Mineral katkı içeren kalsiyum alüminat çimento esaslı harçların mekanik, dayanıklılık, termal ve içyapı özelliklerinin araştırılması

Öz

Bu çalışmada, kalsiyum alüminat çimentosunun ağırlıkça %10’u ile %40'ı oranında yüksek fırın cürufu ve uçucu kül ile kısmi ikame edilmesi sonucu elde edilen kalsiyum alüminat çimento esaslı harç karışımlarının mekanik, dayanıklılık, termal ve içyapı özellikleri incelenmiştir. Karışımların basınç ve eğilme dayanımları 3, 7, 28 ve 90. günlerde belirlenmiştir. Harç karışımları üzerinde sülfat ve asit direnci, yüksek sıcaklık direnci, termogravimetrik analiz (TGA), bilgisayarlı mikro tomografi (MicroCT) ve x-ışını foto elektron spektroskopisi (XPS) analizleri gerçekleştirilmiştir. Kalsiyum alüminat çimentosunun %10 yüksek fırın cürufu ve %20 uçucu kül ile ikame edilmesi sonucu üretilen harçlar üzerinde basınç dayanımı, yüksek sıcaklık direnci ve dayanıklılık deney sonuçları kontrol karışımı ile karşılaştırılmıştır. Mineral katkı ilavesi nedeniyle karışımların gözenek yapısında değişiklikler olmasına rağmen, karışımların kimyasal özelliklerinde önemli bir değişiklik gözlemlenmemiştir. Deney sonuçları, yüksek fırın cürufunun ve uçucu külün kalsiyum alüminat çimentosu yerine kısmen kullanılması ile ekolojik verimli ve uygun maliyetli bir bağlayıcı yapı malzemesi üretebileceğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• Kalsiyum alüminat çimentosu
• yüksek fırın cürufu
• uçucu kül
• mekanik
• dayanıklılık
• termal
• içyapı

Investigation of mechanical, durability, thermal and microstructural properties of calcium aluminate cement based mortars containing mineral admixtures

Öz

In this study, mechanical, durability, thermal and microstructural properties of calcium aluminate cement-based mortar mixtures incorporating 10% to 40% partial replacement by weight of blast furnace slag and fly ash were investigated. Compressive and flexural strength tests were performed at 3, 7, 28 and 90 days. Sulfate and acid resistance, high temperature resistance, thermo-gravimetric analysis (TGA), micro-tomography (MicroCT) and x-ray photo electron spectroscopy (XPS) analyses were also performed on the mortar mixtures. The compressive strength, high temperature resistance and durability test results on mortars incorporating 10% blast furnace slag and 20% fly ash partial replacement for calcium aluminate cement were comparable to that of the control mixture. Although there were changes in pore structure due to mineral admixture addition, no significant change was observed in the chemical properties of the mixtures. Results indicate that blast furnace slag and fly ash partial replacement for calcium aluminate cement can produce an eco-efficient and cost-effective binder.

Anahtar Kelimeler

• Calcium aluminate cement
• ground granulated blast furnace slag
• fly ash
• mechanical
• durability
• thermal
• microstructure

Kaynakça

1. Scrivener K.L., Capmas A., ''Calcium Aluminate Cements, Chapter 13, in: P.C. Hewlett (Ed.), Lea’s Chemistry of Cement and Concrete'', John Wiley & Sons, New York, (1998).
2. Barnes P., Bensted J., ''Structure and Performance of Cements'', CRC Press, Boca Raton, (2002).
3. Scrivener K.L, Cabiron J.L., Letourneux R., ''High-performance concretes from calcium aluminate cements'', Cement and Concrete Research, 29: 1215-1223, (1999).
4. Pöllmann H., ''Calcium Aluminate Cements – Raw Materials, Differences, Hydration and Properties'', Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 74(1): 1-82, (2012).
5. Edmonds R.N., Majumdar A.J., ''The hydration of monocalcium aluminate at different temperatures'', Cement and Concrete Research, 18: 311-320, (1998).
6. Ukrainczyk N., ''Kinetic modeling of calcium aluminate cement hydration'', Chemical Engineering Science, 65: 5605-5614, (2010).
7. Pyatina T., Sugama T., ''Acid resistance of calcium aluminate cement-fly ash F blends'', Advances in Cement Research, 28(7), 433-457, (2016).
8. Sucu M., Delibaş T., ''Kalsiyum Alüminat Çimentosu Bazlı Tamir Harçları'', Türkiye Hazır Beton Birliği, Hazır Beton Dergisi, 88-94, (2015).

9. Lothenbach B., Scrivener K.L., Hooton R.D., ''Supplementary cementitious materials'', Cement and Concrete Research, 41, 1244-1256, (2011).
10. Juenger M.C.G., Siddique R., ''Recent advances in understanding the role of supplementary cementitious materials in concrete'', Cement and Concrete Research, 78, 71-80, (2015).
11. TS EN 196-1, ''Çimento deney metotları - Bölüm 1: Dayanım tayini'', Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, (2016).
12. ASTM C1012, ''Standard test method for length change of hydraulic-cement mortars exposed to a sulfate solution'', Annual Book of ASTM Standard, USA, (2015).
13. ASTM C 279, ''Standard Specification for Chemical-Resistant Masonry Units'' Annual Book of ASTM Standard, USA, (2017).
14. Mehta P.K., Monteiro P.J.M., ''Concrete Microstructure, Properties and Materials'', McGraw-Hill, 659p, (2006).
15. Neville A.M., ''Properties of Concrete'', Longman Group Limited, London, (2011).
16. Cohen M.D., Bentur A., ''Durability of Portland cement-silica fume pastes in magnesium sulfate and sodium sulfate solutions'' ACI Materials Journal, 85(3), 148-157, (1988).
17. George C., ''Industrial aluminous cements. Structure and performance of cements''. P. Barnes, London, Applied Science Publishers, 415-470, (1983).