stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap
Transcript of stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap
![Page 1: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/1.jpg)
Doç. Dr. Oğuzhan Çopuroğlu
Kalsiyum Aluminat Çimentolu Sistemlerin Mikroyapısı
Challenge the future 1
Delft University of Technology Civil Engineering and Geosciences
Materials & Environment
2. Yapı Kimyasalları Etkinliği, İstanbul - 08.09.2016
![Page 2: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/2.jpg)
Challenge the future
İçerik
• KAÇ klinkeri, hammadeler, kompozisyon
• KAÇ içeren sistemlerin mikroyapı karakterizasyonunda kullanılan yöntemler
• KAÇ içeren model ve ticari sistemlerin mikroyapısı
2
![Page 3: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/3.jpg)
Challenge the future
Kalsiyum Aluminat Çimentosu (KAÇ)
• ilk olarak 1865’de Fransa’da üretildi. 23 yıl sonra İngiltere’de kireçtaşı-boksit çimentosu için ilk patent alındı
• 20. yüzyıl başlarına kadar endüstriyel ölçekte bir üretimden söz edilemez
• günümüzde yüksek erken mukavemet gerektiren yapı kimyasallarında, refrakter ve prekast ürünlerde kullanılmaktadır
3
![Page 4: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/4.jpg)
Challenge the future
KAÇ hammadeleri• Normal Portland çimentosu ile aynı oksit komponentlere
sahiptir: CaO, SiO2, Al2O3 ve Fe2O3
• Temel fark kullanılan hammadde kaynaklı oksit oranlarındaki farklılıktır
• Portland çimentosu üretiminde esas olarak kireçtaşı ve kil kullanılırken, KAÇ üretiminde kireçtaşı ve boksit ana hammaddelerdir
4
foto: James St. John
![Page 5: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/5.jpg)
Challenge the future
KAÇ - NPÇ
Kireçtaşı
Kiltaşı Boksit
CaOCaO
SiO2SiO2
Al2O3Al2O3
Fe2O3Fe2O3
CaOCaO
Al2O3Al2O3
Fe2O3Fe2O3
C3SC3S
C2SC2S
C3AC3A
C4AFC4AF
CACA
C2ASC2AS
C12A7C12A7
C4AFC4AF
NPÇana fazlar
KAÇana fazlar
SiO2SiO2
KAÇ1600℃
NPÇ1450℃
erken yaş dayanımına katkı
geç yaş dayanımına katkı
5
![Page 6: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/6.jpg)
Challenge the future
KAÇ’lı sistemlerin karakterizasyonu laboratuvar teknikleri
Optik ve elektron mikroskopiKullanılan malzeme tipinin, beton
kalitesinin ve hasara yol açan ikincil proseslerin görsel olarak belirlenmesi
X-ray difraksiyon (XRD) kristal fazların analizi
X-ray (spektral) mikroanaliz (EDS) tüm katı fazların element kompozisyonu ve modal analizi
Termal analiz (TGA-DTA-DSC)malzemenin giderek artan sıcaklıklarda
gösterdiği bozuşma üzerinden faz tayini
İndüktif Olarak Eşleştirilmiş Plazma (ICP) ve/veya yaş analiz
malzemenin kimyasal kompozisyonu
Civa porozimetri (MIP)malzemenin kapiler ve kapiler altı boşluk dağılımı, kritik boşluk çapı
belirlenmesi
6
![Page 7: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/7.jpg)
Challenge the future
Numune türleri
İnce kesit
Parlak kesit
Işık mikroskopisi
Işık ve Elektron mikroskopisi X-Işını Mikroanaliz (EDS)
öğütülmüş tane preparatıXRD, XRF, TGA, mikroskopi vb.
