Ġstanbul teknĠk ÜnĠversĠtesĠ fen bĠlĠmlerĠ...

ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

YÜKSEK LĠSANS TEZĠ

Selcen DALKILIÇ

Anabilim Dalı : ĠnĢaat Mühendisliği

Programı : Yapı Mühendisliği

OCAK 2011

ÇEġĠTLĠ KATKILARLA ÜRETĠLEN BÜYÜK BOġLUKLARINDAN

ARINDIRILMIġ MDF KOMPOZĠTLERĠN SU ETKĠSĠ ALTINDAKĠ

DAVRANIġLARININ ĠNCELENMESĠ

OCAK 2011

ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

YÜKSEK LĠSANS TEZĠ

Selcen DALKILIÇ

(501061111)

Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 17 Aralık 2010

Tezin Savunulduğu Tarih : 28 Ocak 2011

Tez DanıĢmanı : Prof. Dr. M.Hulusi ÖZKUL (ĠTÜ)

Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Turan ÖZTURAN (BÜ)

Yrd. Doç. Dr.Ü.Anıl DOĞAN( ĠTÜ)


ARINDIRILMIġ MDF KOMPOZĠTLERĠN SU ETKĠSĠ ALTINDAKĠ


iii

ÖNSÖZ

Bu çalışmada MDF çimentoların su ile olan etkileşimleri incelenmiştir. Çimento

içerisine çeşitli oranda polimer karıştırılarak ve çinko stearat, kalsiyum stearat, su

itici katkı gibi materyaller ilave edilerek elde edilen bir bileşiğin, kalenderleme

yöntemi ile belirli bir prosedür eşliğinde makro düzeydeki boşlukları ortadan

kaldırılmıştır. Elde edilen nihai malzeme, basınç kürü ve belli miktar sıcaklığa maruz

bırakılarak hazırlanan dairesel numunelerin zaman içerisinde su ile olan etkileşimleri

incelenmiştir.

Bu şekilde elde edilen malzemelerin gruplara ayrılarak saklanmış belli süreler

sonundaki eğilme dayanımları test edilmiştir.

Ocak 2011

Selcen DALKILIÇ

(İnşaat Mühendisi)

v

ĠÇĠNDEKĠLER Sayfa

ÖNSÖZ ......................................................................................................................... iii

ĠÇĠNDEKĠLER ............................................................................................................. v

KISALTMALAR ....................................................................................................... vii

ÇĠZELGE LĠSTESĠ ..................................................................................................... ix

ġEKĠL LĠSTESĠ ........................................................................................................... xi

ÖZET .......................................................................................................................... xiii

SUMMARY ................................................................................................................. xv

1.GĠRĠġ .......................................................................................................................... 1

1.1. Genel Bilgiler ...................................................................................................... 1

1.2. MDF Çimento Kompozitlerin Özellikleri ........................................................... 2

1.3. MDF Çimento Kompozitlerin Durabilitesi ......................................................... 9

1.4. MDF Çimento Kompozit Kullanımını Olumsuz Yönde Etkileyen Faktörler ... 11

1.5. MDF Çimento Kompozitlerin Uygulama Alanları ........................................... 11

2. POLĠMERLER VE TARĠHSEL GELĠġĠMĠ ....................................................... 13

2.1. MDF Çimento Kompozitlerin Üretiminde Polimerlerin Kullanımı .................. 14

2.2. PVA (Polivinil alkol-ko-vinil asetat) ................................................................ 15

2.3. PVA’nın Çapraz Bağları ................................................................................... 15

3. DENEYSEL ÇALIġMALAR ................................................................................. 19

3.1. Kullanılan Malzemeler ...................................................................................... 19

3.2. MDF Çimentoların Üretimi ve Kullanılan Malzemelerin Özellikleri ............... 19

3.2.1. Kullanılan çimentolar ve özellikleri .......................................................... 20

3.2.1.1. Kalsiyum alüminatlı çimentolar ......................................................... 21

Isıdaç 40 çimentosu......................................................................................... 22

Secar 71 çimentosu ......................................................................................... 23

Secar 80 çimentosu ......................................................................................... 23

3.2.2. Çinko stearat .............................................................................................. 24

3.2.3. Kalsiyum stearat ........................................................................................ 25

3.2.4. Emülgatör ve özellikleri ............................................................................ 25

3.2.5. PVA ........................................................................................................... 25

3.2.6. Steron FVIII ............................................................................................... 26

3.3. MDF Çimento Kompozit Üretim Basamakları ................................................. 26

3.3.1. Karıştırma işlemi ....................................................................................... 26

3.3.2. Kalenderden geçirme işlemi ...................................................................... 26

3.3.3. Yüksek sıcaklıkta basınç uygulama işlemi ................................................ 27

3.3.4. Numune hazırlama prosedürü .................................................................... 29

3.4. Numune Üretimleri ............................................................................................ 29

3.4.1. Şahit numune üretimi ................................................................................. 29

3.4.2. Çinko stearatlar ile yapılan üretimler ........................................................ 30

3.4.3. Kalsiyum stearatlı üretimler ...................................................................... 31

3.4.4. Emülgatörlü üretim .................................................................................... 31

vi

Sayfa

3.4.5. Steron FVIII üretimi ........................................................................................... 32

3.4.6. Su itici katkılı üretim ........................................................................................... 32

3.5. Yapılan Deneyler ........................................................................................................ 32

3.5.1. İki eksenli eğilme dayanımı testi ......................................................................... 32

3.5.2. Su emme deneyi .................................................................................................. 33

4. DENEY SONUÇLARI VE TARTIġILMASI ................................................................ 34 4.1. Katkı Maddelerinin Etkileri ........................................................................................ 34

4.1.1. Çimento türünün etkisi ........................................................................................ 34

4.1.2. Çinko stearat etkisi .............................................................................................. 34

4.1.3. Kalsiyum stearat etkisi ........................................................................................ 35

4.1.4. Su itici katkı etkisi ............................................................................................... 36

4.1.5. Gliserol’un etkileri ............................................................................................. 36

4.2. İki Eksenli Eğilme Dayanımı Test Sonuçları ............................................................. 36

4.3. Su Emme Deneyi Sonuçları ........................................................................................ 49

5. SONUÇLAR ...................................................................................................................... 53

KAYNAKLAR ...................................................................................................................... 55

ÖZGEÇMĠġ .......................................................................................................................... 59

vii

KISALTMALAR

MDF : Macro defect free cement

PVA : Polivinil alkol-kovinil asetat

CAC : Kalsiyum alüminatlı çimento

BA/AN : Bütülakrilat/akrilonitril

PC : Portland çimentosu

HAC : Yüksek alümina çimentosu

SACP : Stiren/akrilonitril kopolimer

SAC : Sülfoalüminat çimentosu

SAFB : Sülfoalüminat-ferrit-belit

PBA : Poli(bütil akrilit)

Poli-P(sıvı) : Sodyum polifosfat solüsyonu

PVAA : Polivinil alkol asetat ko-polimer

HPMC : Hidroksi propil metil selüloz

mm : Milimetre

cm : Santimetre

ºC : Santigrad

µm : Mikronmetre

MPa : Megapaskal

OPC : Ordinary portland cimento

CAPR : Calcium alüminate phenol resin

g : Gram

ix

ÇĠZELGE LĠSTESĠ

Sayfa

Çizelge 1.1 : MDF ile çeşitli malzemelerin karşılaştırılması ............................. 9

Çizelge 2.1 : MDF üretiminde kullanılan polimer çimento kombinasyonları .. 17

Çizelge 3.1 : MDF üretiminde kullanılan polimer, çimento ve katkıları........... 20

Çizelge 3.2 : Kalsiyum alüminatlı çimento bileşenleri (%) ............................... 21

Çizelge 3.3 : Isıdaç kimyasal bileşimi (%) ........................................................ 22

Çizelge 3.4 : Secar 71 kimyasal bileşimi (%) .................................................... 23

Çizelge 3.5 : Secar 80 kimyasal bileşimi (%) .................................................... 24

Çizelge 3.6 : Şahit numune üretimi ................................................................... 30

Çizelge 3.7 : Çinko stearatlar ile yapılan üretimler ........................................... 30

Çizelge 3.8 : Kalsiyum stearatlı üretimler ......................................................... 31

Çizelge 3.9 : Emülgatörlü bileşimde karışım oranları ....................................... 31

Çizelge 3.10 : Steron FVIII üretimi .................................................................... 32

Çizelge 3.11 : Su itici katkılı üretim .................................................................... 32

Çizelge 3.12 : Su emme deneyi için seçilen numunelerin kuru haldeki

ölçümleri ...................................................................................... 33

Çizelge 4.1 : İki eksenli eğilme dayanımı test sonuçları (7 günlük) ................. 37

Çizelge 4.2 : İki eksenli eğilme dayanımı test sonuçları (28 günlük) .............. 45

Çizelge 4.3 : Su emme deneyi için seçilen numunelerin 12 saatlik yaş

ölçümleri ...................................................................................... 49


