POLİET ETİLEN GLİKOL KATKILI BETON DAYANIKLIĞININ ININ ARAŞTIRILMASI Nazım m DURMAZ-Bayram AYDIN Sunan:Nazım m DURMAZ 1
PROJENİN N AMACI: Çimento hamuru ve agrega taneleri arasındaki temas yüzeyi betonda en zayıf f halkadır.beton yarı gevrek bir malzeme olduğunadan unadan çekme dayanımı düşüktür.bu projedeki amacımız,bu en zayıf f halkayı güçlendirmek için in çimentoya su yerine su içinde i inde çözünd ndürülmüş PEG çözeltisi katılarak dayanıkl klılığını artırmakt rmaktır. r. Bu projede portland çimentosu çeşitli miktarlarda PEG ile karış ıştırılarak hazırlanan betonun akış ışkanlığı,kuruma,sertleşme,mukavemet me,mukavemet ve gözeneklilik( zeneklilik(porozite) ) yapısı araştırılacakt lacaktır. 2
GİRİŞ: Beton;çak akıl,kum gibi agrega denilen maddelerin bir bağlay layıcı madde ve su ile birleştirilmesinden meydana gelen inşaat sektörünün n en önemli ham maddelerinden biridir.betonu teşkil eden en önemli madde bağlay layıcı olan çimentodur. imentodur.çimento su ile kimyasal reaksiyona girerek agrega tanelerini bağlar. lar.agrega betonun yaklaşı şık k % 75 ini meydana getirir.[1-2] 3
İnşaatın n tipine göre g bazen betonda,su geçirmeyen,ses yalıtıml mlı,yangına,asit na,asit veya baza veya nükleer n radyasyona dayanıkl klı,terörist rist saldırılara lara karşı mukavemetli,sertleşmeyi meyi geciktirebilme bazen de çabuklaştırma veya ısı genleşme ve ısı geçirgenlik azaltma özelliği i olan özellikler aranabilir.[3-7] 4
Genelde betonun bu performans özelliklerini artırmak rmak için i in çimentoya kuru fazda katkı maddeleri katılmaktad lmaktadır.ancak katı maddeleri ne kadar karış ıştırılırsa rsa karış ıştırılsın n homojen bir karışı ışım m elde edilememekte ve karış ıştırma çimentonun maliyetini artırmaktad rmaktadır.ayrıca katkı maddeleri çimentoya önceden belirli oranlarda verildiğinden inden daha özellikli inşaat yapımlar mlarında daha fazla katkı madde koymak için i in çimento fabrikalarına özel sipariş verilmekte ve buda inşaat maliyetini artırmaktad rmaktadır. r. 5
Bu proje çimentoya su yerine su içinde i inde çözd zdürülmüş PEG polimeri çözeltisi kullanılarak larak gerçekle ekleştirilecektir. 6
7
Bu projede kullanılacak lacak polimer malzeme su fazında verileceğinden inden çimentoyla homojen bir karışı ışım sağlanacak ve çimento hamuru ve kum taneleri PEG ile bağlanacakt lanacaktır. Çalışmada kullanılan lan polimerik malzemenin çimento hamuru ve agrega taneleri arasındaki gözenekli g yapılar ları doldurarak betonun su geçirgenli irgenliğini ini azaltıcı,ses yalıtımı sağlay layıcı üstün özellikleri ayrıca polimerik malzemenin betonun çalışma koşullar ullarını da iyileştirici özellikleri olacağı düşünülmektedir. Örneğin projede çimento harcına katkı maddesi olarak katılacak PEG polimeri sayesinde özellikle kışk günlerinde betonun donmaması sağlanarak,in lanarak,inşaatların n sürmesine s imkan sağlanabilir. 8
YÖNTEM: Deneylerde kullanılacak lacak olan portland çimento kendi ağıa ğırlığının üç katı kadar ince kum ve çimentonun yaklaşı şık k yarısı oranında nda su katılarak çimento ve kum honojen bir karışı ışım m oluncaya kadar karış ıştırıldı. 9
