Properties of polymer modified mortars and effects of fly ash and slag incorporation

Bu çalışmada, portland çimentosu, agrega ve polimer katkının birlikte kullanılması ile elde edilen polimer modifiye harçların özellikleri tanımlanmıştır. Kür koşullarının, katkı olarak kullanılan polimer türünün, uçucu kül ve cüruf gibi mineral katkıların polimer modifiye harçların özellikleri üzerine etkileri incelenmiştir. Ayrıca, aynı kür koşulları uygulanan polimer modifiye harçlar ile modifiye edilmemiş harçlar arasındaki mekanik ve durabilite özellikleri karşılaştırılmıştır. Polimer katkılı harçlarda çimento ve polimer katkının bir arada kullanılması ile normal harçlara göre farklı özellikler elde edilebilmektedir. Polimer modifiye harçların matris fazında hidrate olmuş çimento ile polimer katkının oluşturduğu film iç içe bulunmaktadır: Çimento hamuru agregalar arasındaki boşlukları doldururken, polimer fazı da kılcal boşlukları doldurur. Polimer modifiye harçların özellikleri polimer türü, polimer/çimento oranı, su/çimento oranı, kür koşulları gibi farklı parametrelere bağlıdır. Çalışma iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamadaki amaç polimer modifiye harçlar için en uygun kür koşulunun bulunmasıdır. İkinci aşamadaki amaç ise en uygun kür koşulu uygulanarak polimer türleri arasındaki farklılıkların incelenmesi ve optimum polimer oranının belirlenmesidir. Çalışma sırasında üç farklı marka, iki farklı tip (iki adet SBR polimer katkı, bir adet EVA polimer katkı) polimer katkı kullanılmıştır. Polimerler, Polimer-A (SBR), Polimer-B (SBR) ve Polimer-C (EVA) olarak isimlendirilmiştir. Polimer modifiye harçların mekanik ve dayanıklılık özellikleri kür koşullarına göre farklılık göstermektedir. Harcın bileşimde bulunan çimentonun hidratasyonu için su kürüne; polimer katkının harç içerisinde film oluşturulabilmesi için de hava kürüne ihtiyaç duyulmaktadır. Bu nedenle, polimer modifiye harçlara uygulanacak kür koşulunun hem su, hem de hava kürünü içermesi gerekmektedir. Polimer modifiye harçlar için en uygun kür ortamının belirlenmesi amacıyla, 5%, 15% ve 25% SBR polimer katkı (Polimer A)/bağlayıcı oranında numuneler hazırlanmış ve numunelere beş farklı kür koşulunda toplam 28 gün kür uygulanmıştır. Kür koşulları #0 ~ #4 arasında numaralandırılmıştır. Kür koşulları sadece su kürü (#0), sadece hava kürü (#1), su ve buhar kürü (#2), buhar ve hava kürü (#3) ve su ve hava kürü (#4) olarak gruplandırılmıştır. Polimer-A kullanılarak üretilen polimer modifiye harçlar üzerinde ilk aşama deneyleri yapılmıştır. İlk aşama test sonuçlarına göre, polimer modifiye harçlar için en uygun kür koşulu belirlenmiş ve SBR polimer (Polimer B) ile EVA polimer (Polimer C) katkılar kullanılarak ikinci aşama karşılaştırmalı deneylere geçilmiştir. Çalışma için üretilen harçların etiketlendirilmesinde polimer modifiyesini, polimer tipini, polimer oranını, uygulanan kür koşulu ve mineral katkı durumunu gösteren bir etiketleme sistemi kullanılmıştır. Çalışma için üretilen tüm harçların işlenebilirliği yayılma tablası deneyi ile değerlendirilmiştir. Sertleşmiş beton özelliklerinin belirlenmesi için numuneler farklı kür koşullarına göre gruplandırılmış; toplam 28 gün kür uygulanan numunelere basınç ve eğilme dayanımı testleri uygulanmıştır. Her bir etiket için 3 adet 40x40x160mm boyutlarında dikdörtgen prizma harç üretilmiştir. Her bir etiket için 3 adet eğilme testi yapılmıştır. Eğilme testi sonucunda ikiye ayrılan prizmanın parçaları basınç testleri için kullanılmıştır. Eğilme testi sonucunda toplam 6 adet parça elde edilmiştir. Her bir etiket için toplam 4 adet basınç testi yapılmıştır. Geriye kalan iki parça durabilite özelliklerinin belirlenmesi için kullanılmıştır. Numunelerin durabilite özelliklerinin