Silis dumanının portland çimento hidratasyonuna ve mekanik özelliklerine etkileri

İnşaat sektörü, nüfus artış oranına paralel olarak hızla büyümektedir. Bu büyümeyle birlikte beton ve betonun önemli bir bileşeni olan çimento ihtiyacı da her geçen gün daha fazla artmaktadır. Portland çimento üretimi küresel karbondioksit emisyonlarının %5-7'sinden sorumludur ve ekolojik dengeye önemli ölçüde zarar vermektedir. Ayrıca endüstride tüketilen enerjinin yaklaşık %5'i çimento üretimindendir. Bu yüzden hem ciddi çevresel endişeler hem de enerji maliyetlerini azaltmak için çimento üzerine araştırmalar yoğun olarak devam etmektedir. Bu araştırmalar özellikle endüstriyel atık olarak değerlendirilen puzolanik malzemelerin çimento ikame malzemesi olarak kullanılması üzerine yoğunlaşmaktadır. Bu malzemelerden biri olan silis dumanı, çimento ve betonun genel performansını önemli ölçüde arttırması sebebiyle en çok araştırılan yüksek kaliteli tamamlayıcı çimento malzemeleri arasında yer almaktadır. Bu çalışmada, silis dumanı ikameli çimentoların hidratasyon reaksiyonları ve mekanik özellikleri araştırılacaktır. Çalışmanın ilk bölümünde silis dumanı ve CEM I 42,5 R tipinde Portland çimentosunun fiziksel, kimyasal, mineralojik, moleküler ve mikro yapı karakterizasyonları tespit edilmiştir. İkinci aşamada Portland çimento içerisine ağırlıkça %0, %2,5, %5, %7,5 ve %10 oranlarında silis dumanı ikame edilerek 5 tip çimento hazırlanmıştır. Üçüncü aşamada bu çimentolarla üretilen hamurların standart çimento deneyleri ile su ihtiyaçları, priz süreleri ve hacim genleşmeleri belirlenmiştir. Dördüncü aşamada bu hamurların 28. gündeki hidratasyon mekanizmaları X-ışını kırınımı, fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi, eş zamanlı termal analiz, taramalı elektron mikroskobu ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi gibi ileri analitik tekniklerle incelenmiştir. Son aşamada 2., 7., 28. ve 90. günlerde çimento harçlarının basınç dayanımları belirlenmiştir. Sonuçlar, harçların basınç dayanımlarının tüm hidratasyon yaşlarında silis dumanı ikamesiyle iyileştirilebileceğini göstermiştir. Bu durum, nano boyutlu parçacıklara ve geniş yüzey alanına sahip silis dumanının, C3S ve C2S'nin hidratasyonunu ve kalsiyum silikat hidrat fazının oluşumunu desteklemesinden kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte silis dumanı ile serbest kireç reaksiyona girerek ilave kalsiyum silikat hidrat jeli oluşturarak çimentolu kompozitlerin mikro yapısını yoğunlaştırmış ve boşlukları azaltmıştır. Bu bulgular, silis dumanının Portland çimentosuna ikame edildiğinde, çevre dostu, uygun maliyetli ve sürdürülebilir bir çözüm sağlanabileceğini göstermektedir. Ayrıca %10 oranında silis dumanı ikamesi ile üretilecek çimentoların, bir üst dayanım sınıfı olan 52,5 R tip çimentonun tüm gereklerini karşıladığı standart deneyler sonucunda belirlenmiştir.