Influence of powder and emulsion polymer addition on strength and capillary properties of cement mortars
Toz ve emülsyon polimer katkılarının çimentolu harçların dayanım ve kılcallık özelliklerine etkisi
- Tez No: 517168
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA HULUSİ ÖZKUL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 203
Özet
Kum, çimento ve suyun karıştırılmasıyla oluşan harçlar iri agrega katılması durumunda beton adını almaktadır. Çeşidine çimento harcı veya beton denir. Harçlar gerek binaları sıvama ve gerekse taş, tuğla gibi malzemeleri bağlama amaçlı kullanılan yapı malzemeleridir. Harçlar ayrıca mevcut betonların üzerine koruyucu tabaka olarak da uygulanabilir. Diğer yandan harçları iri agrega içermeyen beton olarak görmek ve harçlar üzerinde yapılan deneylerden betonlar için de sonuçlar tahmin etmek mümkündür. En çok kullanılan yapı malzemelerinden biri betondur; Dünya'da sudan sonra en çok tüketilen madde olduğu bilinmektedir. Gerek baraj, kanal, köprü gibi su yapıları yanında yol, bina, ve diğer inşaat yapılarında kullanılır. Beton, içine çelik çubukların konulması ile betonarme sistemini oluşturur ve yapıların taşıyıcı elemanıdır. Ateşe dayanıklı olması, su geçirmezlik seviyesinin yüksek olması ve iyi bir ses yalıtım malzemesi olması açısından tercih edilmektedir. Uygun karışım oranlarını seçmek; ekonomi, işlenebilme, su geçirmezlik, mukavemet, dayanıklılık ve görünüş gibi özelliklerin dengeli elde edilmesini sağlar. Uygun kum ve iri agrega (iri kırmataş veya çakıl) bulunduğunda kolayca iyi kalitede beton elde edilebilir. Betonların çeşitli özelliklerini geliştirebilmek için uzun zamandır çalışmalar yapılmaktadır. Bunun için su-çimento, kum-çimento oranı gibi harcın temel malzemeleri değiştirilebileceği gibi; emülsiyon veya latex, akışkanlaştırıcı, süper akışkanlaştırıcı gibi polimer esaslı katkılar ve uçucu kül, yüksek fırın cürufu ve silis dumanı gibi mineral katkılarla özellikleri desteklenebilir. Polimerli betonlar bağlayıcı olarak çimentonun kullanıldığı, polimer, agrega ve su karışımlarıdır. Polimer modifikasyonlu harç ve sıva sistemleri, çimento bazlı sistemlerde görülen büzülme, terleme, farklı ısısal ortamlarda yavaş veya hızlı priz yapma özellikleri ortadan kaldırılmış ürün gruplarıdır. Su tutma, yüksek yapışma performansı, su geçirimsizlik veya eğilme gibi özelliklerle konvansiyonel malzemelerden ayrışırlar. Bunun yanında; yüksek su geçirimsizlik özellikleri sayesinde uzun ömürlü olmaktadırlar. Emülsiyon ya da lateks türü polimerler, betonda çimentonun yanında ikinci bir bağlayıcı faz oluşturur. Harcın iç yapısında bir film tabakası oluşturarak betonun yüksek fiziksel mekanik dayanıma ulaşmasına olanak tanıyabilir. Bazı polimerler süper plastikleştirici gibi davranıp, harçların yayılma oranlarını arttırarak, işlenebilirliğini geliştirebilirler. Polimer katkılı harçlar sadece mekanik performans sağlamak için değil bunun yanında kullanım ve uygulayış esnasında bakım maliyetlerini azaltmak için de kullanılmaktadır. Polimerlerin bu özellikleri ve polimer katkılı harçların modifikasyon yeteneği bu çalışmanın konusunda temel teşkil etmiştir. Bu tez çalışmasında, harçlara polimer katkısı ilave edilerek, ve bileşim parametreleri değiştirilerek betonun özelliklerinin nasıl değiştiği gözlemlenmeye çalışılmıştır. Çalışmada, her ikisi de Organik Kimya A.