Yıl: 2020 Cilt: 11 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 419 - 430 Metin Dili: Türkçe DOI: DOI: 10.24012/dumf.617325 İndeks Tarihi: 16-10-2020

Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi

Öz:
Kalsiyum hidroksit (KH) betondaki ana hidratasyon ürünlerinden biridir. Büyük KH kristalleri betonda dahaboşluklu bir yapı oluşturur ve düşük yüzey alanı ve buna bağlı olarak zayıf van der Waals çekim kuvvetlerinedeniyle daha düşük aderans kapasitesine sahiptir. KH aynı zamanda en fazla çözünebilen hidratasyonürünüdür ve bu nedenle betonda zayıf bir halkadır. Hiper akışkanlaştırıcı katkı (HAK), kullanılacak dozajıile sadece çimento hamurunun reolojik davranışını değil, aynı zamanda hidratasyon karakteristiğini deetkileyen yeni nesil akışkanlaştırıcılardandır. Bu çalışmada, HAK dozajının betonun ara yüzey bölgesindekiKH kristallerinin boyutu üzerindeki etkisi araştırılmıştır.Bu bağlamda, üç farklı HAK dozajlı (%1, %1.25 ve %1.5) ve üç farklı Airi/A (iri agrega/tüm agrega) oranlı(%40, %50 ve %60) dokuz beton karışımı hazırlanmıştır. Betonun ara yüzey bölgesindeki KH kristallerininboyutu, taramalı elektron mikroskobu (TEM) ile alınan görüntüler aracılığıyla belirlenmiştir.HAK dozajının %1’den %1.25’e çıkarılması ara yüzey bölgesindeki KH kristallerinin boyutunu ortalama%21 oranında düşürmüş, %1.5’e çıkarılması ise ara yüzey bölgesindeki KH kristallerinin boyutunu ortalama%3.7 oranında arttırmıştır. Bununla birlikte, betonun Airi/A oranı arttıkça ara yüzey bölgesindeki KHkristallerinin boyutunun arttığı da tespit edilmiştir.HAK’ın uygun dozajda kullanılması ile ara yüzey bölgesindeki KH kristalleri daha küçük olan betonüretilebileceği görülmektedir. Bunun sonucunda da betonun fiziksel, mekanik ve dayanıklılığı ile ilgiliözelliklerine önemli bir katkı sağlanacağı açıktır.
Anahtar Kelime:

Effect of hyper plasticizer admixture dosage on size of calcium hydroxide

Öz:
Extended abstract Hyper plasticizer admixtures (HPA) are chemicals that improve the workability of the paste. They allow a lower water/cement ratio to be used for a given workability, resulting in higher-quality concrete. HPA affects not only the rheological behavior of cement paste, but also its hydration characteristic. The hydrated cement paste is composed of hydration products, pores and, some unhydrated clinker grains. Calcium hydroxide (CH) is one of the main hydration products. The others are calcium silicate hydrate (C–S–H) and calcium sulfoaluminates hydrates. CH constitutes 20 to 25 percent of the volume of solids in the hydrated cement paste (Mehta ve Monteiro, 2006). Microstructural observations reveal that concrete can be represented as a three-phase model: a bulk cement paste phase, an aggregate phase, and a phase linking these two, referred to as interfacial transition zone. This zone is up to 50 µm thick and surrounds the aggregate particles (Alexander and Mindess, 2005). Most important features that differentiate interfacial transition zone from bulk cement paste are larger pores and crystal dimensions; particularly of CH. The size of the crystals in the interfacial transition zone is a very important parameter that directly affects the macroscopic properties of concrete. Although many studies have been conducted on the effect of HPA dosage on the macroscopic properties of concrete, no studies have been conducted on the effect of HPA dosage on the size of CH crystals in the interfacial transition zone. In this study, the effect of HPA dosage on the size of CH crystals in the interfacial transition zone was investigated. In this context, nine concrete mixtures with three different HPA dosages (%1, %1.25 and %1.5) and three different Ac/A (coarse aggregate / whole aggregate) ratios (%40, %50 and %60) were prepared. The size of CH crystals in the interfacial transition zone of concrete was determined by scanning electron microscopy (SEM) images. It was determined that in all concrete specimens that have three different Ac/A ratios, increasing the dosage of HPA from %1 to %1.25 significantly decreased the size of CH crystals in the interfacial transition zone while increasing the dosage of HPA to %1.5 increased the size of CH crystals in the interfacial transition zone. On the other hand, the size of CH crystals in the interfacial transition zone was found to be increased when the Ac/A ratio of concrete was increased. The reason of this situation can be explained by the mechanism of cement hydration. One of the characteristics of concrete that make it such a useful material is the fact that there is almost no net change in volume as the cement paste hydrates. If this were not the case, it would be almost impossible to cast concrete structures in place since the size of the structure would change over time. Given the mechanism of cement hydration, which is that a layer of hydration product grows outward from the surface of each cement particle, one might expect that wherever two of these growing layers came into contact they would push the particles apart, causing the paste to expand. Fortunately, when the layers of hydration product from two adjacent cement particles come into contact, the CH and C–S–H phases stop growing in that particular direction. In this manner, CH forms as crystals with a wide range of shapes and sizes, depending primarily on the amount of space available for growth (Thomas and Jennings, 2009). In this sense, the cement particles in the interfacial transition zone are dispersed in such a way that less space is left between them by using HPA up to a certain dosage. The use of HPA over a given dosage is thought to increase the bleeding in the interfacial transition zone. The microstructure of a material depends on the way that it is processed, and the properties depend on the microstructure. Thus the microstructure provides a link between processing (how a material is made) and properties (how a material behaves). Large CH crystals form a more porous framework, and possess less adhesion capacity because of the lower surface area and correspondingly weak van der Waals forces of attraction. CH also is the most soluble of the hydration products, and thus is a weak link in concrete. By using the appropriate dosage of HPA, concrete with smaller CH crystals in its interfacial transition zone can be produced. This obviously makes a significant contribution to the physical, mechanical and durability properties of concrete.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • Aitcin, P.C., (2016). Portland cement, in Aitcin, P.C., Flatt, R.J., eds, Science and Technology of Concrete Admixtures, Elsevier Ltd., UK.