ölçümleri ....................................................................................... 50


ölçümleri ....................................................................................... 50

Çizelge 4.6 : Su emme deneyi için seçilen numunelerin 7 günlük yaş

ölçümleri ....................................................................................... 51

xi

ġEKĠL LĠSTESĠ

Sayfa

ġekil 3.1 : Kalenderleme makinası .............................................................................. 27

ġekil 3.2 (a ) : Basınç aleti........................................................................................... 28

ġekil 3.2 (b) : Etüv ..................................................................................................... 28

ġekil 3.3 : Karot makinası ............................................................................................ 29

ġekil 3.4 : Universal test makinesi ............................................................................... 33

ġekil 4.1 : Çimento türünün üretimdeki etkisi .............................................................. 34

ġekil 4.2 : Çinko stearatın üretimdeki etkisi ................................................................. 35

ġekil 4.3 : Üretimde kalsiyum stearat etkisi ................................................................. 35

ġekil 4.4 : Üretimde su itici katkı etkisi ....................................................................... 36

ġekil 4.5 (a) ve (b) : Şahit numune 7 günlük dayanımlar ......................................... 38

ġekil 4.6 (a) ve (b) : Çinko steratlar 7 günlük dayanım ............................................ 39

ġekil 4.7 (a) ve (b) : Kalsiyum stearatlar 7 günlük dayanım..................................... 40

ġekil 4.8 (a) ve (b) : Çinko stearatlar farklı kür 7 günlük dayanım .......................... 41

ġekil 4.9 (a) ve (b) : Şahit numune DMSO etkisi 7 günlük dayanım ....................... 42

ġekil 4.10 (a) ve (b) : Şahit numune ve emülgatörlü üretim 7 günlük dayanım ......... 43

ġekil 4.11 : Tüm üretimlerin 7 günlük grafikleri .......................................................... 44

ġekil 4.12 : Tüm üretimlerin 7 günlük grafikleri .......................................................... 44

ġekil 4.13 (a) ve (b) : Şahit numuneler 28 günlük dayanım ....................................... 46

ġekil 4.14 (a) ve (b) : Şahit numune ve DMSO 28 günlük dayanım .......................... 47

ġekil 4.15 (a) ve (b) : Çinko stearatlar 28 günlük dayanım ........................................ 48

ġekil 4.16 : Tüm üretimlerin 28 günlük grafikleri ....................................................... 49

ġekil 4.17 : Su emme deneyi için seçilen numunelerin 7 günlük yaş çap

Ölçümleri................................................................................................. 51

ġekil 4.18 : Su emme deneyi için seçilen numunelerin 7 günlük yaş ağırlık

Ölçümleri ................................................................................................. 52

ġekil 4.19 : Su emme deneyi için seçilen numunelerin 7 günlük yaş kalınlıkları

Ölçümleri................................................................................................. 52

xiii


ARINDIRILMIġ (MDF) KOMPOZĠTLERĠN SU ETKĠSĠ ALTINDAKĠ


ÖZET

Büyük boşluklarından arındırılmış (MDF) çimento, alüminli çimentolarla üretilmiş

olan, 150 MPa ve daha yüksek eğilme dayanımına sahip bir polimer hamurudur.

Diğer bir deyişle MDF çimentolu malzemeler Portland veya Yüksek Alüminli

çimentoların büyük molekül kütleli, suda çözünen bir polimer ile karıştırılması ile

oluşturulan kompozitlerdir. MDF çimentolar, birbirinden farklı çimento ve polimer

tipleri ile üretilebilirler ve özellikleri yaygın olarak kullanılan materyallere bağlıdır.

MDF çimento bileşimi, belirlenmiş oranlarda çimento, su ve polimer karışımıdır.

MDF çimento materyalinin işlenmesindeki ana amaç, gözeneklerin azaltılmasıdır. Bu

nedenle bileşime, yüksek kırım güçleri uygulanır ve bileşim, mikser silindirlerinin

arasındaki açıklıktan farklı hızlarda geçirilir. Bu işlem, bileşimdeki büyük boşlukları

ortadan kaldırır.

Daha sonra üretilen bu malzemeye, yüksek dayanımlar elde etmek için gerekli olan

ısı ve basınç, son basamak olarak uygulanır. Bu işlemlerden sonra malzemenin en

belirgin özelliği, yüksek eğilme dayanımları olmaktadır. Normal şartlar altında

geleneksel çimento hamurunun eğilme dayanımının 10 Mpa civarında olduğu göz

önüne alınırsa, yeni malzemenin dayanımı 20 kattan daha fazladır. Araştırmacılar,

yıllar süren çalışmalar sonucunda yüksek eğilme dayanımlarını sağlayan ana etkenin

PVA (polivinil alkol-kovinil asetat) olduğuna karar vermişlerdir. Poli (vinil asetat),

monomerik vinil asetatın polimerizasyon işlemi ile üretilmektedir. Poli (vinil asetat),

daha sonra, NaOH ve metanol ile poli (vinil alkol) (PVA) elde etmek üzere

reaksiyona girer. Bu reaksiyon, bazı asetat grupları polimerin üzerinde kalacak

şekilde sonlandırılır. Poli (vinil asetat) ve poli (vinil alkol) den oluşan bu ko-polimer,

poli (vinil alkol-ko-vinil asetat) olarak adlandırılır.Bu ko-polimer, MDF üretiminde

en yaygın olarak kullanılan polimerdir ve alkol grupları hidrofilik iken asetat grupları

hidrofobik oldukları için bu polimer farklı özellikler gösterir. Karışımdaki PVA,

çimento taneciklerinin topaklanmasını önler ve çimento tanecikleri ile çapraz bağ

yapar. Poli (vinil alkol) lerin çapraz bağ etkisi, genellikle su hassasiyetini azaltır ve

çözelit içindeki stabiliteyi artırır. Böylece bu reaksiyon eğilme dayanımlarının

artmasını sağlar.

Ancak, yüksek eğilme dayanımlarına sahip bu kompozit malzemelerin halen

geçerliliğini sürdüren bir olumsuzluk olarak bir dezavantajı vardır. Bu dezavantaj, su

ile temaslarından sonra ortaya çıkan bir durabilite problemidir. Çünkü suya maruz

kalan malzeme, suyu bünyesinde tutarak şişmektedir. Böylece ciddi dayanım

kayıpları ortaya çıkmaktadır. Bu kompozitlerin su etkisi altında ciddi durabilite

problemleri olması nedeniyle ticari ürün olarak kullanımları kısıtlıdır. Bu nedenle

MDF çimentolar konusundaki araştırmaların çoğu, su hassasiyetleri üzerinde

yoğunlaşmıştır. Bu kompozitlerin su hassasiyeti konusunda bazı ilerlemeler

xiv

kaydedilmiştir ancak su ile temas eden MDF çimentoların dayanım kaybı konusunda

henüz tatmin edici bir çözüm bulunmamaktadır.

Bu çalışmada çeşitli çimento türleri ve katkı malzemeleri ile üretilen kompozit

malzemelerin su ile temaslarından sonraki davranışları incelenmiştir ve su ve çevre

koşullarına karşı durabilitesinin nasıl artırılabileceği araştırılmıştır.

xv

INVESTIGATION OF MOISTURE SENSITIVITY IN MACRO DEFECT

FREE (MDF) COMPOSITES PRODUCED WITH VARIOUS ADDITIVES

SUMMARY

Macro Defect Free (MDF) Cement is a polymer paste produced with aluminate

cement which has 150 MPa and more flexural strengths. In other words MDF cement

materials are composites produced by mixing Portland or high aluminate cement

with a water soluble polymer which has large molecular bulk. MDF cements can be

produced with different cement and polymer types and their properties largely

depend on the used materials. The composition of MDF cement is a mixture of

cement, water and polymer in determined amounts. The reduction of porosity is a

major goal in the processing of MDF cement material. So, high shear forces are

applied to the composition and the composition is passed through the nip between the

rolls of the mill in different speeds. This process eliminates large voids of the

composition.

The produced material is then applied heat and pressure as a final step which is

necessary for obtaining high strengths. The most prominent feature of the material is

high flexural strengths after the processes. When considering conventional cement

mortar has 10 MPa flexural strength under normal conditions, the new material has

flexural strengths more than 20 times. Investigators concluded after years of search

PVA (Poly-Vinyl Alcohol-Co-Vinyl Acetate) is the main factor supplying high

flexural strengths. Poly(vinyl acetate) is produced by the polymerization processes of

monomer vinyl acetate. Poly(vinyl acetate) is then reacted with NaOH and methanol

in order to obtain poly(vinyl alcohol) (PVA). This reaction is terminated some

acetate groups may remain on the polymer. This copolymer of poly(vinyl alcohol)

and poly(vinyl acetate) is called as poly(vinyl alcohol-co-vinyl acetate). This

copolymer is the most widely used polymer for the production of MDF, and it shows

different characteristics, because alcohol groups are hydrophilic while acetate groups

are hydrophobic.The PVA in the mixture prevents flocculation of cement grains and

makes crosslinks with cement grains. The effect of crosslinking of poly(vinyl

alcohol)s is generally to reduce water sensitivity and increase the stability in solution.