belirlenmesi için numuneler 60℃ sıcaklıktaki etüvde 48 saat bırakılmış ve numuneler soğuduktan sonra 24 saatlik kılcal su emme deneyleri yapılmıştır. Aynı çalışmada, uçucu kül ve cüruf katkısının polimer modifiye harçların özelliklerine etkisi de incelenmiştir. Bu amaçla, yalnız uçucu kül, yalnız cüruf veya uçucu kül ile cüruf karışımı, modifiye edilmemiş harçların toplam çimento miktarının %10'u, %30'u ve %50'si oranında karışımlara eklenmiştir. Mineral katkılı harçlar ve mineral katkılı polimer modifiye harçlar için de polimer katkılı harçlar ile aynı kür koşulları uygulanmış ve numunelerin özellikleri karşılaştırılmıştır. Birinci aşama testler sırasında, polimer katkının harçların işlenebilirliğini iyileştirdiği ve su ihtiyacını azalttığı gözlemlenmiştir. Bu nedenle, polimer modifiye harçlar ile aynı işlenebilirliği elde etmek amacıyla bazı numunelerin su/çimento oranı arttırılmıştır. Su/çimento oranı değiştirilen harçlar, polimer modifiye harçlar ile aynı kür koşullarında tutulmuş ve harçların özellikleri polimer modifiye harçların özellikleri ile karşılaştırılmıştır. Su/çimento oranı değiştirilen numuneler için "W" harfi kullanılmış ve bu numuneler de etiketleme sistemine dahil edilmiştir. Birinci aşama testler sonucunda, polimer modifiye harçlar için en uygun kür koşulunun, hem çimentonun hidratasyonunu ve hem de polimer film oluşumunu mümkün kılan 4'üncü kür koşulu (3 gün su + 25 gün oda ortamında kür) olduğu belirlenmiştir. Fakat aynı kür koşulları ve aynı polimer oranı kullanılmasına rağmen, farklı polimerle üretilmiş numunelerin dayanım ve kılcallık özelliklerinin aynı olmadığı belirlenmiştir. Bu sayede, harç özelliklerinin polimer katkısının tipine ve kür koşullarına göre değişiklik gösterdiği tespit edilmiştir. Polimer katkıların eğilme dayanımı arttırdığı gözlenmiştir. Eğilme dayanımındaki artışın nedeni olarak, polimer film tabakasının harç tabakasını güçlendirmesi önerilmiştir. Aynı zamanda, polimer katkıların basınç dayanımında düşmeye neden olduğu belirlenmiştir. Basınç dayanımındaki azalmanın nedeni olarak da harç içinde bulunan yumuşak polimerin davranışının beton içindeki boşlukların davranışına benzer olduğu önerilmiş ve bu davranış, basınç dayanımındaki azalmanın nedeni olarak gösterilmiştir. Polimer katkı kullanılmasının harçların durabilite özelliklerini iyileştirdiği belirlenmiştir. Numunelerinin kılcallığının polimer katkı kullanıldığı zaman azaldığı görülmüştür. Fakat dayanım özelliklerindeki duruma benzer şekilde, polimer modifiye harçların durabilite özelliklerinin polimer oranına, kür koşuluna ve polimer tipine bağlı olduğu gözlenmiştir. Genel olarak, EVA polimer ile hazırlanan numunelerin daha yüksek dayanıma; fakat SBR ile hazırlanan numunelerin de daha iyi kılcallık özelliklerine sahip olduğu belirlenmiştir. Bu durumun, farklı polimer katkıların hidratasyon kinetiği ve hidrat morfolojisi üzerindeki farklı etkilerinden dolayı ortaya çıktığı önerilebilir. Mineral katkının polimer modifiye harçların durabilite özellikleri üzerinde dikkate değer bir iyileştirme yapmadığı; aksine mineral katkının artan oranda karışıma katılmasının kılcallığı arttırdığı gözlemlenmiştir. İşlenebilirliğinin, polimer modifiye harçlarının işlenebilirliğine benzer olması için su/çimento oranı arttırılan numunelerin dayanım ve durabilite özellikleri incelenmiştir. Su/çimento oranı arttırılmış numuneler polimer modifiye harçlar ile karşılaştırıldığında aynı kür koşulları altında eğilme dayanımında %23 oranında azalma, basınç dayanımında %38 oranında azalma ve kılcallıkta ise yaklaşık 5 kat artış gözlemlenmiştir. Aradaki büyük farkın nedeni ise, su/çimento oranı arttırılan numunelerdeki artan kılcal boşlukların numune özellikleri üzerine etkileri olarak belirtilmiştir.