POLİ ETİLEN GLİKOL(PEG) KATKILI BETON DAYANIKLILIĞININ ARAŞTIRILMASI PROJENİN AMACI: Nazım DURMAZ-Bayram AYDIN Çimento hamuru ve agrega taneleri arasındaki temas yüzeyi betonda en zayıf halkadır.beton yarı gevrek bir malzeme olduğundan çekme dayanımı düşüktür.bu projedeki amacımız,bu en zayıf halkayı güçlendirmek için çimentoya su yerine su içinde çözündürülmüş PEG çözeltisi katılarak dayanıklılığının araştırılması amaçlanmıştır. Bu projede portland çimentosu çeşitli miktarlarda PEG ile karıştırılarak hazırlanan betonun,kuruma,sertleşme,mukavemet ve gözeneklilik (porozite) yapısı araştırılacaktır. GİRİŞ: Beton;çakıl,kum gibi agrega denilen maddelerin bir bağlayıcı madde ve su ile birleştirilmesinden meydana gelen inşaat sektörünün en önemli ham maddelerinden biridir.betonu teşkil eden en önemli madde bağlayıcı olan çimentodur.çimento su ile kimyasal reaksiyona girerek agrega tanelerini bağlar. Agrega betonun yaklaşık % 75 ini meydana getirir.[1-2] İnşaatın tipine göre bazen betonda,su geçirmeyen,ses yalıtımlı,yangına,asit veya baza veya nükleer radyasyona dayanıklı,terörist saldırılara karşı mukavemetli,sertleşmeyi geciktirebilme bazen de çabuklaştırma veya ısı genleşme ve ısı geçirgenlik azaltma özelliği olan özellikler aranabilir.[3-7] Genelde betonun bu performans özelliklerini artırmak için çimentoya kuru fazda katkı maddeleri katılmaktadır.ancak katı maddeleri ne kadar karıştırılırsa karıştırılsın homojen bir karışım elde edilememekte ve karıştırma çimentonun maliyetini artırmaktadır.ayrıca katkı maddeleri çimentoya önceden belirli oranlarda verildiğinden daha özellikli inşaat yapımlarında daha fazla katkı madde koymak için çimento fabrikalarına özel sipariş verilmekte ve buda inşaat maliyetini artırmaktadır. Bu proje çimentoya su yerine su içinde çözdürülmüş PEG polimeri çözeltisi kullanılarak gerçekleştirilecektir. n CH = CH H H H 2 SO 4, ısı C C OH OH OH OH n etilen glikol polietilen glikol 3
Bu projede kullanılacak polimer malzeme su fazında verileceğinden çimentoyla homojen bir karışım sağlanacak ve çimento hamuru ve kum taneleri PEG ile bağlanacaktır. Çalışmada kullanılan polimerik malzemenin çimento hamuru ve agrega taneleri arasındaki gözenekli yapıları doldurarak betonun su geçirgenliğini azaltıcı,ses yalıtımı sağlayıcı üstün özellikleri ayrıca polimerik malzemenin betonun çalışma koşullarını da iyileştirici özellikleri olacağı düşünülmektedir. Örneğin projede çimento harcına katkı maddesi olarak katılacak PEG polimeri sayesinde özellikle kış günlerinde betonun donmaması sağlanarak,inşaatların sürmesine imkan sağlanabilir. YÖNTEM: Deneylerde kullanılacak olan portland çimento kendi ağırlığının üç katı kadar ince kum ve çimentonun yaklaşık yarısı oranında su katılarak çimento ve kum honojen bir karışım oluncaya kadar karıştırıldı. Deneylerde kullandığımız karışım miktarları aşağıda verilmektedir. Normal Çimento; 2 gram Çimento 6 gram kum ve PEG li Çimento; 2 gram Çimento 6 gram kum ve PEG li Çimento; 2 gram Çimento 6 gram kum ve PEG li Çimento; 2 gram Çimento 6 gram kum ve 15 gram su 15 gram su, 2 gram PEG 15 gram su,4 garm PEG 15 gram su,6 gram PEG Kum içerisindeki iri çakıl taşlarını uzaklaştırmak için ince gözenekli süzgeç ve leğen olmak üzere mutfak malzemeleri kullanıldı. Sertleşme Testi : Bu test yoğurt kapları içerisine doldurulmuş olan beton üzerine harç donmadan 25 gram ve 5 gram ağırlıklar konarak ne kadar harç içerisine battıkları gözlendi. Çivi ile Sertleşme Testi: 6 cm yükseklikten içinde harç bulunan kaba 6 cm uzunluğunda çivi bırakılarak batma miktarları birer saat aralıklarla ölçüldü. Dokunma Kuruma Testi: Plastik tatlı kaplarına dökülen her bir numunenin normal oda şartlarında üzerlerine parmakla bastırıldı parmak izlerinin beton üzerine çıkmadığı zaman dokunma kuruma zamanı olarak belirlendi. 4