So the reaction ensures that the rise of flexural strengths.

However, the composite materials which has high flexural strength have an

disadvantage still ongoing as a negativity. This disadvantage is a durability related

problem emerging after contacts with the water. Because the material absorbs the

water and swells after exposing to water. Thus serious loss of strength of the material

come into existence. So the composites have serious durability problems under the

effect of water, their usage as a commercial product is limited. Therefore, most of the

researches about MDF cements have been focused on their water sensitivity. There

were some improvements on the water sensitivity of these composites but there is no

satisfactory solution for preventing the strength loss of MDF cements in contact with

water yet.

xvi

In this study, subsequent behaviour of the composite materials produced with various

cement types and additives with water contacts and how to maximize durabilithy

against water and enviromental conditions has been investigated.

1

1.GĠRĠġ

1.1 Genel Bilgiler

İnsan ihtiyaçlarının artışına ve konforlu yaşam isteğine paralel olarak teknolojinin

gelişmesi ile gemi yapımından bina yapımına, evlerimizde kullandığımız aletlerin

üretiminden, uzay teknolojisinde kullanılan malzemelere kadar bir çok alanda

kompozit malzemeler hayatımızın içinde yer almaktadır. İlk örnekleri yüzyıllar önce

yapıldığı bilinen kompozit malzemeler son yıllarda hem çok yaygın kullanım alanı

bulmuş hem de bir çok açıdan geliştirilmiştir. Kompozit malzemeler hem kendi

içlerinde hem de üretim yöntemleri açısından oldukça çeşitlidir. Bu yöntemler

içerisinde çalışmamıza konu olan malzeme ise MDF (Makro Düzeydeki

Boşluklarından Arındırılmış) çimentolardır. Bu yöntemle üretilen malzemeler bir

çimento ve polimer bileşimi olarak karşımıza çıkar. MDF çimentolar, İngiltere’de

Imperial Chemical Industries de uzun süreli çalışmalar yapan Birchall ve arkadaşları

tarafından bulunmuş ve patenti alınmıştır. Bu araştırmacılar mdf çimento üretiminde

su, uygun bir polimer ve seçtikleri bir çimento türünü kullanmışlardır. Malzemeleri

mikserle karıştırmışlar ve daha sonra kalenderleme yöntemi ile nihai ürünü elde

etmişlerdir. Büyük boşluklarından arındırılmış çimentolu bu bileşiğin bilinen en

önemli avantajı oldukça yüksek eğilme dayanımına sahip olmasıdır. Geleneksel

çimento hamurunun eğilme dayanımı ortalama 10-15 MPa iken bu malzemenin

eğilme dayanımı yaklaşık 20 kat daha fazla (yaklaşık 300 MPa) olmaktadır

(Russel,1991; Desai,1992). Bu da demektir ki bu yöntemle üretilen mdf

çimentoların eğilme dayanımı , aşağı yukarı çeliğin eğilme dayanımı kadardır. Bu

yöntemle elde edilen malzemenin karakterinin şekillenmesinde önemli görevlerden

birini polimer üstlenir. Bu sebeple zaman içerisinde yapılan çalışmalarda malzeme

Organo çimento kompozit yada polimer çimento kompozitleri gibi çeşitli isimlerle

anılmıştır.

Aslında malzemenin eğilme dayanımının yüksek mertebelere gelmesini sağlayan

birbiri ile uyum sağlamış ve bir dizi işlemden geçmiş malzemenin bütünüdür. Kimi

çalışmalarda polimer kullanılmadan üretim yapılmış ancak istenilen eğilme

dayanımları elde edilememiştir. Bu sebeple, bu tür çalışmalarda, polimerlerin

2

çimento iyonları ile çapraz bağ yaptığı kanısı yerleşmiştir. Üretilen bu malzeme bir

şekilde su ile temas ettiğinde, bünyesinde suyu muhafaza etmekte, malzemede şişme

ve buna bağlı olarak fiziksel deformasyon oluşmakta ve bu da neredeyse bir hafta

gibi kısa bir sürede mukavemet kaybına yol açmaktadır.

1.2 MDF Çimento Kompozitlerin Özellikleri

Bu çimento-polimer kompozitleri yüksek eğilme dayanımlarına sahiptir ve bu

durum, bu materyallerin en önemli özelliklerini oluşturur. Birchall ve ark. Tarafından

üretilen MDF çimento örnekleri 177 MPa lık bükülme dayanımlarına sahip olmuştur

ve diğer araştırmacılar (Russell, 1991; Desai, 1990 ve Desai, 1992) neredeyse doğal

çelik dayanıklılığına eşit düzeyde 300 MPa lık bükülme dayanımları elde etmişlerdir

ve sadece 5-10 MPa lık bükülme dayanımına sahip olan doğal çimento ile

kıyaslandığında bu durum çok önemli bir gelişmedir.

MDF malzemeler çimento hamuruna göre üstün özellikler gösterirler. Ayrıca MDF

malzemeler düşük fabrikasyon ısısı, tokluk, yüksek dayanıklılık iyi dielektrik

nitelikler gibi ek özelliklere de sahiptir (Mojumdar, 2001). MDF çimentolar, yüksek

stres yoğunluk faktörü ve küçük kritik çatlak boyutu nedeniyle çok yüksek kırılma

dayanımına sahiptirler (Bortzmeyer, 1995).

MDF çimentolar geleneksel çimento hamuruna kıyasla sıra dışı ve üstün özelliklere

sahiptir. Ancak MDF malzemelerin üretiminden günümüze kadar ticari olarak çok

kısıtlı uygulama alanı bulabilmiştir. Bunun nedenlerinden başta geleni potansiyel

uygulama alanlarının geniş olmasına rağmen MDF çimentoların neme maruz kalması

ile ortaya çıkan dayanım kaybıdır. Bu problemlerin ortadan kaldırılmasına yönelik

olarak MDF üretim işlemlerinde modifikasyonlara gidilmiş ve başlıca modifikasyon

olarak polimer kullanımı seçilmiştir. Ayrıca MDF çimento kullanımını kısıtlayan en

önemli faktörlerden birisi de bir çok uygulamada üretim ekonomisinin göz önüne

alınmasıdır (Donatello ve ark. 2009).

MDF lerin yüksek maliyetli malzemeler olması, inşaat ve yapı uygulamalarında

kullanımlarını kısıtlamaktadır. MDF çimentolar mikro ve nanometrik seviyelerde

polimer-çimento kompozitleridir. Bu malzemelerde çimento ve polimer sinerjistik

olarak etkileşirler ve farklı karakterde olan mikroyapı oluştururlar. Birchall ve ark.

Tarafından yapılan buluş ve temel bulguları takip eden dönemde, MDF lerde,

3

polimerlerin reolojik yardımdan daha fazla rol aldığı konusunda artan sayıda raporlar

yayınlanmıştır. Bu raporlara göre: (Drabik, Mojumdar ve Slade, 2001).

1. Eğilime karşın basınç dayanım değerlerine ait serilerde oranın, tipik hidrolik

çimentolara göre çok daha yüksek olduğu,

2. Malzeme performansı açısından çimento kompozisyonunun, polimer kadar önemli

bir faktör olduğu,

3. Polimerin uzaklaştırılmasının dayanım gücünü % 90 azalttığı ve bu uzaklaştırma ile

ortaya çıkan porozite, hidrasyon ile doldurulduğu takdirde dayanımın orijinal MDF

çimento değerlerinin 1/3 ü kadar döndüğü,

4. Suya uzun süre maruz kalma gerçekleştiğinde dayanımda dramatik kayıp olduğu

saptanmıştır (Drabik, Mojumdar ve Slade, 2001).

MDF malzemeler, mekanikomekanik işlemlerdir ve yüksek oranda dolgulu ve çapraz

bağlı viskoelastik sistemin oluşumunda hem kimyasal reaksiyonlar hem de mekanik

etkiler söz konusudur. Mekanik etkilerin, yüksek güçlü karıştırma sırasında polimer

zincirlerinde ayrışmaya neden olduğu ve ayrışmayı takiben ortaya çıkan

parçacıkların ardışık olarak çapraz bağlar oluşturmak üzere reaksiyona girdiği

varsayılmıştır. Kimyasal etkiler, hidrate olan çimentodan gelerek kontrollü çapraz

bağ oluşum reaksiyonlarına katılan çeşitli iyonların salınmasından kaynaklanır ve

bunlar mekanik karıştırmadaki kadar hızlı ilerlemezler. Çapraz bağ dansitesindeki

artışın zamana bağımlı olması, torka karşı karıştırma zaman alanında tipik bir plato

(düzlük) ile sonlanır ve buna işlenebilirlik penceresi (window of processability) adı

verilir. Mikroyapının kritik yönleri, matriksin çimento partikülleri ile bağlanması

(mekanomekanik işleme bağlı olarak) ve çapraz bağ yapmış polimer zincirlerinin

çimento taneceiklerinin yüzeyine yapışmasıdır (Drabik, Mojumdar ve Slade, 2001).