7
![Page 8: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/8.jpg)
![Page 9: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/9.jpg)
KAÇ klinker mikroyapısı
Challenge the future 9
![Page 10: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/10.jpg)
Challenge the future
KAÇ - NPÇ NPÇ klinker mikroyapısı
NPÇ klinker mikroyapısı, incekesit, tek polarizasyon
görüntü genişliği:1500μm
görüntü genişliği:150μm
C2S (belit)
C3S (alit)
10
![Page 11: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/11.jpg)
Challenge the future
KAÇ - NPÇ KAÇ klinker mikroyapısı - genel görünüm
üstten aydınlatmalı ışık mikroskopisi KAÇ klinkeri mikrografı
OM, XPL, 1,5mm
OM, XPL, 750μm
alttan aydınlatmalı ışık mikroskopisi KAÇ klinkeri
mikrografı
üstten aydınlatmalı ışık mikroskopisi NPÇ klinkeri mikrografı
11
![Page 12: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/12.jpg)
Challenge the future
KAÇ - volkanik kayaç dokusu karşılaştırması
KAÇ klinkeri (XPL, 750μm) andezit (XPL, 750μm)
12
![Page 13: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/13.jpg)
Challenge the future
KAÇ klinker
C2AS
CA
ferro-CT (Fe,Ca)TiO3
C4AF
SEM-BSE, 10kV
elektron hüzmesi
ikincil elektronlar (SE)
geri saçılmış elektronlar (BSE)
karakteristik X-ray
klip kaynağı: ammrf.org.au
13
![Page 14: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/14.jpg)
Challenge the future
C2ASCA
Fe-CT
SEM-BSE, 15kV, 1mm
OM, PPL, 1mm
C-A-F
14
![Page 15: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/15.jpg)
Challenge the future 15
Nicel (kantitatif) Analiz
Nicel Görüntü AnaliziXRD analizi
Rietveld yöntemi
X-ray spektral mikroanalizi
görüntü işleme yarı nicel analiz
hangi fazdan, ne kadar?
![Page 16: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/16.jpg)
Challenge the future 16
SEM-BSE, görüntü genişliği = 1mm
Öğretilebilir WEKA faz segmentasyonu
![Page 17: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/17.jpg)
Challenge the future 17
CAC2ASF-CTC-A-Fboşluk
51.0%
32.8%
2.1%
14.1%
<1%
hacmen
KAÇ klinkeri faz dağılımı - görüntü analizi
![Page 18: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/18.jpg)
Challenge the future 18
KAÇ klinkeri X-ray haritası, wt%elektron hüzmesi
ikincil elektronlar (SE)
geri saçılmış elektronlar (BSE)
karakteristik X-ray
![Page 19: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/19.jpg)
Challenge the future 19
![Page 20: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/20.jpg)
KAÇ + NPÇ içeren model ve ticari sistemlerin
mikroyapısı
Challenge the future 20
![Page 21: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/21.jpg)
Challenge the future
KAÇ+NPÇ sistemleri
• KAÇ ve NPÇ nin birlikte kullanılarak elde edilen harçların yararlı teknik özelliklere (hızlı sertleşen, yüksek mukavemetli ve düşük işçilik maliyetli) sahip oldukları bilinmektedir
• %100 öngörülemeyen karmaşık hidratasyon ürünlerinden dolayı kullanımı fabrika üretimi dışında sınırlıdır
• KAÇ+NPÇ içeren ticari ürünler, geniş arge çalışmaları sonucunda formüle edilebilmektedir
21
![Page 22: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/22.jpg)
Challenge the future
KAÇ+NPÇ hidratasyon ürünleri
• 3 farklı model çimento hamuru
• KAÇ çimentosu (< 45μm), NPÇ: CEM I 42,5 N, S/Ç=0.50
• 72 saat (22℃, %45 B.N.) sonunda oluşan hidratasyon ürünlerinin mikroyapı karakterizasyonu
1. %100 KAÇ
2. %75 KAÇ + %25 CEM I 42,5 N
3. %50 KAÇ + %50 CEM I 42,5 N
karışımlar (ağırlıkça)
22
![Page 23: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/23.jpg)
Challenge the future
%50KAÇ/%50NPÇ
%75KAÇ/%25NPÇ
%100KAÇ
Termogravimetrik analiz (TGA)
23
![Page 24: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/24.jpg)
Challenge the future 24
Diferansiyel Termogravimetrik analiz (DTG)
Converted
Unconverted
gel CAH10C2AH8 AH3 C3AH6
100 200 300 400Temperature (°C) Scrivener, 2003100% CAC
75%KAÇ-%25NPÇ
50%KAÇ-%50NPÇ
Table 2.1 Density and combined water for calcium aluminate hydrates
Phase Density (kg/m3) Combined water (%)
CAH10 1720 53C2AH8 1750 40C3AH6 2520 28AH3 2400 35
CA + 10H ⇒ CAH10
2CA + 16H ⇒ C2AH8 + AH3
2CAH10 ⇒ C2AH8 + AH3 + 9H
3C2AH8 ⇒ 2C3AH6 + AH3 + 9H
dönüşüm reaksiyonları
birincil hidratasyon
![Page 25: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/25.jpg)
Challenge the future 25
%100 KAÇ %75 KAÇ + %25 NPÇ %50 KAÇ + %50 NPÇ
![Page 26: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/26.jpg)
Challenge the future 26
72sa kürlenmiş KAÇ+PÇ hamurlarının EDS mikroanaliz sonuçları
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
Al/Ca (atomik oran)
Si/Ca
(ato
mik o
ran)
%50KAÇ+%50NPÇ%75KAÇ+%25NPÇ%100KAÇ
CAH10C2AH8
C3AH6
CH
C-S-H
AH3
C2SAH8
![Page 27: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/27.jpg)
Challenge the future
KAÇ+NPÇ ticari ürünler• KAÇ-baskın ve NPÇ-baskın reçeteler
• Model sistemlere göre daha karmaşık hidratasyon ürünleri
%12 %28 %22.4 0.56 %46 hidratasyon düzenleyici, akışkanlaştırı
cı vb.%25 %10 %19.6 0.56 %59
kendinden yerleşebilen PÇ ve KAÇ baskın harç karışımları
27
~30/70
![Page 28: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/28.jpg)
Challenge the future 28
CAH10
C2AH8
AH3
CH?