Mukavemet Testi: Numune kaplar içerisine dolduruldu tüm numuneler aynı koşullarda 24 saat kurutuldu.kalıplardan çıkarılan betonlar üzerine belirli mesafelerden 1 g, 25 g, 5 g ağırlıklar düşürülerek kırılmaları incelendi.en düşük ağırlıkta kırılan numunenin mukavemeti en az olduğuna karar verildi. Porozite Testi Numune kaplarına doldurulmuş ve 24 saat bekletilerek numuneler dört gruba ayrıldı.bu numuneler asit,baz ve su içerisine daldırılarak 15 dakika bekledikten sonra yüzeyleri incelenerek fotoğrafları çekildi. BULGULAR : Parmak İzi İle Dokunma Kuruma Zamanı Sonuçları. Dokunma kuruma test sonuçları şekil 1 de verilmiştir..dokunma kuruma testi sonuçlarına göre en hızlı kuruyan katkısız beton olurken;en geç kuruyan ise 6 gram katkılı PEG li beton oldu. 5
Dokunma Kuruma Zamanı 6, 5, zaman(saat) 4, 3, 2, 1,, 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 sonuçları şekil 2-5 arasında verilmektedir.peg katkı miktarı arttıkça sertleşme hızı azaldı. 6
PÇ SERTLEŞMESİ Normal Beton Sertleşmesi çivinin betona batması(cm) 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4,2 1 2 3 4 5 6 zaman(saat) Şekil 2. Portland çimentosuyla yapılan betonun çivi ile sertlik deney sonucu. 2 g PEG Katkılı PÇ Sertleşmesi çivinin betona batması(cm) 2 1,5 1,5 1 2 3 4 5 6 zaman(saat) Şekil 3. 2g PEG katkılı PÇ betonun çivi ile yapılan deney sonucu 7
2,5 4g PEG Katkılı PÇ Sertleşmesi çivinin betona batması(cm) 2 1,5 1,5 1 2 3 4 5 6 zaman(saat) Şekil 4. 4g PEG Katkılı PÇ Katkılı Betonun Çivi İle sertlik Deney Sonucu 6g PEG Katkılı PÇ Sertleşmesi çivinin betona batması(cm) 3 2,5 2 1,5 1,5 1 2 3 4 5 6 zaman(saat) Şekil 5. 6g PEG katkılı PÇ betonun çivi ile sertlik deney sonuc 8
Porozite Testi Porozite testinde tüm örneklerin gözeneklilikleri incelendi.dört gruba ayrılan beton örneklerinden biri ayrı tutulurken diğer üç örnekten biri aynı miktar saf su ile,biri %5 lik NaOH,diğeri de %5 lik HCl çözeltisi ile etkileştirildi.asidik ve bazik ortamına konan örneklerin yüzeylerindeki porozite (gözeneklilik) miktarının arttığı gözlendi.bu test sonucunda örneklere ait aşağıdaki resimler çekildi. Şekil 7. Normal beton Şekil 8.PEG li PÇ Şekil 9. NaOH Çözeltisi Katkılı PEG li PÇ Örneği 9 Şekil 1. HCl Çözeltisi Katkılı PEG li PÇ Örneği
Mukavemet Testi Mukavemet testi sonucunda PEG katkılı örneklerin yüzeylerine uygulanan kuvvete karşı normal betonun uygulanan kuvvete karşı daha iyi dayanım gösterdiği bulundu. Şekil 11. Mukavemet testi örnekleri Dayanıklılık Testi 25 2 Ağırlık(g) 15 1 5 Normal Beton 2g PEGli Beton 4g PEGli Beton 6g PEG li Beton Şekil 12. Mukavemet test sonuçları 1
25 2 Ağırlık(g) 15 1 5 Normal Beton 2g PEG li Beton 4g PEG li Beton 6g PEG li Beton Şekil 13. NaOH çözeltisindeki betonun mukavemet testi 25 2 Ağırlık(g) 15 1 5 Normal Beton 2g PEG li Beton 4g PEG li Beton 6g PEG li Beton Şekil 14. HCl çözeltisindeki betonun mukavemet testi BULGULAR VE TARTIŞMA Çivi testine göre çimento harcına koyulan Polietilen glikol(peg) miktarı arttıkca sertleşme hızı azaldı.ortamdan suyun uzaklaşması nekadar hızlı olursa hidratasyonda[4] o derece hızlı oldu ve sertleşme hızı da arttı. Ortama katılan katkı maddesi(peg) suyun ortamdan uzaklaşma hızını azalttığından hidratasyonun oluşumunu geciktirdiği ve de sertleşmenin de geciktiği düşünüldü.ayrıca bu sonuç betonun dokunma kuruma testinde de gözlemlendi. Mukavemet testi sonucunda normal beton PEG katkı miktarı artan betona göre daha iyi dayanım gösterdi.bu mukavemet testlerinde su,baz ve asit kullanıldı.baz (NaOH) çözeltisi tüm örnekleri ciddi biçimde etkiledi.bu nedenle mukavemet testinde en iyi netice su çözeltisinden alındı.suyun ortamdan uzaklaşma hızıyla hidratasyon arasında bir ilişki vardır.su buharlaştığı zaman betonun içinde bulunan moleküller arasında hidratasyon sonucu bağlar oluşmaktadır.bu bağların bazıları hızlı bazıları ise geç oluşmaktadır.çimentonun içinde bulunan oksit bileşiklerinin hızlı hidratasyon oluşturan miktarı ise fazladır.ortama ikinci defa su ilavesi yapıldığında hidratasyonu geç olan bileşiklerde hidratasyonu tamamlama eğilimine gideceği için su içine daldırılan örneklerde bu gözlemlenirken,asit ve baz çözeltileri içine daldırılan örneklerde bu gözlemlenmedi. 11