Ş. Firmasından temin edilmiş olan Vinil asetat-vinil versatat kopolimeri (toz ürün), ve emülsiyon polimeri olarak da akrilik esaslı polimer kullanılmıştır. VA/VeoVa koplimeri hidrofobik hidrokarbon gruplarına sahip tersiyer zincirli bir polimerdir. Bu durum monomerlere düşük yüzey gerilimi ve hidrofobik bir yapı sağlar. Bu hidrofobik yapısı, yapı malzemesi olarak kullanılmasına olanak sağlamaktadır. Bunun yanında VA/VeoVA kopolimeri UV ışığının altında bozunmaz. Araştırmalar, VA / VeoVa polimerinin çimento harçlarının fiziksel ve mekanik özellikleri üzerinde olumlu etkileri olduğunu, büzülme oranını düşürdüğünü ve çimento harcı hidrofobikliğini ve su geçirimsizliğini geliştirdiğini göstermektedir. Akrilik emülsiyon polimerler genellikle boya ve kaplama sanayinde kullanılırlar. Akrilik esterler ve metakrilik esterler oldukça farklı özelliklere sahiptir. Polimerdeki bu esterlerin miktarı, film oluşumu sırasında malzeme özelliklerini, sertliği, esnekliği, kimyasal direnci ve seviyelendirmeyi belirler. Bu özelliklerinden dolayı; bu polimerler tekstil, yapıştırıcı, baskı mürekkepleri, kağıt kaplama ve inşaat sektörlerinde kullanılabilirler. Bunun yanı sıra; su-çimento oranı kriteri harçlar ve betonlar için en önemli dayanım parametrelerinden biri olduğu için; bu kriter baz alınarak çalışmalar yapılmıştır. Çimentonun hidratasyon reaksiyonu için suya ihtiyaç vardır. Hidratasyon ürünleri agregaların (kum ve iri agregalar) bağlanmasına olanak tanıyıp, mekanik özelliklerinin artmasına sebep olur. Fakat çimentonun hidratasyonu için gereken miktardan fazla su kullanılmış ise, bu su zamanla buharlaşmakta ve geriye boşluklar bırakmaktadır. Bu boşluklar, betonun mekanik dayanımının düşük olmasına sebep olmaktadır. Betonun içerisinde ne kadar boşluklu yapı var ise o kadar dayanımı az ve geçirimliliği fazla demektir. Harç içerisinde su miktarı boşluklu yapı oluşmasını oldukça etkilemektedir. Bundan dolayı; bu çalışmada araştırılan parametrelerden bir tanesi de su-çimento oranıdır. Bu tezde; her iki polimer için, %0 %5, %10, %15 polimer-çimento oranlarında ve %50, %55, %60 su-çimento oranlarında harçlar hazırlanarak üretimler yapılmıştır. Üretim yapılırken ilk etapta şahit numunler hazırlanmış su ve hava kürüne tabi tutulmuştur. Üretim yapıldıktan sonraki kür koşulları çimento-polimer kompozitleri için önemlidir. Hem su hem hava kürüne ihtiyaç vardır. Çünkü harç içindeki çimentonun hidrate olabilmesi için su kürüne; yine polimer katkının harç yapısında film olusturulabilmesi için de hava kürüne gereksinim duyulmaktadır. Bu nedenle, çimento-polimer kompozitleri önce 3 günlük su kürüne ve ardından 56 gün hava kürüne bırakılmıştır. 56 günün sonunda numunelere mekanik testler yapılmıştır. Taze harç hazırlanırken yayılma (çökme) testine tabi tutulmuş, üretimlerde test sonucu göz önünde bulundurulmuştur. Çökme deneyi harcın işlenebilirliği, kıvamı ve viskozitesi hakkında fikir vermektedir. Bunun yanında, hava içeriğinin hesaplanabilmesi için, her üretimden sonra birim ağırlıkları hesaplanmıştır. Su-çimento oranı arttıkça, yayılma-çökme miktarının arttığı ve dolayısı ile harcın işlenebilirliğinin arttığı gözlemlenmiştir. Yanısıra; polimer-çimento oranı arttıkça hava içeriğinin azaldığı ve boşluklu yapının önüne geçildiği görülmüştür. Fakat; polimer-çimento