MDF kompozitlerden en iyi bilinenleri kalsiyum alüminalar (CaAl2O4 ve CaAl4O7)

ve poly(vinil alkol) (PVA) kopolimerleridir. Bu kompozitler, polimerin reolojik

özelliklere katkısı nedeniyle ve ek olarak yüksek basınç uygulama işleminin porozite

azaltıcı etkisi sayesinde yüksek dayanım ve dayanıklıklılıklara sahiptirler. Ayrıca

organik ve organik matriksler arasında yer alan ve kimyasal bağlanma ve fiziksel

etkileşime bağlı olarak ortaya çıkan interfaz, mekanik özellikleri iyileştirmektedir

(Comotti ve ark., 1997).

4

MDF çimentolar, birbirinden farklı çimento ve polimerler tipleriyle üretilebilir ve

bunların özellikleri büyük oranda kullanılan materyallere bağlıdır. MDF çimentolar

CAC ve suda eriyen PVA ya da eşsiz özelliklere sahip, alkolde eriyen fenol resin

prekürsörleri kullanılarak üretilir ve bunlar, MDF çimentoların üretiminde en uygun

materyaller olarak kabul edilebilir.

Liutkus ve ark. (1988) MDF çimento üretiminde polysiloxan’ları kullanmışlardır. Bu

buluşta kullanımı tercih edilen polysiloxan’lar, silanol terminal grupları içeren

poidimetil polysiloxan’lardı. Liutkus ve ark. a göre polysiloxan’la sonlanan silanolün

varlığı, dielektrik sabitinin önemli derecede azalması kadar çimentonun termal

stabilitesini de iyileştirmekteydi. Liutkus ve ark. çimentodaki ek termal stabilite ve

dielektrik sabiti azalmasının, çimento matriksinin bağlayıcı ajanlarla birleştirilmesi

ile de başarılabileceğini belirtmişlerdir. Bunlar, ya organofonksiyonel titanatlar veya

organofonksiyonel silanlar kategorisinden olabilir. Tercih edilen alt gruplar

quaternized pyrophosphato titanatlar ve alkoxysilane’lar olabilir.

Chandrashekhar ve Shafer (1989) MDF çimentoları, kalsiyum alümina çimentoları

ve PVA kopolimerleri ile ürettiler ve polimer doygunluğunun (impregnation) etkisini

araştırdılar. Başlangıçta, su ve orijinal polimerin (PVA) tamamen uzaklaştırılması

için MDF çimentolar 500 ºC de 5-6 saat ısıtıldı ve yeniden nemlenmeyi engellemek

için 150 ºC de vakumlanarak depolandı. Bundan sonra metil meta-akrilat ve bazı

yüksek dayanımlı, ısıya dayanıklı novolac epoksileri bu MDF çimentolara aşılandı

(yedirildi). Chandrashekhar ve Shafer, bu işlemin, düşük dielektrik sabiti, yüksek

özdirenç (resistivity), iyi bükülme dayanımları ve stabilite için gereken iyi bir ısı

aralığı gibi özellikleri iyileştirdiğini belirtmişlerdir.

Di Maggio ve ark. (1998) MDF çimento üretiminde alkalilere dayanıklı kesikli

(discontinuous) fiber kullandılar. Buluşlarında tercih ettikleri fiber, poly (ethylene)

(PE), Poly (propylene) (PP) (alternatif olarak fibrillenmiş Poly (propylene)) ve Poly

(vinyl alcohol) (PVA) fiberleri gibi organik yapay (artificial) fiberlerdi. Sonuçlara

göre, standart örneklerle karşılaştırıldığında fiberlerin eklenmesi, materyallerin

kırılma direncinde azalmaya neden olmasına rağmen, Poly (vinyl alcohol) (PVA) ve

Poly (propylene) eklenen örneklerdeki darbe dayanımı ve kırılma enerjisinin belirgin

derecede arttığı gözlendi. Karşılaştırılan örneklerde görülen direnç azalması, kırılma

enerjisinin artması ile kompanse edilmedi (karşılanmadı).

5

Yüksek dayanımlı MDF çimentolar doğal portland çimentosu ve suda eriyen bir

polimerin çok düşük su:çimento oranında hazırlanması ile formüle edilmiştir. Bu

malzeme normal çimentodan daha yüksek eğilme dayanımına sahiptir (Birchall ve

ark.,1981; Birchall,1983) Dayanımdaki bu artışın genel porozitenin azalması ile

birlikte büyük boşlukların ortadan kalkmasına bağlı olduğu ve aynı zamanda polimer

ile çimento tanecikleri arasında güçlü bir kimyasal bağ oluşumuna bağlı olduğu

düşünülmektedir (Kendall ve ark.,1983; Poon ve Groves,1987). Yapılan çalışmalarda

MDF nin kimyası ve mikro yapısı incelendikten sonra ,polimer jel matriks içinde

önemli miktarda kalsiyum ve silisyum bulunduğu saptanmıştır. Metal iyonların

polimer ile bağlanmayı kolaylaştıracak şekilde çapraz bağ oluşturduğu

düşünülmektedir (Rodger ve ark,1985). Bununla birlikte su içinde uzunca bir süre

bekletilen MDF nin dayanımında önemli miktarda kayıplar olduğu ve şişme

genişleme olduğu saptanmıştır (Cannon ve Groves, 1986; Poon ve Groves,1987).

Bu durum polimer jel matrixinin su içerisinde stabilitesini kaybetmesine bağlanmıştır

(Cannon ve Groves, 1986). Poon tarafından yapılan bir çalışamada MDF örnekleri su

içerisinde 1, 7 ve 14 gün bekletildikten sonra örneklerin dayanım ve genişlemeleri

ölçülmüştür. Bu çalışmada örneklerin suya batırılma süresi uzadıkça dayanımın

kısmen geri döndüğü görülmüştür. Bunun nedeni olarak OPÇ nin ileri hidrasyonu ile

daha fazla kalsiyum ve silisyum salınması neticesinde daha stabil bir jel matriks

ortaya çıktığı düşünülmüştür (Poon, 1998).

Hidrolize olmuş polivinil asetat gibi suda eriyen bir polimerin eklenmesi çok az su

içeren ve bu sayede işlenmeye elverişli hamur elde edilmesini sağlar. Burada polimer

kaydırıcı gibi etki ederek çimento taneciklerinin birbirine yakın paketçikler haline

dönüşmesini sağlar. Böylece ortaya polimer-su jel dehidratları şeklinde sıkı bir

malzeme ortaya çıkar. Bu durum, çimento ve polimerin etkileşerek son derece düşük

gözeneklere sahip ve yoğun mikro yapıda olan MDF çimentonun mekanik

özelliklerinin ne şekilde ortaya çıktığını açıklamaktadır (Birchall,1983). Ancak

malzemenin mikro yapısındaki boşlukların ortadan kalkmasının dayanımı artıran tek

etken olmadığı da bilinmektedir (Eden ve Bailey, 1984; Eden ve Bailey,1986). MDF

nin bahsedilen özelliklerinin ortaya çıkmasını, bir derece de polimer düzeyinde

gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar sağlar (Sinclair ve Groves, 1985; Rodger ve

ark.,1985). Edmonds ve Mojumdar kalsiyum alümina çimentosuna ekledikleri çeşitli

tiplerde poli(vinilalkol-asetat) karışımının hidrasyonu konusunda detaylı bir

6

araştırma gerçekleştirmiş ve bu araştırmada iletim kalorimetresi X-Ray difraksiyon

tekniği elektron probe mikro analizi ve infrared spektroskopi tekniklerini

kullanmışlardır. Bu çalışmada kimyasal değişiklikleri güçlendirmek için MDF

çimento üretiminde kullanılan miktarlardan daha fazla su eklemesi yapmışlardır. Bu

çalışmada polimerin çimento kimyasına önemli etkileri olduğu saptanmış; İletim

kalorimetresi ile ölçülen ısı çıkışında önemli değişiklikler gözlenmiş ve az miktarda

kristal hidratlarının oluştuğu görülmüştür. Saf polivinil alkol ile asetat grupları içeren

polimerler arasında davranış farkı olduğu da gözlenmiştir. Çimentonun yapısındaki

metal iyonlarından polimer zincirlerine çapraz bağ oluşturan polimer

komplekslerinin oluştuğuna dair bulgu elde edilmiştir. Bu tür kompleksler, en kolay

alüminyum iyonları tarafından oluşturulmaktadır (Edmonds ve Majumdar, 1989).

Mojumdar,Chowdhury,Varshney, Mazanec tarafından MDF çimentolarının,

kimyasal termal ve tarama elektron mikroskobisi analizlerinde MDF çimento sentezi

için en uygun polimerin poli(bütil akrilat) (PBA) olduğu saptanmıştır. Bunun

nedeninin PBA nın neme karşı en yüksek direnci göstermesi olduğu belirtilmiştir

(Mojumdar ve ark.,2004).