  • Alexander, M. ve Mindess, S., (2005). Aggregates in concrete, Taylor & Francis, USA.
  • Antoni, Halim, J.G., Kusuma, O.C. ve Hardjito, D., (2017). Optimizing polycarboxylate based superplasticizer dosage with different cement type, Procedia Engineering, 171, 752-759.
  • ASTM C 330-00, (2000). Standard specification for lightweight aggregates for structural concrete, American Standards, Philadelphia.
  • Bauchkar, S.D. ve Chore, H.S., (2018). Effect of PCE superplasticizers on rheological and strength properties of high strength self-consolidating concrete, Advances in Concrete Construction, Vol.6, 6, 561-583.
  • Belkowitz, J.S. ve Armentrout, D., (2010). An investigation of nano silica in the cement hydration process, Proceedings, Concrete Sustainability Conference, National Ready Mixed Concrete Association, USA.
  • Carde, C. ve François, R., (1997). Effect of the leaching of calcium hydroxide from cement paste on the mechanical and physical properties,
  • Cement and Concrete Research, 27, 539-550. Diamond, S., (2004). The microstructure of cement paste and concrete––a visual primer, Cement and Concrete Composites, 26, 919-933.
  • Gallucci, E. ve Scrivener, K., (2007). Crystallisation of calcium hydroxide in early age model and ordinary cementitious systems, Cement and Concrete Research, 37, 492-501.
  • Gönül,H., (2008). Bazalt skoriasının taşıyıcı yarı hafif beton üretiminde kullanımı, Doktora tezi, G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
  • Hernandez, N., Lizarazo-Marriaga, J. ve Rivas, M.A., (2018). Petrographic characterization of Portlandite crystal sizes in cement pastes affected by different hydration environments, Construction and Building Materials, 182, 541- 549.
  • Jun, S.D., (2008). Effect of a newly developed lignosulphonate superplasticizer on properties of cement pastes and mortars, Yüksek Lisans Tezi, National University of Singapore, Engineering Department of Civil Engineering, Singapore.
  • Kunther, W., Ferreiro, S. ve Skibsted, J., (2017). Influence of the Ca/Si ratio on the compressive strength of cementitious calcium–silicate–hydrate binders, Journal of Materials Chemistry A, 5, 17401-17412.
  • Liu, M., Lei, J., Guo, L., Du, X. ve Li, J., (2015). The application of thermal analysis, XRD and SEM to study the hydration behavior of tricalcium silicate in the presence of a polycarboxylate superplasticizer, Thermochimica Acta, 613, 54-60.
  • Marchand, J., Bentz, D.P., Samson, E. ve Maltais, Y., (2001). Influence of calcium hydroxide dissolution on the transport properties of hydrated cement systems in Skalny, J., Gebauer, J. ve Odler, I., eds, Material science of concrete, special volume: Calcium hydroxide in concrete, The American Ceramic Society, 113-129, Westerville.
  • Marchon, D., Sulser, U., Eberhardt, A. ve Flatt, R.J., (2013). Molecular design of comb-shaped polycarboxylate dispersants for environmentally friendly concrete, Soft Matter, 9, 10719-10728.
  • Mehta P.K. ve Monteiro, P.J.M., (2006). Concrete - microstructure, properties, and materials, The McGraw-Hill Companies, Inc., USA.
  • Müller, T., Krämer, C., Pritzel, C., Bornemann, R., Kowald, T.L., Trettin, R.H.F. ve Bolívar, P.H., (2018). Influence of cocamidopropyl betaine on the formation and carbonation of portlandite – A microscopy study, Construction and Building Materials, 163, 793-797.
