Bio-based rheology modifying agents for cement-based materials

İnşaat sektöründeki son gelişmeler, çimento bazlı malzemelerin ileri üretim tekniklerinin olası uygulamasına olanak sağlamıştır. Bu tür beton üretimi, geleneksel betona göre üstün taze beton özelliklerine sahip yüksek performanslı beton karışımlarının (HPC) geliştirilmesine yol açmıştır. Yüksek performanslı beton tasarımı homojenlik, akışkanlık ve yüksek işlenebilirlik gibi taze beton özellikleri gerektirir. Bu özellikler çimento hamurunun doğal reolojik özelliklerine dayanarak elde edilemez. Betonda ayrışmaya ve terlemeye neden olmadan akışkanlığı arttırmak çeşitli kimyasal ve mineral katkı maddeleri kullanılarak elde edilebilir. Bu katkı malzemeleri genel olarak dağıtma gücü yüksek akışkanlaştırıcılar (HRWR), süperakışkanlaştırıcılar ve viskozite düzenleyici katkı malzemelerinin (VDK) gibi reoloji düzenleyici katkı malzemeleri olarak adlandırılabilir. Sentetik reoloji düzenleyici katkı malzemelerinin listesi geniş olmakla birlikte, welan sakızı ve diutan sakızı gibi biyolojik bazlı doğal polimerler VDK olarak çimento bazlı malzemelerde kullanılmaktadır. Bu katkı malzemeleri sadece akma gerilimini arttırarak reolojik performansı arttırmakla kalmaz, aynı zamanda çimento bazlı sistemlerde kararlılığın (stabilizasyonun) ve ayrışma direncinin de artmasını sağlarlar. Bahsedilen biyolojik bazlı polimerler uzun polisakkarit molekül yapısına ve yüksek molekül ağırlığına sahiptir ve bu sayede su tutma oranını arttırırlar. Son dönemlerde yapılan çalışmalar bakteri hücrelerinden elde edilen hücre dışı polisakkaritlerin ve bakteri hücre duvarlarının da alternatif VDK olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Daha önceki çalışmalarda Sporosarcina pasteurii, Bacillus megaterium, Bacillus subtilis ve Peanibacillus polymxa türlerinin optimum dozajlarda kullanıldığında düşük su/çimento karışımlarında hem akma gerilimini hem de viskoziteyi attırabileceği gösterilmiştir. Ancak su-çimento oranı 0.45'ten daha yüksek olması durumda hücrelerin VDK olarak verimi neredeyse ortadan kalkmıştır. Bu tez çimento esaslı malzemelerde özellikle yüksek derecede akışkan karışımlar için biyolojik bazlı viskozite düzenleyici katkı malzemesi (VDK) geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bu hedefte iki farklı yaklaşım izlenmiştir. İlk olarak Peanibacillus polymxa ve Bacillus amyloliquefaciens türleri tarafından oluşturulan bakteri hücreleri ve biyofilmler, biyolojik bazlı VDK olarak kullanılmıştır. Daha sonra iki bileşenli biyolojik VDK üretilmesi amacıyla S.pasteurii hücreleri, diatomlu toprak, metakaolin, lületaşı ve ponza üzerine sabitlenmiştir. Süperakışkanlaştırıcı ve uçucu külün eklendiği karışımlar hazırlanmıştır ve farklı hücre ve biyofilm dozajları ile farklı su oranlarının etkisi incelenmiştir. Tasarlanan biyolojik VDK'lar reolojik analizler ve mini-yayılma testleri ile değerlendirilmiştir. 2 bileşenli katkı malzemesi içeren harç numuneleri için basınç dayanımı testi uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar çimento hamurunun akma stresinin biyolojik bazlı VDK'ların eklenmesiyle arttırılabileceğini göstermiştir. 2 bileşenli biyolojik katkı malzemelerinin kullanımı, performanstan ödün vermeden çimento hamurunun reolojik performansının geliştirilmesine olanak sağlamıştır.