MDF çimentolarda ortaya çıkan çapraz bağlar poroziteyi, mikroyapıyı ve nem

direncini etkiler (Drabik ve ark.,2004). Kendall ve ark. larına göre (1983) bu

malzemelerin gücü, geniş kritik boşlukların ortadan kalkmasına bağlıdır. Rodger ve

ark.(1985) İle Popoola ve ark.a (1991) göre polimer fazı, tercihen kalsiyum alumina

polimer kompozitlerindeki alüminyum ile çapraz bağ oluşturmaktadır. Böylece

polimer, devamlı bir fazdır ve güçlendirme işlemine bizzat katılır. Young (1996) ve

Odler (2000) , atomik/iyonik seviyedeki çapraz bağların oluşumunun önemi üzerinde

durarak MDF nin kimyasal ve mekano-kimyasal özelliklerinin tartışmışlardır. Drabik

ve ark. a (2004) göre kompakt MDF tabletlerinin nem direncinin seviyesi, çapraz

bağların atomik yapıları tarafından tayin edilir (Drabik ve ark.,2004).

Çimento bazlı materyallere polimerlerin en sık eklenme şekilleri:

1. Katı halde

2. Su içerisinde çözünmüş şekilde

3. Malzemeye emdirilirek

7

4. Liflerin eklenmesi yolları iledir. Bu yollardan biri ile eklenen polimerler kompozitin,

hidrasyon, mekanik özellikleri ve kimyasal direnci gibi çeşitli özellikleri üzerinde

önemli role sahiptir (Santos ve ark.,1999).

MDF üretiminde en sık kullanılmış olan polimerler poliakrilamid, poli(vinilalkol),

hidroksimetil selüloz’dur. Santos ve ark.tarafından MDF çimentolar üzerinde

PVA,çimento tipi ve silika dumanının etkileri üzerine yapılan araştırmada PVA nın

özelliklerinin MDF nin reolojik özellikleri üzerinde önemli rol oynadığı; En iyi

sonuçların düşük hidroliz derecesindeki PVA kullanılarak elde edildiği; Düşük

moleküler ağırlığın hamurun daha iyi işlenmesini sağladığı saptanmıştır.

Araştırmacılara göre silika dumanının eklenmesi malzeme üzerinde zıt etki yaratmış;

Bu etki silika dumanının kalsiyum hidroksitle reaksiyona girmemesine ve ara dolgu

olarak çalışmasına bağlanmıştır (Santos ve ark.,1999).

MDF ler suda eriyen bir polimer ile bir çimentodan oluşan kompozitlerdir ve aşırı

derecede düşük gözenek ve bilinenlerden çok daha farklı mekanik özelliklere

sahiptir. Örneğin, normal betona göre MDF lerin eğilme dayanımı daha yüksektir.

Ancak bu malzemelerin sorunları da mevcuttur en büyük sorun yüksek neme maruz

kalan malzemelerin mekanik özelliklerindeki kayıptır. Kompozit, hemen hiç su

içermediğinde, van der Waals bağları nedeni ile çimento matrixi ile polimer

arasındaki etkileşim tipik olarak kısa aralıklı bir etkileşime sahip olur. Su

molekülleri polimer çimento ara yüzünü bir araya getirdiğinde van der Waals bağları

daha sınırlıdır. Bu durumda su ve polimer asit-baz birleşmesi gibi hareket eder ve

orijinal van der Waals bağlarından güçlü bir bağ ortaya çıkar. Polimer, tercihen su ile

etkileşir bu durumda su molekülleri ile polimerin çimento matriksi arasında bir

yarışma söz konusudur. Rodrigues ve Joekes un çalışmalarında elde ettikleri

sonuçlara göre MDF hamurunun reolojisinde herhangi bir kayıp olmadan MDF elde

etmek için gereken PVA miktarı çimento ağırlığının %1 i kadardır. Bu şekilde

hazırlanan test örneklerinin mikro sertliği yüksek nem ile mekanik özellikler

arasındaki bağımlılığın ortadan kaldırılabileceğini göstermiştir (Rodrigues ve Joekes,

1998). Kimyasal çapraz bağlar ve kütlenin özelliklerindeki değişiklikler MDF nin

oluşumu sırasında ortaya çıkan reaksiyonların bir sonucudur. Neme maruz kalan

MDF lerde makroskobik olarak kütle faz değişiklikleri görülür. Aşırı derecede neme

maruz kalan MDF lerin kütlesinde artış görülür. Bunun geri dönüşümsüz olan kısmı,

farklı termoanalitik süreçlere uğrayan faz kompozisyonundaki değişikliklere bağlıdır.

8

Termoanalitik çalışmalar, nem alımına dirençli (polimerli klinker hidratların çapraz

bağ yapmış bölümleri) veya dirençsiz (polimersiz bölgeleri) MDF örneklerinin

bölgeleri ve fazları arasında belirgin fark olduğunu göstermiştir

(Drabik,Galikova,Zimmermann, 1999).

MDF çimentoların mikroyapısı birbirinden farklı 3 bölge içerir:

-Reaksiyona girmemiş çimento tanecikleri

-Kütle polimer fazı

-Hidrate çimento partikülleri ve polimer zincirlerini içeren kompleks bir interfaz

bölgesi (Alfani ve ark.,1999).

Reaksiyona girmemiş çimento tanecikleri neme maruz kalan MDF nin potansiyel

nem deposu olarak hareket eder. Serbest nemin yeni hidrate olmuş çimento fazları

tarafından bağlanması daha fazla nemin girmesi için pozitif bir eğilim-çekim

oluşturur. Çimento hidrasyonu ve polimer fazının çözünebilirliği kombinasyonu,

neme maruz kalma sonucu dayanım kaybından sorumludur (Donatello ve ark.,2009).

Kütle polimer fazı çapraz bağ oluşturmuş PVA dan oluşur. Bu fazda, malzemede,

karmaşık ve sürekli bir 3 boyutlu ağ oluşumu gerçekleşir. MDF çimentoların nem

direncinin kötü olmasına neden olan major faktörlerden birisi de PVA nın

higroskobik doğasıdır (Donatello ve ark.,2009). Neme maruz kalma sonucunda PVA

ve interfaz bölgelerinin nemi absorbe ettiği transmisyon elektron mikroskobisi ile

gösterilmiştir (Popoola ve ark,1991). Nemin iletilmesi en muhtemel olarak kütle

polimer fazının ağı yolu ile olmaktadır (Lewis ve ark.,1994).

İnterfaz bölgesinin tanımı güçtür çünkü bu bölge şekilsizdir. Bu bölgenin

tanımlanabilmesi ve doğasının anlaşılması için çeşitli teknikler kullanılmıştır.

Organik-inorganik ara yüz bölgelerinin elektron mikroskobisi ile gözlenmesi

sonucunda hidrate olmamış çimento taneciklerinin yüzeyinde, polimer ve hidrate

çimento fazlarının karışımının olduğu gösterilmiştir (Popoola ve ark.1991).

9

Çizelge 1.1 : MDF ile çeşitli malzemelerin karşılaştırılması

Malzeme Yoğunluk(g/cm3

)

Eğilme

dayanımı(

MPa)

Young Modülü(GPa) Kırılma

Enerjisi(

J/m2)

OPC 2.3 5-10 20-25 20

MDF çimento 2.3-2.5 >150 40-45 300-

1000 Alüminyum 2.7 150-400 70 1,00,000

Cam 2.5 70 70 10

Ahşap 1.0 100 10 10.000

(Donatello ve ark.,2009)

1.3. MDF Çimento Kompozitlerin Durabilitesi

MDF çimentolar isimlerini normal çimentoda büyük ölçeklerde (200 µm) bulunan

gözeneklerden yoksun olmalarından alır. Bu yapı, düşük su çimento oranı, bir

polimerik işlem yardımı ve yüksek hızda karıştırma işlemleri sayesinde elde edilir.

Ortaya çıkan malzeme geleneksel tekniklerle üretilen çimentoya kıyasla belirgin

derecede eğilme dayanımına sahip bir malzemedir. Yüksek alümina içerikli MDF

lerdeki eğilme dayanımı yaklaşık olarak 200 MPa iken normal alümina içerikli

çimentoları eğilme dayanımı 20-30 MPa dır.Teorik olarak her çimento harcı MDF

yapımında kullanılabilir. Pratikte ise bazı çimentolar polimerik ajanlara çok

duyarlıdır ve MDF üretilmeden önce uygun bir polimerin bulunması gerekir.

