Polimerle iyileştirilmiş harçların farklı kür koşulları ve yüksek sıcaklık etkisi altında mekanik davranışlarının incelenmesi

Abstract

Polimer teknolojisindeki gelişmelerle ucuzlayan ve yaygınlaşan polimerler, günümüzde çeşitli yapısal uygulamalarda da oldukça sık kullanım alanı bulmaya başlamıştır. Polimer katkılar, betonun fiziksel ve mekanik özelliklerini iyileştirmektedirler. Ayrıca polimer katkılar harçların donma-çözülme direnci, asit direnci, sülfat direnci gibi dayanıklılık özelliklerini de attırarak daha uzun ömürlü bir beton elde edilmesini sağlamaktadır. Bununla birlikte yüksek ısı etkisinde ergiyerek betona kavlanma gibi zararlı etkilere karşı katkı sağlaması beklenir. Öte yandan, polimer malzemenin polimerleşebilmesi için kuru ortama, betonun ise hidratasyonu için suya ihtiyaç duyması bu kompozitler için önemli bir sorunu teşkil etmektedir. Bu bağlamda oluşan bu çalışma iki ana kısımdan oluşur. Birinci kısmında farklı koşullarda kür edilen polimerle iyileştirilmiş harçların mekanik ve fiziksel özellikleri incelenerek en uygun kür şartı belirlenmiştir. Bunun için 3 farklı polimer (MAD (Modifiyeli Akrilik Dispersiyon), PÜ (Poliüretan), SBR (Stiren Butadiyen Kauçuk)) çimento harçlarına 5 farklı oranda (%0, %5, %10, %15, %20) katılarak numuneler hazırlanmıştır. Daha sonra hazırlanan numuneler, 3 farklı kür (1. Kür: Günde iki kez dışarıda sulama, 2. Kür: 16 saat suda 8 saat dışarıda, 3. Kür: 1 gün suda bir gün dışarıda) koşulunda 28 gün boyunca kür edildikten sonra mekanik özelliklerinin değişimi gözlemlenmiştir. İkinci kısmında ise birinci kısımda belirlenen kür koşulu ile kür edilen numunelerin yüksek ısı dirençleri gözlemlenmiştir. Yüksek ısı deneyleri kapsamında mevcut 3 farklı polimer (MAD, PÜ, SBR) malzeme çimento hamurlarına 5 farklı katkı oranında (%0, %5, %10, %15, %20) katılarak numuneler hazırlanmıştır. Daha sonra bu numuneler 28 gün boyunca birinci kısımda belirlenen kür koşulu ile kür edildikten sonra 4 farklı sıcaklığa (21 °C, 100 °C, 200 °C ve 250 °C) tabi tutulmuştur. Belirtilen sıcaklıklara bir saat maruz kalan numunelerin mekanik özelliklerinin değişimi gözlemlenmiştir. Ayrıca polimerle iyileştirilmiş harçların fiziksel özelliklerinin değişimini incelemek için petrografik özellikleri, su emme, su işleme derinliği ve birim kütleleri de belirlenmiştir. Çalışmadan elde edilen en önemli bulgular özetlenecek olunursa; öncelikle fiziksel özellikler dikkate alındığında, polimer katkıların numunelerin su emme oranını ve su işleme derinliğini önemli ölçüde düşürdüğü tespit edilmiştir. Çalışmanın birinci kısmından elde edilen sonuçlar doğrultusunda polimer katkılı taze harç numunelerinin su ile teması arttıkça mekanik özelliklerinin düştüğü gözlemlenmiştir. Bu sonuç doğrultusunda en uygun kür koşulu su ile temasın en az olduğu 1. Kür Koşulu olarak belirlenmiştir. Genel olarak polimerle iyileştirilme harcın basınç dayanımını azaltırken eğilme dayanımı ve yüksek sıcaklık direncini olumlu yönde etkilemiştir. Sonuç olarak, kullanılan polimer türlerinden SBR ve MAD harçların özellikleri üzerinde olumlu bir etki gösterirken, PÜ ise tüm şartlar altında olumsuz sonuçlar göstermiştir. En yüksek sıcaklık (250 °C) için en iyi performansı SBR polimeri göstermiştir. 250 °C sıcaklığa maruz kalması sonucunda katkısız numunelerle kıyaslandığında %15 SBR katkılı harçların, eğilme dayanımı %42, sehimi %15, basınç dayanımı %21 daha yüksek çıkarak oldukça olumlu sonuçlar vermiştir.

Polymers getting cheaper and popular nowadays by developing polymer technology have been started to find widely using area in structural application. Polymer additives enhance physical and mechanical properties of the concrete. In addition, polymer additives contribute concrete for durability by increasing resistance of concrete against such as acid attack, freeze-thaw cycles and sulphate attacks. In addition, it is supposed to contribute to concrete by melting under high temperature against detrimental effects like spalling. However, due to fact that polymers needs dry condition for its polymerization and concrete needs wet condition for its hydration occurs important problem for these composites. This study was constituted from two main parts. In the first part of the study, the optimum cure conditions of polymer modified cement mortars are determined by investigating mechanical and physical properties of specimens cured under different condition. For this objective, 3 different polymer additives (MAD (Modified Acrylic Dispersion), PU (Polyurethane),SBR (Stiren Butadien Rubber)) are added to mortars in five different ratios (0% (reference), 5%, 10%, 15% and 20%) by cement mass. Then, these polymers are cured under 3 different conditions (1. Cure condition: Watering twice a day, 2. Cure condition: 16 hours in the water-8 hours out, 3. Cure condition: One day in the water-one day out) during 28 days, and the mechanical properties of mortars is investigated. In the second part of the study, the mortars are cured under the cure condition ascertained in first section during 28 days and high temperature resistance is investigated. The mortars are prepared with 3 different polymers (SBR, MAD and PU) in 5 different ratios (0%, 5%, 10%, 15% and 20%) for high temperature tests. Then, these mortars are cure with ascertained cure condition during 28 days and the mortars are exposed 4 different temperatures (21 °C, 100 °C, 200 °C and 250 °C). Changes in mechanical properties of mortars exposed to stated temperatures for an hour are investigated. Besides, water absorption, depth of penetration of water under pressure, specific mass and petrographic properties of mortars are investigated for observing changes in physical properties of polymer modified mortars. The most important results found from the study are summarized; when considering the physical properties, polymer additives reduced water absorption and depth of penetration of water under pressure of mortars dramatically. In the first part of the study, it is investigated that mechanical properties of polymer modified mortars decreased while increasing its water curing. According to this result, the optimum cure condition is determined as 1. Cure Condition. In general, polymer modification decreases a little the compressive strength of the mortar, however increases the flexural strength and high temperature resistance of the mortars importantly. As a result, SBR and MAD have positive effects on properties of mortars, on the other hand, PU shows negative effects for all conditions. The mortars modified with SBR polymer show the best performance for the highest temperature (250 °C). For the highest temperature, when SBR is used in 15% additive ratio, the flexural strengths (42%), deflections (15%) and compressive strengths (21%) of the samples increase according to control sample.