaCO3 as blowing agent. Journal of Alloys and Compounds, 461(1-2), 221-227, 2008.
• Yeşilmen, S., Al-Najjar, Y., Balav, M. H., Şahmaran, M., Yıldırım, G., & Lachemi, M., Nano-modification to improve the ductility of cementitious composites. Cement and Concrete Research, 76, 170-179, 2015.
• Shah, S. P., Konsta-Gdoutos, M. S., Metaxa, Z. S., & Mondal, P., Nanoscale modification of cementitious materials. In Nanotechnology in Construction 3, Springer, Berlin, Heidelberg., pp. 125-130), 2009.
• TS EN 12504-4, Beton deneyleri - Bölüm 4: Ultrasonik atımlı dalga hızının tayini, 2004.
• Kara, İ. B., Kalsitin Çimento İkame Malzemesi Olarak Kullanımının Basınç Dayanımına Etkisi. Journal of Investigations on Engineering and Technology, 3(1), 10-16, 2020.
• Akçaözoğlu, K., & Güldür, Ş. E., Mikronize Kalsit ve Uçucu Kül Katkısının Beton Özelliklerine Etkisinin Araştırılması. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 17(2), 658-668, 2017.
• Duval, R., Effect of ultrafine particles on heat of hydration of cement mortars. Materials Journal, 99(2), 138-142, 2002.
• Kenai, S., Soboyejo, W., & Soboyejo, A., Some engineering properties of limestone concrete. Materials and manufacturing processes, 19(5), 949-961, 2004.
• Vance, K., Aguayo, M., Oey, T., Sant, G., & Neithalath, N., Hydration and strength development in ternary portland cement blends containing limestone and fly ash or metakaolin. Cement and Concrete Composites, 39, 93-103, 2013.
• Arora, A., Sant, G., & Neithalath, N., Ternary blends containing slag and interground/blended limestone: Hydration, strength, and pore structure. Construction and Building Materials, 102, 113-124, 2016.
• Moon, J., Oh, J. E., Balonis, M., Glasser, F. P., Clark, S. M., & Monteiro, P. J., High pressure study of low compressibility tetracalcium aluminum carbonate hydrates 3CaO· Al2O3· CaCO3· 11H2O. Cement and Concrete Research, 42(1), 105-110, 2012.
• Nath, P., Sarker, P. K., & Biswas, W. K., Effect of fly ash on the service life, carbon footprint and embodied energy of high strength concrete in the marine environment. Energy and Buildings, 158, 1694-1702, 2018.
• Hosan, A., & Shaikh, F. U. A., Influence of nano-CaCO3 addition on the compressive strength and microstructure of high volume slag and high volume slag-fly ash blended pastes. Journal of Building Engineering, 27, 100929, 2020.
• Tosti, L., van Zomeren, A., Pels, J. R., & Comans, R. N., Technical and environmental performance of lower carbon footprint cement mortars containing biomass fly ash as a secondary cementitious material. Resources, Conservation and Recycling, 134, 25-33, 2018.
• De Weerdt, K., Haha, M. B., Le Saout, G., Kjellsen, K. O., Justnes, H., & Lothenbach, B. (2011). Hydration mechanisms of ternary Portland cements containing limestone powder and fly ash. Cement and Concrete Research, 41(3), 279-291.
• Ipavec, A., Gabrovšek, R., Vuk, T., Kaučič, V., Maček, J., & Meden, A., Carboaluminate Phases Formation During the Hydration of Calcite‐Containing Portland Cement. Journal of the American Ceramic Society, 94(4), 1238-1242, 2011.
• Sumesh, M., Alengaram, U. J., Jumaat, M. Z., Mo, K. H., & Alnahhal, M. F., Incorporation of nano-materials in cement composite and geopolymer based paste and mortar–A review. Construction and Building Materials, 148, 62-84, 2017.
• Karagöl, F., Demirboğa, R., Kaygusuz, M. A., Yadollahi, M. M., & Polat, R., The influence of calcium nitrate as antifreeze admixture on the compressive strength of concrete exposed to low temperatures. Cold Regions Science and Technology, 89, 30-35, 2013.
• Mohammed, B. S., Adamu, M., & Liew, M. S., Evaluating the effect of crumb rubber and nano silica on the properties of high volume fly ash roller compacted concrete pavement using non-destructive techniques. Case studies in construction materials, 8, 380-391, 2018.
• Rao, S. K., Sravana, P., & Rao, T. C., Experimental studies in Ultrasonic Pulse Velocity of roller compacted concrete pavement containing fly ash and M-sand. International Journal of Pavement Research and Technology, 9(4), 289-301, 2016.
• Zareei, S. A., Ameri, F., Bahrami, N., Shoaei, P., Moosaei, H. R., & Salemi, N., Performance of sustainable high strength concrete with basic oxygen steel-making (BOS) slag and nano-silica. Journal of Building Engineering, 25, 100791, 2019.
• Malhotra, V. M., & Carino, N. J., Handbook on nondestructive testing of concrete. CRC press, Boca Raton, USA, 2003.
• Mohseni, E., Ranjbar, M. M., & Tsavdaridis, K. D., Durability properties of high-performance concrete incorporating nano-TiO2 and fly ash. American Journal of Engineering and Applied Sciences, 8(4), 519-526, 2015.