  • Sacki, T. ve Monteiro, P.J.M., (2005). A model to predict the amount of calcium hydroxide in concrete containing mineral admixtures, Cement and Concrete Research, 35, 1914-1921.
  • Shui, L., Yang, X., Sun, Z., Ji, Y., Yang, H. ve Luo, Q., (2016). Experimental evidence for a possible dispersion mechanism of polycarboxylate-type superplasticisers, Advances in Cement Research, Volume No.28, Issue No.5, 287-297.
  • Skalny, J., Gebauer, J. ve Odler, I., eds. (2001). Material science of concrete, special volume: Calcium hydroxide in concrete, The American Ceramic Society, Westerville.
  • Thomas, J.J. ve Jennings, H., (2009). Materials of cement science primer - The science of concrete, Northwestern University Infrastructure Technology Institute, USA.
  • TS EN 12390-1, (2002). Beton - Sertleşmiş beton deneyleri - Bölüm 1: Deney numunesi ve kalıplarının şekil, boyut ve diğer özellikleri, Türk Standartları, Ankara.
  • TS EN 12390-2, (2002). Beton - Sertleşmiş beton deneyleri - Bölüm 2: Dayanım deneylerinde kullanılacak deney numunelerinin yapımı ve küre tabi tutulması, Türk Standartları, Ankara.
  • TS EN 197-1, (2002). Genel çimentolar - Bölüm 1: Genel çimentolar - Bileşim, özellikler ve uygunluk kriterleri, Türk Standartları, Ankara.
  • TS EN 934-2, (2002). Kimyasal katkılar - Beton, harç ve şerbet için - Bölüm 2: Beton katkıları - Tarifler, özellikler, uygunluk, işaretleme ve etiketleme, Türk Standartları, Ankara.
  • Slamečka, T. ve Škvára, F., (2002). The effect of water ratio on microstructure and composition of the hydration products of Portland cement pastes, Ceramics − Silikáty, 46, 4, 152-158.
  • Wu, K., Shi, H., Xu, L., Ye, G. ve Schutter, D.G., (2016). Microstructural characterization of ITZ in blended cement concretes and its relation to transport properties, Cement and Concrete Research, 79, 243-256.
  • Yan-Rong, Z., Xiang-Ming, K., Zi-Chen, L., ZhenBao, L., Qing, Z., Bi-Qin, D. ve Feng, X., (2016). Influence of triethanolamine on the hydration product of portlandite in cement paste and the mechanism”, Cement and Concrete Research, 87, 64-76.
  • Ye, Q., Zhang, Z, Kong, D. ve Chen, R., (2007). Influence of nano-SiO2 addition on properties of hardened cement paste as compared with silica fume, Construction and Building Materials, 21, 539-545.
APA Çiçek H, Gönül İ (2020). Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi. , 419 - 430. DOI: 10.24012/dumf.617325
Chicago Çiçek Hatice,Gönül İsmail Ağa Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi. (2020): 419 - 430. DOI: 10.24012/dumf.617325
MLA Çiçek Hatice,Gönül İsmail Ağa Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi. , 2020, ss.419 - 430. DOI: 10.24012/dumf.617325
AMA Çiçek H,Gönül İ Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi. . 2020; 419 - 430. DOI: 10.24012/dumf.617325
Vancouver Çiçek H,Gönül İ Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi. . 2020; 419 - 430. DOI: 10.24012/dumf.617325
IEEE Çiçek H,Gönül İ "Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi." , ss.419 - 430, 2020. DOI: 10.24012/dumf.617325
ISNAD Çiçek, Hatice - Gönül, İsmail Ağa. "Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi". (2020), 419-430. https://doi.org/DOI: 10.24012/dumf.617325
APA Çiçek H, Gönül İ (2020). Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 11(1), 419 - 430. DOI: 10.24012/dumf.617325
Chicago Çiçek Hatice,Gönül İsmail Ağa Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi 11, no.1 (2020): 419 - 430. DOI: 10.24012/dumf.617325
MLA Çiçek Hatice,Gönül İsmail Ağa Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, vol.11, no.1, 2020, ss.419 - 430. DOI: 10.24012/dumf.617325
AMA Çiçek H,Gönül İ Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi. 2020; 11(1): 419 - 430. DOI: 10.24012/dumf.617325
Vancouver Çiçek H,Gönül İ Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi. 2020; 11(1): 419 - 430. DOI: 10.24012/dumf.617325
IEEE Çiçek H,Gönül İ "Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi." Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 11, ss.419 - 430, 2020. DOI: 10.24012/dumf.617325
ISNAD Çiçek, Hatice - Gönül, İsmail Ağa. "Hiper akışkanlaştırıcı katkı dozajının kalsiyum hidroksit boyutu üzerindeki etkisi". Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi 11/1 (2020), 419-430. https://doi.org/DOI: 10.24012/dumf.617325