CC
28günlük KAÇ-baskın ve PÇ-baskın harçların termal analizi
![Page 29: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/29.jpg)
Challenge the future 29
PÇ-baskın KAÇ-baskın
PPL
XPL
görüntü genişliği 1500μm
28gün
![Page 30: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/30.jpg)
Challenge the future 30
kapiler boşluk dağılımı
PÇ-baskın KAÇ-baskın
sürüklenmiş hava
floresan ışık mikroskopisi, 1500μm
28gün
![Page 31: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/31.jpg)
Challenge the future 31
1,0000.001 0.01 0.1 1 10 100
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
boşluk çapı ( m)
Kümü
latif
boşlu
k yüz
ey al
anı (m
L/g)
NPÇ-baskın
KAÇ-baskın
10000.001 0.01 0.1 1 10 100
0.2
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
boşluk çapı ( m)
NPÇ-baskın
KAÇ-baskın
Civa porozimetri analiz sonuçları
toplam boşluk hacmi boşluk çapı dağılımı
![Page 32: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/32.jpg)
Challenge the future 32
Pleokroit - pleochroiteCa20Al32-2nMgnSinO68
PÇ-baskın numune, 325μm
PPLXPL
![Page 33: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/33.jpg)
Challenge the future 33
spektral EDS analizi -
KAÇ-baskın
![Page 34: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/34.jpg)
Challenge the future 34
spektral EDS analizi -
PÇ-baskın
C-A-H baskın
C-A-H baskın
![Page 35: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/35.jpg)
Challenge the future 35
0.01 0.1 1 10 100Al/Ca (atomik oran)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Si/C
a (a
tom
ik o
ran)
![Page 36: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/36.jpg)
Challenge the future 36
monokristalin CA
Fe-C2ASH8
- hacim artışı - stabil faz oluşumu
NPÇ etkisi
stratlingite
![Page 37: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/37.jpg)
Challenge the future
Sonuçlar - 1• optik ve elektron mikroskopi, KAÇ’lı sistemlerin karakterizasyon
ve kalite kontrol süreçlerinde kullanılan tekniklerdir
• bahsi geçen teknikler CA, C2AS gibi temel klinker fazları ile KAÇ hidratasyon ürünlerini tespit etmek için oldukça uygundurlar
• Termal analiz ve X-ray mikroanaliz yöntemleri, mikroskopi ile görsel olarak tespit edilemeyecek fazların tayininde ve nicel analizinde yararlıdır
37
![Page 38: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/38.jpg)
Challenge the future
Sonuçlar - 2• %100 KAÇ çimento hamuru erken yaşlarda daha çok
yarıstabil CAH10 ve C2AH8 fazlarından oluşmaktadır.
• KAÇ+NPÇ’li sistemlerde portland çimentosu kullanımı arttıkça stabil C3AH6 fazında artış görülmektedir.
• kendinden yerleşen KAÇ-baskın harçlar, NPÇ-baskın harçlara kıyasla daha homojen bir kapiler boşluk dağılımına, dolayısı ile daha homojen bir S/Ç oranına sahip olduğu gözlemlenmektedir
38
![Page 39: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/39.jpg)
Challenge the future
Sonuçlar - 3
• ikili sistemlerde NPÇ etkisiyle, CA hidratasyonu CxAHy degil CxSAHy (ör. C2SAH8, Startlingite) meydana getirmektedir. Diğer taraftan, KAÇ etkisiyle, erken yaşlardan itibaren ikili sistemlerde portlandit kristallerine rastlanmamaktadır
39
![Page 40: stanbul - 08.09.2016 İ ğ Etkinli ı Kimyasallar ı 2. Yap](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012418/6173619f181b14563d18b68c/html5/thumbnails/40.jpg)
Teşekkür ederim
40
TU Campus - Mekel Park