Silis dumanının portland çimento hidratasyonuna ve mekanik özelliklerine etkileri
Effects of silica fume on portland cement hydration and mechanical properties
- Tez No: 952604
- Danışmanlar: PROF. DR. YILMAZ KOÇAK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Düzce Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 74
Özet
İnşaat sektörü, nüfus artış oranına paralel olarak hızla büyümektedir. Bu büyümeyle birlikte beton ve betonun önemli bir bileşeni olan çimento ihtiyacı da her geçen gün daha fazla artmaktadır. Portland çimento üretimi küresel karbondioksit emisyonlarının %5-7'sinden sorumludur ve ekolojik dengeye önemli ölçüde zarar vermektedir. Ayrıca endüstride tüketilen enerjinin yaklaşık %5'i çimento üretimindendir. Bu yüzden hem ciddi çevresel endişeler hem de enerji maliyetlerini azaltmak için çimento üzerine araştırmalar yoğun olarak devam etmektedir. Bu araştırmalar özellikle endüstriyel atık olarak değerlendirilen puzolanik malzemelerin çimento ikame malzemesi olarak kullanılması üzerine yoğunlaşmaktadır. Bu malzemelerden biri olan silis dumanı, çimento ve betonun genel performansını önemli ölçüde arttırması sebebiyle en çok araştırılan yüksek kaliteli tamamlayıcı çimento malzemeleri arasında yer almaktadır. Bu çalışmada, silis dumanı ikameli çimentoların hidratasyon reaksiyonları ve mekanik özellikleri araştırılacaktır. Çalışmanın ilk bölümünde silis dumanı ve CEM I 42,5 R tipinde Portland çimentosunun fiziksel, kimyasal, mineralojik, moleküler ve mikro yapı karakterizasyonları tespit edilmiştir. İkinci aşamada Portland çimento içerisine ağırlıkça %0, %2,5, %5, %7,5 ve %10 oranlarında silis dumanı ikame edilerek 5 tip çimento hazırlanmıştır. Üçüncü aşamada bu çimentolarla üretilen hamurların standart çimento deneyleri ile su ihtiyaçları, priz süreleri ve hacim genleşmeleri belirlenmiştir. Dördüncü aşamada bu hamurların 28. gündeki hidratasyon mekanizmaları X-ışını kırınımı, fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi, eş zamanlı termal analiz, taramalı elektron mikroskobu ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi gibi ileri analitik tekniklerle incelenmiştir. Son aşamada 2., 7., 28. ve 90. günlerde çimento harçlarının basınç dayanımları belirlenmiştir. Sonuçlar, harçların basınç dayanımlarının tüm hidratasyon yaşlarında silis dumanı ikamesiyle iyileştirilebileceğini göstermiştir. Bu durum, nano boyutlu parçacıklara ve geniş yüzey alanına sahip silis dumanının, C3S ve C2S'nin hidratasyonunu ve kalsiyum silikat hidrat fazının oluşumunu desteklemesinden kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte silis dumanı ile serbest kireç reaksiyona girerek ilave kalsiyum silikat hidrat jeli oluşturarak çimentolu kompozitlerin mikro yapısını yoğunlaştırmış ve boşlukları azaltmıştır. Bu bulgular, silis dumanının Portland çimentosuna ikame edildiğinde, çevre dostu, uygun maliyetli ve sürdürülebilir bir çözüm sağlanabileceğini göstermektedir. Ayrıca %10 oranında silis dumanı ikamesi ile üretilecek çimentoların, bir üst dayanım sınıfı olan 52,5 R tip çimentonun tüm gereklerini karşıladığı standart deneyler sonucunda belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The construction sector is growing rapidly in parallel with the population growth rate. With this growth, the need for concrete and cement, which is an important component of concrete, is increasing day by day. Portland cement production is responsible for 5-7% of global carbon dioxide emissions and significantly harms the ecological balance. In addition, approximately 5% of the energy consumed in the industry is from cement production. Therefore, research on cement continues intensively in order to reduce both serious environmental concerns and energy costs. This research focuses especially on the use of pozzolanic materials, which are considered as industrial waste, as cement replacement materials. One of these materials, silica fume, is among the most researched high-quality supplementary cement materials due to its significant increase in the general performance of cement and concrete. In this study, the hydration reactions and mechanical properties of silica fume-substituted cements will be investigated. In the first part of the study, the physical, chemical, mineralogical, molecular and microstructure characterizations of silica fume and CEM I 42.5 R type Portland cement were determined. In the second stage, 5 types of cement were prepared by substituting silica fume into Portland cement at the rates of 0%, 2.5%, 5%, 7.5% and 10% by weight. In the third stage, water requirements, setting times and volume expansions of the pastes produced with these cements were determined by standard cement tests. In the fourth stage, the hydration mechanisms of these pastes on the 28th day were investigated by advanced analytical techniques such as X-ray diffraction, fourier transform infrared spectroscopy, simultaneous thermal analysis, scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. In the last stage, the compressive strengths of the cement mortars on the 2nd, 7th, 28th and 90th days were determined. The results showed that the compressive strengths of the mortars could be improved by substituting silica fume at all hydration ages. This is due to the fact that silica fume, with its nano-sized particles and large surface area, supports the hydration of C3S and C2S and the formation of calcium silicate hydrate phase. However, silica fume and free lime reacted to form additional calcium silicate hydrate gel, thus densifying the microstructure of cementitious composites and reducing voids. These findings show that when silica fume is substituted for Portland cement, an environmentally friendly, cost-effective and sustainable solution can be provided. In addition, it has been determined as a result of standard tests that cements produced with 10% silica fume substitution meet all the requirements of the 52.5 R type cement, which is a higher strength class.
Benzer Tezler
- Some properties of sement mortors containing blast furnace slag and silica fume
Yüksek fırın cürufu ve silis dumanlı harç karışımlarının bazı özellikleri
BURAK KIYICI
Yüksek Lisans
İngilizce
1997
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ASIM YEĞİNOBALI
- Properties and hydration of cementitious systems containing low, moderate and high amounts of natural zeolites
Düşük, orta ve yüksek miktarlarda doğal zeolit içeren bağlayıcı sistemlerin özellikleri ve hidratasyonu
BURAK UZAL
Doktora
İngilizce
2007
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. LUTFULLAH TURANLI
PROF. DR. HAYRETTİN YÜCEL
- Silis dumanı, uçucu kül ve yüksek fırın cürufunun bağlayıcı olarak çimento üzerindeki etkisinin incelenmesi
The Investigation of the effect of the silica fume, fly ash and blast furnace slag on the cement properties
TEKİN GÜVERCİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
İnşaat MühendisliğiAtatürk Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RÜSTEM GÜL
- Silis dumanının hazır betonda kullanımının optimizasyonu
Optimization use silica fume in ready-mixed concrete
MUSTAFA KAVAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2000
İnşaat MühendisliğiEskişehir Osmangazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER BEKİR TOPÇU
- Farklı kür koşullarının reaktif pudra betonlarının özelliklerine etkileri
The effects of different curing conditions on the properties of reactive powder concrete
BASHAR QASEM TAHA AL-HITY
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat MühendisliğiKastamonu ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASBİ YAPRAK