Örneğin, yüksek alümina içerikli çimento, PVA ile; doğal portland çimentosu PVA

ile veya hidroksi propil metil selüloz ile veya poliakrilamid ile MDF üretir

(Titchell,1991)

Nem direncinin kontrol edilmesi ve iyileştirilmesi, MDF malzemeler için stratejik bir

hedef oluşturmaktadır. Nem, MDF malzemelere, polimer içerme fazında difüzyon

yoluyla girer; Geride kalan çimento partikülleri hidrate olur ve interfaz bölgesi

parçalanır; Sonuçta orijinal bağlayıcı matriks bozunur. Polimerin, nem alımı için bir

iletken olması nedeniyle direnç artışının, polimer matriksinin hidrofobikliğinin

artırılarak gerçekleştirilmesi gereklidir. Nem direncinin kontrol edilmesi ve

iyileştirilmesi için yapılan çalışmalar 2 yönteme dayanır:

1. Çapraz bağ oluşturmuş kısım içindeki suda eriyen polimer miktarının artırılması

yoluyla çapraz bağ oluşumunun iyileştirilmesi,

10

2. Suda eriyen polimerin, hidrofobik (sudan kaçan) tipte bir polimerle değiştirilmesi.

(Drabik, Mojumdar ve Slade, 2001).

Yüksek dayanımlı MDF oluşumunu açıklayan iki teori mevcuttur. Bunlardan

birincisi, gözenek boyutundaki azalmanın sorumlu olduğunu (Kendal ve ark.,1983);

İkincisi çimento ve polimer arasında ortaya çıkan birtakım kimyasal reaksiyonların

sorumlu olduğunu savunur (Eden ve ark.,1984).

MDF ler üzerinde bozucu etkiye sahip üç durum söz konusudur:

-Isı

-Gama ışını

-Suya maruz kalma (Titchell,1991).

Titchell ısı, gama ışını ve suya maruz kalmanın OPC MDFler ve HAC MDFler

üzerine etkilerini araştırdığı çalışmada,

1. Suya batırılan HAC MDF ve OPC MDF lerin su etkisi ile bozunduğunu ve suya

maruz kalma devam ettiğinde HAC MDF sisteminde dayanımın geri döndüğüne dair

herhangi bir işarete rastlamazken OPC MDF sisteminde dayanımın geri döndüğünü,

2. HAC MDF lerle OPC MDF lerin davranışları arasındaki bu farkın çimentoya bağlı

bir fonksiyon olduğunu ,

3. Gama ışınının HAC bazlı MDF lere daha fazla zarar verdiğini,

4. Isının HAC MDF lerin dayanımını azalttığını,

5. MDF özelliklerinin çimento ve polimer sistemine bağımlı olduğunu ortaya

koymuştur (Titchell,1991).

Mojumdar,Mazanec ve Drabik tarafından yapılan çalışmada içsel nem etkisinin MDF

çimentoların nem direnci üzerinde MDF çimentoların yapısal etkisine göre veya

MDF çimentoların sentezi sırasında uygulanan basıncın süresinden daha önemli

olduğu saptanmıştır. Dönüşümsüz kütle artışı MDF çimentoların yapısındaki interfaz

bölgelerinde yer alan çimento taneciklerinin hem karbonizasyonu hem de sekonder

hidrasyonu ile güçlü bir şekilde ilişkilidir. Bu faz değişikliklerinin kuruması geciken

MDF çimentolarının nemli ortamdaki minimal direkt kütle değişiklikleri ile birlikte

en aza indirilmesi, MDF çimentolarının nem direncinin iyileştirilmesini sağlayabilir.

Termoanalitik çalışmalar polimer ve çimento tanecikleri arasında oluşan Al(f-Fe)-O-

11

C(P) çapraz bağlarının, hem normal hemde aşırı seviyelerdeki nemli ortamda sağlam

kaldığını göstermektedir (Mojumdar ve ark.,2006).

1.4 MDF Çimento Kompozit Kullanımını Olumsuz Yönde Etkileyen Faktörler

1. Düşük nem direnci

2. Rötre-büzülme etkisi

3. Ticari amaçla işleme güçlükleri (Donatello,2009).

Neme maruz kalan MDF çimentolarında basınca bağlı dayanım ve eğilme

dayanımında kayıplar görülür. Yaygın olarak kullanılan CAC-PVA sistemlerinde

PVA polimer fazı nemin girişi ile ilgilidir (Lewis ve ark.,1994). Nem, polimer ağı

yolu ile girerek polimerin şişmesine neden olur. Polimer-çimento bölgesindeki

çapraz bağların yapısı üzerinde önemli etkiye sahip bu durum hidrate olmamış

çimento taneciklerinin hidrasyonunu başlatır (Desai ve ark.,1994). Bu nem alımının

oranının difüzyon kontrollü olduğu düşünülmektedir (Delucchi,2001).

CAC-PVA MDF çimentoların kürlenmesi sırasında hacim olarak %10 luk bir

büzülme görülür ve bu büzülme hidrate olmamış çimento tanecikleri tarafından

uzaklaştırılan nem nedeni ile polimerin suyu kaybetmesine bağlı olarak ortaya çıkar

(Popoola ve ark.,1991).

1.5 MDF Çimento Kompozitlerin Uygulama Alanları

MDF çimentoların uygulama alanları son derece geniştir. Çatı

kaplamalarında,yangına dayanıklı kapılar,kanalizasyon boruları,havaalanı

köprüleri,pencere panjurları,plastik kalıplar,baskı silindirleri,ısı yalıtkanları,yakıt

tankları,korozyona dayanıklı tanklar, kablo oluk kaplayıcıları, jeneratör pervaneleri,

gemi güverteleri, oyuncaklar, işaret levhaları, ses izolasyonu, elektromanyetik

girişim ekranları gibi çok sayıda uygulama alanı mevcuttur. Bunlar günümüzde en

çok metallere, seramiklere ve plastiklere uygulanmaktadır. Metaller, normalde daha

yüksek elastik katsayıya sahip olmasına rağmen MDF çimentolardaki gibi korozyon

direncine sahip değillerdir. Plastikler, yüksek dayanımlarda üretilebilirler ve kolayca

şekillendirilebilirler ancak MDF çimentoların sahip olduğu ısı stabilite oranlarına

sahip değillerdir. Seramikler korozyona ve ısıya dayanıklıdır ayrıca sert yapıdadır

ancak kompleks şekillere sokulmaları güçtür. Örneğin, CAPR-MDF çimentolarının

250 ºC ye kadar stabil olduğu, bir çok seramikten daha hafif olduğu ve kompleks

şekillere sokulabildiği rapor edilmiştir.

12

Bütün bunlara rağmen MDF çimentoların ticari amaçlı olarak yeterince kullanım

alanı bulamaması çeşitli çevresel faktörlerin MDF çimentolarının dayanıklılığını ve

stabilitesini bozmasına bağlıdır. Ayrıca MDF çimentoların ekonomik olarak da var

olan çeşitli malzemelerle kıyaslanabilir hale gelmesi gerekmektedir (Donatello ve

ark.,2009).

13

2. POLĠMERLER VE TARĠHSEL GELĠġĠMĠ

Selüloz nitrat, selüloz kökenli doğal bir polimerdir. İlk insan yapısı plastik 1909

yılında Dr.Leo Hendrick Baekeland tarafından fenol-formaldehit plastikleri

oluşturularak elde edilmiştir. Bu ilk elde edilen polimerler elektrikli ütü ve pişirme

kaplarının saplarında, elektrik fişlerinde ve zımpara çarklarında kullanılmıştır. Bunu

takiben, 1920 lerde selüloz asetat (diş fırçaları, taraklar, bıçak sapları, gözlük

çerçeveleri); üre-formaldehit (düğmeler, elektrikli aksesuarlar); poli(vinil klorür)

(zemin kaplamaları, döşemecilik, tel ve kablo izolasyonu, duş perdeleri); ve naylon

(diş fırçası kılları, çoraplar, cerrahi iplikler) kullanılmıştır (Ebewele, 2000).

Yıllar içerisinde ticari ve spesifik amaçlı olarak gelişen polimerlere 1950 lerde asetal

ve polikarbonatlar ailesi eklenmiş; Bu iki grup polimer, naylon, fenoksi, polimid,

poli(fenilen oksit) ve polisülfon ile birlikte termoplastikler olarak adlandırılmıştır.

Bunların sıra dışı darbe dayanımları, boyutsal ve termal stabilitesi, metaller gibi daha

geleneksel materyallerle direkt rekabette yer almalarını sağlamıştır (Ebewele, 2000).

1960 ve 1970 li yıllarda termoplastik poliesterlerler, yüksek bariyerli nitril reçineleri

gibi yeni plastikler, başta havacılık ve uçak endüstrisinde olmak üzere kullanıma

girmiştir. Bundan sonraki yıllardan günümüze kadar polimerlerin özelliklerinin ve

yapılarının birbiri ile olan ilişkilerinin daha iyi anlaşılmasının sonucu olarak yeni

polimerizasyon teknikleri geliştirilmiş ve tam anlamıyla istenen türde polimerin

üretim konsepti gerçekleşmiş, yeni ve ucuz monomerler elde edilebilmiştir.