oranı arttıkça hava içeriğinin daha fazla düştüğü görülmüştür. Bu tezde ASTM C-1439 ve TS EN 196-1 standartları temel alınmıştır. Deney numuneleri üretilirken 40x40x160 mm³ kalıplar kullanılmıştır. Taze harç kalıplara döküldükten 24 saat sonra numuneler çıkarılmış ve belirlenen kür programı uygulanmıştır. Polimer katkılı beton üretilirken su tutma oranının da yüksek olması beklenmiştir. Bunu ölçmek için hem şahit numunelere hem de polimerli harçlara su tutma testi yapılmıştır. Su tutma önemli bir özelliktir, harç işlenebilirliği ve harç-tuğla yapışmasını etkiler. Betonun su tutma özelliği ne kadar fazla ise, içerisinde boşluklu yapı oluşma özelliği o kadar azdır. Su tutma testi için DIN 18555 standartı kullanılmış olup; bunun sonucuna göre; polimerli harçların su tutma yüzdesi polimer oranı arttıkça yükselme eğilimindedir. Ayrıca; emülsyon polimerin, toz polimere oranla su tutma özelliğinin daha fazla olduğu gözlemlenmiştir. Diğer yandan; numunelere kür programının ardından mekanik özelliklerini ölçmek için, eğilme ve basınç, geçirimsizlik özellikleri için kılcallık ve su emme testleri yapılmıştır. Öncelikle tüm numunelere eğilme dayanımı deneyi yapılmıştır. Her bir kalıptan elde edilen üç tane numuneden, eğilme dayanımı testi sonucunda toplam 6 tane parça oluşmuştur. Buradan elde edilen numunelere ise basınç dayanımı ve kılcallık deneyleri yapılmıştır. Eğilme dayanımı deney sonuçlarında görülmüştür ki; her iki polimer katkının da (hem emülsiyon hem de toz polimerde) eğilme dayanımını arttırdığı gözlemlenmiştir. Eğilme dayanımındaki bu artışın nedeni, polimer film tabakasının, beton tabakasını kuvvetlendirmesi olarak yorumlanmıştır. Bunun yanında; basınç dayanımları test sonuçlarına göre; polimer modifiye harçların basınç dayanımını düşürdüğü gözlemlenmiştir. Bunun sebebi ise, harç içindeki yumuşak dokulu polimer katkının, betonun içindeki hava boşluklarına benzer davranış göstererek basınç dayanımını azalttığı yönünde yorumlanmıştır. Kılcallık deneyi yapılmadan önce numuneler 55℃ sıcaklıkta 48 saat etüvde bırakılmıştır. Etüvden çıkarılıp soğuduktan sonra sadece 40x40 cm'lik kısmı su ile temas edecek şekilde, diğer yan yüzeyler 10 mm yükseklikte parafinlenmiştir. 64 dakikalık kılcallık testi yapılmıştır. Kılcallık deneyinden sonra, örneklere 48 saatlik su emme testi uygulanmıştır. Her bir karışım için birim alandan emilen suyun zamanın kare köküne göre değişimi çizilmiş ve kılcallık katsayıları hesaplanmıştır. Harçların kılcallık deney sonuçlarına polimer katmanın etkisini görebilmek için; kapilerite katsayısının P/C oranı ile değişimi çizilmiştir. Bunun sonucuna göre; polimer katkıların kılcallık ve su emme üzerine olumlu etkisi olduğu, bunun yanında toz polimerin emulsiyon polimere oranla daha iyi kılcallık özelliklerine sahip olduğu görülmüştür. Harçlara polimer eklenmesine karşın, toz ve emülsiyon polimer sonucunda farklılık olmasının sebebi, farklı polimer katkıların hidratasyon morfolojisi ve hidratasyon kinetiği üzerindeki etkisinden olabilir. Bunun yanında, hem toz polimer hem de emülsiyon polimer için W/C oranı daha düşük olan harçların kılcal su emme ve su emme miktarlarının daha düşük olduğu görülmüştür. Bunun nedeni ise su/çimento oranı arttırıldıkça, oluşan boşlukların su geçirimliliğini arttırması olarak açıklanabilir.