Deneylerde kullanılacak lacak olan karışı ışım m miktarları aşağıda verilmektedir. Normal Çimento; 200 gram Çimento 600 gram kum ve 150 gram su PEG li Çimento; 200 gram Çimento 600 gram kum ve 150 gram su, 2 gram PEG PEG li Çimento; 200 gram Çimento 600 gram kum ve 150 gram su,4 garm PEG PEG li Çimento; 200 gram Çimento 600 gram kum ve 150 gram su,6 gram PEG 10
Kum içerisindeki i iri çakıl l taşlar larını uzaklaştırmak için i in ince gözenekli g süzgeç ve leğen en olmak üzere mutfak malzemeleri kullanıld ldı. 11
Sertleşme Testi : Bu test yoğurt kapları içerisine doldurulmuş olan beton üzerine harç donmadan 250 gram ve 500 gram ağırlıklar konarak ne kadar harç içerisine battıklar kları gözlendi. 12
Çivi ile Sertleşme Testi: 60 cm yükseklikten y içinde i inde harç bulunan kaba 6 cm uzunluğunda unda çivi bırakb rakılarak batma miktarları birer saat aralıklarla ölçüldü. Dokunma Kuruma Testi: Plastik tatlı kaplarına dökülen d her bir numunenin normal oda şartlarında üzerlerine parmakla bastırılarak parmak izlerinin beton üzerine çıkmadığı zaman dokunma kuruma zamanı olarak belirlendi. 13
Mukavemet Testi: Yoğurt kapları içerisine doldurulmuş olan tüm m numuneler aynı koşullarda 24 saat kurutulacaktır.kal r.kalıplardan çıkarılacak olan betonlar üzerine belirli mesafelerden 100 g, 250 g, 500 g ağıa ğırlıklar düşürülerek d kırılmaları incelenecektir.en düşük d ağırlıkta kırılan k numunenin mukavemeti en az olduğuna una karar verildi. 14
Porozite Testi Yoğurt kaplarına doldurulmuş ve 24 saat bekletilmiş numuneler dört d gruba ayrılacakt lacaktır.bu numuneler asit,baz ve su içerisine daldırılarak larak 15 dakika bekledikten sonra yüzeyleri y incelenerek fotoğraflar rafları çekildi. 15
BULGULAR : Parmak İzi İle Dokunma Kuruma Zamanı Sonuçlar ları. Dokunma kuruma test sonuçlar larışekil 1 de verilmiştir..dokunma kuruma testi sonuçlar larına göre en hızlh zlı kuruyan katkısız z beton olurken;en geç kuruyan ise 6 gram katkılı PEG li beton oldu. 16
17
Dokunma Kuruma Zamanı 6,00 5,00 zaman(saat) 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Normal beton 2g PEG li beton 4g PEG li beton 6g PEG li beton Karışımlar Şekil 1. Parmak izi ile dokunma kuruma zamanı sonuçları
Çivi İle Sertlik Kuruma Testi Çivi ile sertlik testi sonuçlar larışekil 2-52 arasında verilmektedir.peg katkı miktarı arttıkça a sertleşme hızıh azaldı. 19
20
Normal Beton Sertleşmesi çivinin betona batması(cm) 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 PÇ SERTLEŞMES MESİ 1 2 3 4 5 6 zaman(saat) Şekil 2. Portland çimentosuyla yapılan betonun çivi ile sertlik deney sonucu 21
2 g PEG Katkılı PÇ Sertleşmesi çivin in b eto n a b atm ası(cm ) 2 1,5 1 0,5 0 1 2 3 4 5 6 zaman(saat) Şekil 3. 2g PEG katkılı PÇ betonun çivi ile yapılan deney sonucu 22
2,5 4g PEG Katkılı PÇ Sertleşmesi çivinin betona batması(cm) 2 1,5 1 0,5 0 1 2 3 4 5 6 zaman(saat) Şekil 4. 4g PEG Katkılı PÇ Katkılı Betonun Çivi İle sertlik Deney Sonucu 23
6g PEG Katkılı PÇ Sertleşmesi çivinin betona batması(cm) 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 1 2 3 4 5 6 zaman(saat) Şekil 5. 6g PEG katkılı PÇ betonun çivi ile sertlik deney sonuc 24