Hidratasyonu geciktiren veya oluşumunu engelleyen diğer bir sebep ise ortamda bulunan iyonlardır.ortamda ne kadar fazla iyon varsa hidratasyon da o miktarda az olur[3].inşaatlarda kullanılacak olan deniz kumunun çıkarıldıktan sonra yıkanmasının nedeninin de bu olduğu düşünüldü.yani ortamdan tuzların uzaklaştırılması gerekmektedir.yani bazik ortama daldırılan numunelerin mukavemetinin asit ve su ortamına daldırılan numunelerin mukavemetinden daha az olduğunun nedeni anlaşılmış olur. PEG katkılı bileşiklerin mukavemetinin daha düşük çıkmasının sebebi ise ortamdan uzaklaşan suyun hızının biraz daha düştüğü ve yavaş hidratasyon yapan bileşiklerin bağ oluşturmasına bir katkı sağlamadığı sonucuna varıldı. Asidik ortam tüm örneklerde yüzeydeki porozite miktarını artırdı.porozite testleri için numune belirli ön işlemlerden geçirilmektedir[1].porozite test cihazımız olmadığı için örnekler ön işlemlerden geçirilmedi.asidik ortama konulan numunelerde yüzeyi kaplayan çimento atıklarının ortamdan uzaklaştığı için yüzey temizlenmiş ve daha gözenekli bir yapının görünmesi sağlanmıştır.buradan porozite testlerinde numunede ön işlemlerin ne kadar gerekli olduğu sonucu çıkarıldı. SONUÇ VE ÖNERİLER PEG katkısı çimentonun kuruma süresini uzatır.bunun nedeni hidratasyonun yavaş oluşmasından kaynaklandığı sonucuna varıldı. Polimerin çimentoda katkı maddesi olarak kullanılması gözenekli bir yapı oluşumunu sağlamış ve bu durumun hava akımının oluşmasına imkan sağlayarak,sağlık açısından daha faydalı olacağı kanaatine varıldı. Betonda yanma denilen olayın engellenmesi için PEG katkısının bu sürece olumlu etki edeceği düşünülmektedir. PEG katkılı beton asit ve baz ile temasında tuz oluşumu gerçekleştiğinden betonun dayanıklılığı azaldığı söylenebilir.bundan dolayı betonun asit ve bazdan uzak tutulması gerekmektedir. İnşaat sektöründe kullanılacak olan kum deniz kumuysa veya içinde tuz bulunduruyorsa yıkanması önerilmektedir. Çimento harcına PEG in direkt etkilerini gözlemlemek için sadece PEG katarak uzun süreli bir seri deney yapılması önerilebilir. 12
TEŞEKKÜRLER Kimya Bilim Danışmanlığı Çalıştayını düzenleyen TÜBİTAK-BİDEB e, okulunu bizlere bütün imkanlarıyla açan başta okul müdürümüz olmak üzere Çanakkale Fen Lisesi nin bütün personeline, bu çalıştaya katılmamızda bizlere destek veren İl Milli Eğitim ve okul müdürlerimize, Kimya Çalıştayı Koordinatörü değerli hocamız sayın Doç Dr. Mehmet AY a, bu projeyi hazırlamamızda hiçbir emeğini esirgemeyen danışman hocamız sayın Doç.Dr. İsmet KAYA ya, çalıştayda görev alarak çok değerli bilgilerini özveriyle bizlere aktarmaya çalışan saygı değer hocalarımıza, çalışmalarımızda bize her türlü desteği ve morali veren sayın Dr.Gülen TÜRKER ve Semra KOÇA ya ve bizlerin bu günlere gelmesinde çok büyük fedakarlıklar yapmış ailemize içten şükranlarımızı ve teşekkürlerimizi sunuyoruz. 13
KAYNAKLAR 1. Yapı Kimyasalları Kursu Ders Notları,www.yapikimyasali.gen.tr 2. Wikipedia Ansiklopedisi,http//tr.wikipedia.org/wiki/Beton 3. M.A.Taşdemir,F.B. Yüksek Performanslı Çimento Esaslı Compozitlerin Mekanik Davranışı İTÜ Dergisi Mühendislik,Cilt:1,Sayı:2,125-144,Aralık 22. 4. www.itüsözlük.com 14