Özet (Çeviri)
Mortars are mixtures of sand, cement, and water; the addition of a coarse aggregate converts a mortar into a concrete. The mortars are construction materials that are used for both plastering of buildings and aimed to binding of wall materials such as stone and brick. Mortars can also be used as a protecting layer over the casted concretes. Furthermore, mortars can be considered as a kind of concrete without coarse aggregate; for this reason, the experiments made on the mortars can also be used for prediction of concrete properties. Concrete is one of the most broadly used construction materials and it is the second the most consumed material in the World following the water. Concrete is used both in water constructions such as dams, canals, bridges and also in roads, buildings and other structures. Concrete, by inserting steel bars in it, forms reinforced concrete and it is the main load carrying part of the structures. Due to its good fire resistance, high level of waterproofing and good sound insulation, it is preferred material in the structures. Choosing the proper mixing proportions provides balanced properties such as economy, easy processability, waterproofing, strength, durability and appearance. Good quality concrete can be obtained easily when suitable sand and coarse aggregate (gravel or coarse crushed stone) are found. Studies have been carried out for years to develop the various features of concrete. Just as the basic materials proportions of the mortars, such as water-cement, sand-cement ratio can be changed; also these properties can be improved by emulsion, latex, plasticizer and superplasticizer, polymer-based admixtures, and also by mineral-based admixtures, such as, fly ash, blast furnace slag and silica fume. Polymer concrete, is a mixture of cement, polymer, aggregate and water, in which cement is used as a binder. Polymer modified mortar and plaster systems are product groups that removes the properties such as shrinkage which can be seen in cement based system, water bleeding, slow and quick initial setting on different thermal environments. They separate from conventional materials with some better properties such as water retention, high level adhesion performance, and waterproofing Furthermore; they can be longevity thanks to its high water proofing features. Emulsion or latex type polymer additives in mortars forms a second binding phase in addition to cement. It make possible to reaching the high physical mechanical strength of concrete by film formation in internal structure of mortar. Some polymers can be improve the workability through act as a superplasticizer and improving the flowing rate of mortars. Polymer added mortars are not only used to provide mechanical performance but also used to decrease the maintenance cost during usage and application. These properties of polymers and modification ability of polymer additives in mortars constitutes the basis on the subject of this study. It was studied to observe how the properties of mortars are changed with different mixing parameters and by by using polymer additives in mortars. The polymers were provided by Organik Kimya Inc. and Vinyl acetate-vinyl versatate copolymer was used as the powder polymer, and acrylic emulsion polymer was used as the emulsion polymer. The VA / VeoVa copolymer is an inverse chain polymer having hydrophobic hydrocarbon groups. This provides a low surface tension and a hydrophobic structure to the monomers. This hydrophobic structure makes it possible to use it as construction materials. Furthermore, The VA / VeoVa copolymers are not degrade under UV light. The studies show that VA / VeoVa polymer has good effects on physical and mechanical properties of cement mortars, reduces the shrinkage ratio and improve the hydrophobicity and waterproofing of cement mortar. Acrylic emulsion polymers are generally used in the paint and coating industry. Acrylic esters and methacrylic esters have quite different properties. The amount of these esters in the polymer, indicates the material properties, rigidity, flexibility, chemical resistance and leveling during film formation. Because of these features; these polymers can be used in textiles, adhesives, printing inks, paper coatings and construction sectors. Furthermore, because of water-cement ratio is one of the most important strength parameters for mortars and concrete, the studies were made based on this criteria. There is a need for water to the hydration reaction of cement. Hydration products causes the increasing of the mechanical properties by binding the aggregate particles (sand and coarse aggregates). However, if more water is used than the necessary amount for the hydration of cement, the extra water is get evaporated by the time leaving voids behind. These voids lower the mechanical strength of the concrete. How much porous structure exists in the concrete, it means the less strength and high permeability it has. The water content in the mortar greatly effects the formation of porous structures. Therefore, one of the parameters in this study investigated is the water-cement ratio. In this thesis, productions were made for both polymers at the polymer-cement ratios of %0, 5%, 10%, 15% and at the water-cement ratios of 50%, 55%, 60%, respectively. During the production, reference samples were prepared in the first phase and subjected to water and air curing. For cement-polymer composites curing conditions after production are important. There is needed both water and air curing. Because the cement in the mortar is needed water curing for hydration reaction and also needed to air curing for polymer additive to form a film in the mortar structure. For this reason, the cement-polymer composites were exposed to firstly water cure for 3 days followed