Porozite Testi Porozite testinde tüm t örneklerin gözeneklilikleri g incelendi.dört gruba ayrılan beton örneklerinden biri ayrı tutulurken diğer üç örnekten biri aynı miktar saf su ile,biri %5 lik NaOH,di,diğeri de %5 lik HCl çözeltisi ile etkileştirildi.asidik tirildi.asidik ve bazik ortamına konan örneklerin yüzeylerindeki y porozite (gözeneklilşik)) miktarının n arttığı gözlendi.bu test sonucunda örneklere ait aşağıdaki resimler çekildi. 25
Şekil 7. Normal beton 26
Şekil 8.PEG li PÇ 27
Şekil 9. NaOH Çözeltisi Katkılı PEG li PÇ Örneği 28
Şekil 10. HCl Çözeltisi Katkıl PEG li PÇ Örneği 29
Mukavemet Testi Mukavemet testi sonucunda PEG katkılı örneklerin yüzeylerine y uygulanan kuvvete karşı normal betonun uygulanan kuvvete karşı daha iyi dayanım m gösterdig sterdiği belirlendi. 30
Dayanıklılık Testi 250 200 Ağırlık(g) 150 100 50 0 Normal Beton 2g PEGli Beton 4g PEGli Beton 6g PEG li Beton Şekil 11.. Mukavemet test sonuçlar ları
250 200 Ağırlık(g ) 150 100 50 0 Normal Beton 2g PEG li Beton 4g PEG li Beton 6g PEG li Beton Şekil 12. NaOH çözeltisindeki betonun mukavemet testi
250 200 Ağır l ık ( g ) 150 100 50 0 Normal Beton 2g PEG li Beton 4g PEG li Beton 6g PEG li Beton Şekil 13. HCl çözeltisindeki betonun mukavemet testi
BULGULAR VE TARTIŞMA Çivi testine göre g çimento harcına koyulan Polietilen glikol(peg) miktarı arttıkca sertleşme hızı azaldı.ortamdan suyun uzaklaşmas ması nekadar hızlı olursa hidratasyonda[4] o derece hızlı oldu ve sertleşme hızıh da artdı.. Ortama katılan katkı maddesi(peg) suyun ortamdan uzaklaşma hızınıh azalttığı ığından hidratasyonun oluşumunu umunu geciktirdiği i ve de sertleşmenin de geciktiği i düşünüldd ldü.ayrıca bu sonuç betonun dokunma kuruma testinde de gözlemlendi. g 34
Mukavemet testi sonucunda normal beton PEG katkı miktarı artan betona göre g daha iyi dayanım m gösterdi.bu g mukavemet testlerinde su,baz ve asit kullanıld ldı.baz (NaOH( NaOH) çözeltisi tüm t örnekleri ciddi biçimde imde etkiledi.bu nedenle mukavemet testinde en iyi netice su çözeltisinden alınd ndı.suyun ortamdan uzaklaşma hızıyla h hidratasyon arasında bir ilişki vardır.su r.su buharlaştığı zaman betonun içinde i inde bulunan moleküller ller arasında hidratasyon sonucu bağlar oluşmaktad maktadır.bu bağlar ların n bazılar ları hızlı bazılar ları ise geç oluşmaktad maktadır. r.çimentonun içinde i inde bulunan oksit bileşiklerinin iklerinin hızlh zlı hidratasyon oluşturan miktarı ise fazladır.ortama ikinci defa su ilavesi yapıld ldığında hidratasyonu geç olan bileşiklerde iklerde hidratasyonu tamamlama eğilimine e gideceği i için i in su içine i ine daldırılan lan örneklerde bu gözlemlenirken,asit ve baz çözeltileri içine i ine daldırılan lan örneklerde bu gözlemlenmedi. 35
Hidratasyonu geciktiren veya oluşumunu umunu engelleyen diğer bir sebep ise ortamda bulunan iyonlardır.ortamda r.ortamda ne kadar fazla iyon varsa hidratasyon da o miktarda az olur[3].inşaatlarda kullanılacak lacak olan deniz kumunun çıkarıldıktan sonra yıkanmasy kanmasının n nedeninin de bu olduğu düşünüldü.yani ortamdan tuzların n uzaklaştırılmas lması gerekmektedir.yani bazik ortama daldırılan lan numunelerin mukavemetinin asit ve su ortamına daldırılan lan numunelerin mukavemetinden daha az olduğunun unun nedeni anlaşı şılmış olur. PEG katkılı bileşiklerin iklerin mukavemetinin daha düşük d çıkmasının n sebebi ise ortamdan uzaklaşan an suyun hızının h n biraz daha düştüğüd ve yavaş hidratasyon yapan bileşiklerin iklerin bağ oluşturmas turmasına bir katkı sağlamad lamadığı sonucuna varıld ldı. 36