Günümüzde birbirinden farklı elementlerden, istenilen her kalitede polimer üretmek

mümkündür. Bazı polimerler yapıldıkları malzemelere benzemelerine rağmen çok

daha büyük ekonomik değerlere sahiptir; Bazı polimerler yapıldıkları malzemeden

çok daha iyi özelliklere sahiptir ve bazıları da daha önce insanoğlunun bilmediği

özelliklere sahip eşsiz malzemeler olarak tanımlanabilirler. Bundan sonraki yıllarda

da polimerler gelişmeye devam edecektir. Göstergelere göre bu gelişim sadece yeni

polimerlerin üretimi şeklinde değil aynı zamanda var olan polimerlerin fiziksel ve

kimyasal modifikasyonları olarak da görülecektir (Ebewele, 2000).

14

2.1 MDF Çimento Kompozitlerin Üretiminde Polimerlerin Kullanımı

Çimento bazlı malzemeler toplumsal altyapılar için önde gelen yapısal

malzemelerdir. Çimentoya küçük miktarlarda bir polimerin eklenmesi ile polimer

modifikasyonlu, çimento bazlı olarak bilinen ve birçok özelliği ileri düzeyde artmış

olan malzemelerle sonuçlanır. Bu katkılar polimer partikülleri, kısa polimer fiberleri

veya sıvı formlarda olabilirler. Fiberler genel olarak çimento bazlı malzemelerin

güçlendirilmesi açısından partiküllere göre daha etkindirler ancak daha pahalıdırlar.

Bunun yanında çimentoya göre polimerlerin bütün formları daha pahalıdır. Bu

nedenle çimento bazlı malzemelerin pratikte uygulanmasında düşük maliyet, kritik

öneme sahiptir (Chung,2004).

MDF çimentosunda kullanılan polimerler en az üç fonksiyona sahiptir: karışım

içinde çimento taneciklerini kaplar, reaksiyona girmemiş taneciklerin arasına dolgu

görevi yapar ve çimento hidrasyon ürünleri ile kimyasal reaksiyona girer. Desai ve

arkadaşlarının, reaksiyona girmeyen çimento miktarının azaltılmasına CAC-PVAA

bazlı MDF kompozitlerinin işlem, yapı ve nem hassasiyetinin etkilerini araştırdıkları

çalışmalarına göre çimento içerisindeki alümina miktarındaki artış, ön kürü yapılmış

kompozitlerde ön kür yapılmamışlara göre reaksiyona girmemiş çimento miktarının

%68,1 den %14,9 a düşmesini sağlamıştır (Desai,1994). Buna ek olarak PVA

geleneksel MDF çimentoların dayanıklılığını iki katına çıkarmaktadır (Kendall,

1987).

Çimento bazlı malzemelerin özelliklerinin iyileştirilmesi amacı ile polimerlerin, sıvı

partikül dağılımı, kuru toz formu, solüsyon veya reçine formları gibi maddeler

karışıma eklenmektedir. Böylece çimento bazlı malzemelerin, işlenebilme

özelliklerinde, eğilme dayanımında, dayanıklılığında vibrasyon azaltma

kapasitesinde, donma direncinde, sülfürik asit korozyonuna karşı direncinde ve

çimentonun su emiliminin ve ısı iletiminin azaltılmasında iyileşmeler elde edilir

(Chung,2004).

Birchall ve arkadaşları (1983) MDF üretiminde kullanılacak polimerlerin suda

çözünebilen olmasını önermişlerdir. Ancak Pushpalal ve arkadaşları (1997) suda

çözünen polimerlerin yerine alkolde çözünen polimerlerle MDF üretimini

başarmışlardır. Polivinilalkol ko-polimerleri, poliakrilamid ve selülozik ürünler MDF

üretiminde en çok tercih edilen polimerlerdir. Bu amaçla özellikle PVA ko-

15

polimerleri tercih edilir ve su ile temastan sonra ortaya çıkan dayanım azalışının

altında yatan nedenleri anlamak için PVA nın da özelliklerinin de incelenmesi

gerekmektedir.

2.2 PVA (Polivinil alkol-ko-vinil asetat)

Polivinilalkol kokusuz ,tatsız, şeffaf, beyaz toz (granül) bir malzeme olup suda

çözünebilir yapıda ,sentetik bir malzemedir. Polivinil alkol , Poli (vinil alkol-ko-vinil

asetat) nin hidrolizi yolu ile elde edilir. Polivinilalkol, lateks boyalarda, kağıt

kaplamalarında, gıda endüstrisinde ve pet şişe yapımında sıkça kullanılır. Bu ko-

polimer MDF üretiminde de en sık tercih edilen polimerdir ve asetat grupları

hidrofobik (suyu iten) iken alkol gruplarının hidrofilik (suyu çeken) olması nedeni

ile farklı özellikler gösterir.

Geleneksel organik polimerlerin kimyasal modifikasyonları, ileri özelliklere sahip

yeni malzemelerin keşfi açısından önemlidir ve PVA bu açıdan mükemmel bir

adaydır çünkü üzerinde yer alan fonksiyonel hidroksil grupları ileri reaksiyonlara

izin vermektedir (Zhang ve ark.,2010).

2.3 PVA’nın Çapraz Bağları

Çapraz bağlar bir polimer zinciri ile diğeri arasında oluşan bağlara verilen isimdir.

Yapısal olarak kovalent bağlar veya iyonik bağlar şeklinde olabilir. Polimerlerin

çapraz bağları o polimerlerin fiziksel özelliklerinde bir takım değişikliklere neden

olur. Örneğin, zincirleri serbest bir şekilde hareket eden sıvı bir polimer çapraz bağ

yaptığında solid yada jel yapıya dönüşebilir. Ayrıca çapraz bağların oluşumu fiziksel

ve kimyasal olarak da ikiye ayrılabilir. PVA nın çapraz bağ oluşumu açısından

mükemmel bir aday olması onun fonksiyonel hidroksil gruplarının ileri reaksiyonlar

için uygun olmasından kaynaklanır (Zhang ve ark.,2010).

Çapraz bağ reaksiyonları polivinilalkolün fiziksel özelliklerinin iyileştirilmesi için en

sık kullanılan tekniklerden birisidir. PVA nın çapraz bağ oluşumu için bir çok yol

mevcuttur ancak bunlardan en iyi bilineni PVA nın aldehitlerle reaksiyonu sonucu

oluşanıdır. Bu amaçla kullanılan çapraz bağ oluşturucu çift fonksiyonlu bileşikler

gluteraldehit ve glioksaldir. PVA nın hidroksil grupları aldehitlerle, asetal bağları

oluşturarak reaksiyona girer ve böylece çapraz bağ oluşumu gerçekleşir. Dialdehitler

16

kullanıldığında PVA nın çapraz bağ oluşum reaksiyonları hafif şartlar altında

gerçekleşebilir. Bu nedenle çalışmalar günümüzde gluteraldehide yoğunlaştırılmıştır

(Zhang ve ark.,2010). Çapraz bağ yapmış PVA nın biomedikal malzemeler ve

manyetik alana duyarlı jellerin hazırlanmasında umut vaad eden uygulamaları olduğu

belirtilmektedir (Krumova, 2000).

Groves ve ark. PVA kopolimeri varlığında kalsiyum alümina hidrasyonu konusunda

yaptıkları çalışmada alümina iyonlarının polimer fazında çapraz bağ oluşturduklarını

ortaya koymuşlardır (Poon ve Groves, 1988, Sinclair ve Groves, 1985). Edmonds ve

ark. PVA lı alümüminli çimentoların hidrasyonu konusunda dikkatleri, farklı asetat

grup oranlarına çekmişlerdir ve alüminyum iyonları ile polimerin etkileşimini teyid

etmişlerdir. Ayrıca bir metal iyonuna bağlanan asetat iyonları ya da bir ester grubu

oluştuğunu ortaya koymuşlardır. Buna ek olarak hidrasyonun erken safhalarında

metal iyonlarının ester grupları ile etkileştiğini de gözlemlemişlerdir (Edmonds ve

Majumdar, 1989; Atkins, Edmonds ve Majumdar, 1991).

Patachia, Moise, Özkul ve Ekincioğlu tarafından yapılan ve kendiliğinden çapraz bağ

oluşturan polimerlerin MDF çimentolar üzerindeki etkilerini hedefleyen bir

çalışmada, çimento yüzeyi ile gliserol arasındaki daha zayıf etkileşim nedeniyle

gliserolün başlangıç temas açısı suya göre daha yüksek değerlere sahip olmuştur.

Kontakt açısının analizi, bir yüzeyin ıslanabilirliğini, çeşitli solventler kullanılarak

test etmeye yarayan ve yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Yüzey enerjisinin

yüksek olması, daha iyi yüzey ıslanabilirliğinin göstergesidir ve dolayısıyla

malzemenin mekanik özelliklerini azaltmaktadır (Patachia ve ark., 2009).