by 56 days of air cure. At the end of 56 days, mechanical tests were done on the specimens. During the preparing of fresh mortars, it was subjected to flow (slump) test and test result took into account in productions. Slump test gives an idea about the workability, consistency and viscosity of mortar. Besides, in order to calculate the air content, the unit weights were determined after each production. As the water-cement ratio increases, it was observed that the percentage of flow-slump increases and therefore the workability of the mortar increases. As well as, it was understood that as the polymer-cement ratio increased, the air content decreased and the porous structure was prevented. But; it was seen that the air content percentage decreased moreover as the polymer-cement ratio increased. In this thesis, the tests were made in accordance with ASTM C-1439 and TS EN 196-1 standards. For the hardened state tests 40x40x160 mm³ molds were used. Specimens were removed from the molds 24 hours after the casting and the curing program is applied. It is expected that the rate of water holding property will be high when producing polymer added concrete. To measure this, water retention test was made for both reference samples and polymeric mortars. Water retention is important feature and effects the workability and the adherence between mortar and brick. How much water retention feature of concrete if there is, the less of feature of porous structure in it. DIN 18555 standard was used for water retention test; according to this test result, water retention percentage of polymeric mortars tends to increase as the polymer ratio increases. Also, it has been observed that the emulsion polymer has more water retention feature in comparison with the powder polymer. On the other hand; after the curing program, to measure the mechanical properties, flexural (bending) and compression, for impermeability properties, capillarity and water absorption tests were done on the samples. Firstly, the bending strength tests were done on three specimens for each mixture, and a total of 6 pieces were formed as a result of the flexural strength test. Compression and capillary tests were done on the specimens that were obtained from flexural test. According to flexural strength test; it was observed that both polymer additives (both emulsion and powder polymers) increased the flexural strength. The reason for this increasing in flexural strength is interpreted as, concrete internal structure is strengthened by the polymer film layer. Besides; according to the results of compression strength test; it was observed that the polymer addition into mortars reduced the compressive strength. The reason of this can be due to the soft-tissue polymer additive formed in the mortar that showing similar behavior to the air gaps in the concrete, reducing the compressive strength. Before the capillary tests were done, the specimens were kept in oven at 55°C temperature for 48 hours. After removed from the oven and cooled, only the surface of 40x40 mm part was contact with water and the side surfaces were paraffinized in 10 mm height from the bottom. Capillary test for 64 minutes was performed. After the capillary test, water absorption test for 48 hours was performed on the specimes. From each capillary water absorption test capillary coefficients were calculated from the plots of water absorption through unit area versus time. In order to see the effect of polymer addition on the capillary test; capillary was plotted with respect to P/C ratios. According to these results, polymer admixtures have a positive effect on capillary and water absorption, besides powder polymer has better capillarity properties than emulsion polymer. Although the polymer was added to the mortars, the reason of difference in emulsion and powder polymer result may be the effect of different polymer admixtures on the hydrate morphology and hydration kinetics. On the other hand, it was observed that capillary water absorption and water absorption of mortars which has lower W / C ratio for both powder polymer and emulsion polymer, were found to be lower. The reason for this can be attributed to the increased void contents, which increases the permeability, as the water / cement ratio increases.
Benzer Tezler
- Synthesis and characterization of multi-hollow opaque polymer pigments
Çok boşluklu opak polimer pigmentlerin eldesi ve özelliklerinin belirlenmesi
SERDAR ASMAOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNGÖR GÜNDÜZ
YRD. DOÇ. DR. BORA MAVİŞ
- Elma posası ve bu posadan elde edilen pektinlerinin mikrodalga fırında kurutulması ile oluşan değişimlerin incelenmesi
Başlık çevirisi yok
ELİF YARIMKAYA
- Film formation, morphological, optical and electrical percolation behaviors of PS/MWCNT and PS/GO nanocomposite films
PS/MWCNT and PS/GO nanokompozit filmlerinin film oluşum, morfolojik, optiksel ve elektriksel perkolasyon davranışları
BARIŞ DEMİRBAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞAZİYE UĞUR
- Effect of double emulsion technique and utilization of buttermilk powder as emulsifier on ice cream quality
İkili emülsiyon tekniği ve emülgatör olarak yayıkaltı tozu kullanımının dondurma kalitesi üzerine etkileri
ECE ÇELEBİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Gıda MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ TOPCU
PROF. DR. HAMDİ BARBAROS ÖZER
- Determination of physicochemical properties and hydrogelling ability of avocado seed proteins dried with different methods
Farklı yöntemlerle kurutulmuş avokado çekirdeği proteinlerinin fizikokimyasal özelliklerinin ve hidrojel oluşturma yeteneğinin belirlenmesi
BAKHTIYAR AZAD ABDULLAH ABDULLAH
Doktora
İngilizce
2024
Gıda MühendisliğiHarran ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KARAASLAN