Asidik ortam tüm t örneklerde yüzeydeki y porozite miktarını artırd rdı.porozite testleri için i in numune belirli ön n işlemlerden i geçirilmektedir[1]. irilmektedir[1].porozite test cihazımız z olmadığı için in örnekler ön işlemlerden geçirilmedi.asidik ortama konulan numunelerde yüzeyi y kaplayan çimento atıklar klarının n ortamdan uzaklaştığı için in yüzey y temizlenmiş ve daha gözenekli g bir yapının görünmesi sağlanm lanmıştır.buradan porozite testlerinde numunede ön n işlemlerin i ne kadar gerekli olduğu u sonucu çıkarıldı. 37
SONUÇ VE ÖNERİLER PEG katkısı çimentonun kuruma süresini s uzatır.bunun nedeni hidratasyonun yavaş oluşmas masından kaynaklandığı sonucuna varıld ldı. Polimerin çimentoda katkı maddesi olarak kullanılmas lması gözenekli bir yapı oluşumunu umunu sağlam lamış ve bu durumun hava akımının oluşmas masına imkan sağlayarak,sa layarak,sağlık k açısından a daha faydalı olacağı kanaatine varıld ldı. 38
Betonda yanma denilen olayın n engellenmesi için i in PEG katkısının n bu sürece s olumlu etki edeceği düşünülmektedir. PEG katkılı beton asit ve baz ile temasında tuz oluşumu umu gerçekle ekleştiğinden inden betonun dayanıkl klılığıığı azaldığı söylenebilir.bundan dolayı betonun asit ve bazdan uzak tutulması gerekmektedir. 39
İnşaat sektöründe kullanılacak lacak olan kum deniz kumuysa veya içinde i inde tuz bulunduruyorsa yıkanmasy kanması önerilmektedir. Çimento harcına PEG in direkt etkilerini gözlemlemek için i in sadece PEG katarak uzun süreli s bir seri deney yapılmas lması önerilebilir. 40
TEŞEKK EKKÜRLER Kimya Bilim Danış ışmanlığı Çalıştayını düzenleyen TÜBİTAKT TAK- BİDEB e,okulunu bizlere bütün b n imkanlarıyla açan a an başta okul müdürümüz z olmak üzere Çanakkale Fen Lisesi nin bütün b personeline,bu çalıştaya katılmam lmamızda bizlere destek veren İl l Milli Eğitim ve okul müdürlerimize,kimya m Çalıştayı Koordinatörü değerli erli hocamız z sayın n Doç Dr. Mehmet AY a,bu projeyi hazırlamam rlamamızda hiçbir emeğini esirgemeyen danış ışman hocamız z sayın Doç.Dr.Dr. İsmet KAYA ya ya,çalıştayda görev alarak çok değerli erli bilgilerini özveriyle bizlere aktarmaya çalışan saygı değer er hocalarımıza, za,çalışmalarımızda bize hertürl rlü desteği i ve morali veren sayın Dr.Gülen TÜRKER ve Semra KOÇA ya ve bizlerin bu günlere g gelmesinde çok büyük b k fedakarlıklar klar yapmış ailemize içten i şükranlarımızı ve teşekk ekkürlerimizi sunuyoruz. 41
KAYNAKLAR 1. Yapı Kimyasalları Kursu Ders Notları,www.,www.yapikimyasali.gen.tr 2. Wikipedia Ansiklopedisi,http//tr tr.wikipedia.org/.org/wiki/beton 3. M.A.Ta Taşdemir,F.B. Yüksek Performanslı Çimento Esaslı Compozitlerin Mekanik Davranışı ışı İTÜ Dergisi Mühendislik,Cilt:1,Sayı:2,125-144,Aralık k 2002. 4. www.it itüsözlük.com 42