Toz ve emülsyon polimer katkılarının çimentolu harçların dayanım ve kılcallık özelliklerine etkisi

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.