17

Çizelge 2.1 : MDF üretiminde kullanılan polimer çimento kombinasyon örnekleri

Yazar-Referans Yıl Polimer Çimento w/c

oranı

Mojumdar 2006 BA/AN Katı-

çözünebilir Poli-P

OPC:SAFB:Al2O3

karışımı 0.2

Lewis ve ark. 1994 PVAA ile %0.1 gliserol Secar 71 0.1067

Mojumdar 2004 PBA,SCAP,Poli-P OPC:SAFB:Al2O3

karışımı 0.08-0.2

Zhihong ve ark. 2003 Momomer ve

düzenleyiciler OPC,SAC,cüruf ~0.195

Drabik ve ark. 2001 HPMC,Poli-

p(katı),Poli-P(sıvı) SAFB:OPC 85:15 0.2

Chandrashekhar

ve Shafer 1989 PVA,Novolac epoksiler CA

0.115+ısı

l işlem

Titcell 1991 PVA,HPMC OPC,CAC ---

Puspalal ve ark. 1997 Fenol reçine ve ön

düzenleyiciler HAC 0.01

(Donatello ve ark.,2009)

19

3. DENEYSEL ÇALIġMALAR

3.1 Kullanılan Malzemeler

Bu çalışmada genel olarak kullanılan alüminli çimento, polimer olarak PVA ve ilave

olarak gliserol ve katkı maddelari kullanılmıştır. çimento türü Isıdaç 40 adlı alüminli

çimentodur. Bu çimentonun alümin içeriği %40 olup, altı saatlik basınç dayanımı

40-55 MPa , 28 günlük basınç dayanımı ise 95 MPa’dır. Isıdaç haricinde Secar 71 ve

Secar 80 alüminli çimentoları da kullanılmıştır. Kullanılan polimer PVA (polivinil

alkol ko-vinil asetat) olup ticari ismi Nippon Gohsei tarafından üretilen KH-17

Gohsenol’dür. KH-17, 78.5-81.5 %mol hidroliz derecesi ve iyi bir polimerizasyona

sahip, MDF üretiminde en çok kullanılan polimerdir. Karışıma eklenen bir diğer

malzeme gliserol olup, miktarı PVA’nın %1 i kadardır. Bu malzeme topaklanmayı

önleyici ve işlenebilirliği kolaylaştırıcı etkiye sahiptir.

3.2 MDF Çimentoların Üretimi ve Kullanılan Malzemelerin Özellikleri

MDF çimentoları temel anlamda üç ana unsur oluşturur. Bunlar, bir çimento türü,su

ve polimerdir. Bu temel maddelere ek olarak işlenebilirliği artırdığı bilinen gliserol

de bir diğer malzemedir. Birchall ve arkadaşları (1983) MDF çimentoların

üretiminde %60 civarında çimento %1-15 civarında polimer ve toplam hacmin %25

ini geçmemek üzere su kullanmışlardır. Uzun süren çalışmalarla edinilen bilgiye

göre, MDF çimentoların üretiminde alüminli çimentolar ve PVA kopolimerleri

birbirine en uyumlu bileşenlerdir. Bu malzemelerin üretiminde farklı çimento ve

polimer türleri de denenmiş ve her birinde farklı sonuçlar elde edilmiştir. Daha

önceki çalışmalarda kullanılan ve iyileştirmelere katkı sağladığı düşünülen ek

malzemeleri bir çizelge halinde Çizelge 3.1 de gösterilmiştir.

Tüm bu eklentiler ve iyileştirme sağladığı düşünülen malzemelerin çok daha iyi

araştırılması ve bunlardan farklı ek malzemelerin de denenmesi gerekmektedir.

Çünkü hala su ile temasından dolayı oluşan dayanım kaybına bir çare

bulunamamıştır.

20

Çizelge 3.1 : MDF üretiminde kullanılan polimer, çimento ve katkılar

POLĠMER ÇĠMENTO EK

MALZEMELER

Farklı hidroliz ve polimerizasyon

derecelerinde PVA

(Birchall ve ark. 1983)

Kalsiyum alüminatlı

çimento

(Birchall ve ark. 1983)

Gliserol,gliserin

Poliakrilamid

(Sinclair,1985;Santos 1999)

Portland çimentosu

(Sinclair,1985;Santos

1999)

Alkali metal silikat

(Lynn ve ark.,1992)

Termoset akrilik reçine

(Brown,1996)

Cüruflu çimento

(Santos ve ark.,1999)

Alçıtaşı

(Brown,1996)

Fenol Reçinesi

(Pushpalal,1997 ve ark.)

Aktif karbon

(Chowdhury,2004)

3.2.1 Kullanılan çimentolar ve özellikleri

Geleneksel anlamda çimento , İngiltere’nin Leeds kentinde duvarcı ustası olarak

çalışan ve bir çalışması sırasında kil ve kalker karışımını pişirerek öğüten Joseph

Aspdin’ in neredeyse iki asır önce patentini aldığı ve günümüzde portland çimentosu

olarak kullanılan malzemedir. Portland çimentosu kolay bulunabilirliği ve

maliyetinin düşük olması gibi nedenlerle halen en çok tercih edilen bağlayıcı

malzemedir.

MDF çimentoların üretiminde toplam malzeme miktarının %80 kadarını çimento

teşkil eder. Bu anlamda çimento için MDF de ana unsurdur denilebilir. Bu tür

çalışmalarda en yüksek eğilme dayanımları kalsiyum alüminatlı çimentolarla elde

edilmiştir. İkinci sırada geleneksel çimento olarak da bilinen Portland çimentosu

gelir. Başka çimento türleri de denenmesine rağmen en iyi sonuçlar kalsiyum

alüminatlı çimentolarla yapılan üretimlerden elde edilmiştir.

21

3.2.1.1 Kalsiyum alüminatlı çimentolar

Alüminli çimentolar boksit ile kalkerin ergitilinceye kadar pişirilmesi ile elde edilir.

Boksit denilen doğal malzemenin içinde %50 den fazla alümin bulunmasından dolayı

bu çimento türü % 30 dan fazla Al2O3 içerir. Bu bileşenin reaksiyonları sonucunda

Ca(OH2) nin meydana gelmemesi en önemli özelliğidir, böylece bu tür çimentolar

yüksek mukavemete sahip olur. Bu çimento türleri ana amaç olarak sülfat etkisine

dayanıklı uygulamalar için geliştirilmiş ve tercih edilmiştir. Yüksek ve düşük

sıcaklıklarda uygulanabilirliği, erken dayanım kazanması diğer önemli özellikleri

arasında yer almaktadır. Bu çalışmada ve diğer çalışmalarda da (Birchall ve

arkadaşları,1983) bu tür çimento ile yapılan üretimlerden elde edilen dayanımların

daha yüksek olduğu kanıtlanmıştır. Buna sebep olarak da kullanılan polimerler ve

alüminyum iyonları ile kurdukları çapraz bağlar gösterilmiştir (Popoola ve

ark.,1991;Birchall ve arkadaşları,1983). Farklı alüminat çimentoların bileşimleri

çizelge ile gösterilmiştir (Çizelge 3.2).

Çizelge 3.2 : Kalsiyum alüminatlı çimento bileşenleri (%)

Çimento

tipleri Al2O3 CaO Fe2O3 FeO SiO2 TiO2 MgO

K2O+

Na2O

SO3

Erimiş

Çimento

38-40 37-39 15-18 3-6 3-5 2-4 <1.5 <0.4 <0.2

%40

Alüminli

40-45 42-48 <10 <5 5-8 ~2 <1.5 <0.4 <0.2

%50

Alüminli

49-55 34-39 <3.5 <1.5 4-6 ~2 ~1 <0.4 <0.3

%50 Al2O3 50-55 36-38 <2 <1 4-6 ~2 ~1 <0.4 <0.3

%70

Alüminli

69-72 27-29 <0.3 <0.2 <0.8 <0.1 <0.3 <0.5 <0.3

%80

Alüminli

79-82 17-20 <0.25 <0.2 <0.4 <0.1 <0.2 <0.7 <0.2

22

Isıdaç 40 çimentosu

EN 14647 Standardı’na uygun kalsiyum alüminatlı Isıdaç 40 çimentosunun alümina

içeriği %40’tır (Çizelge 3.3). Yüksek hidratasyon ısısı ile çok soğuk havalarda (-10

C) bile kullanımına imkan veren Isıdaç 40 çimentosunun,altı saatlik basınç dayanımı

ise 40-55 MPa , 28 günlük basınç dayanımı ise 95 MPa’dır. Havalanı pistlerinde ,

köprülerde,baraj savaklarında ,otoyollar ve döşeme yollarda,madencilikte ,boru ve

atık su mühendislik uygulamalarında,kimyasal etkilere karşı dirençli olması

nedeniyle kanalizasyon sistemlerinin iç kaplamalarında endüstriyel kazanlarda,

merdivenlerde,lentolar ve hatıllarda,toplama rögarlarında,kısa sürede hizmete

girmesi gereken zemin kaplamalarında ,sıva ve çeşitli onarım işlerinde ,sülfatlı sulara

ve deniz suyuna maruz kalan beton elemanlarında kullanılır. Refrakter endüstrisinde

,refrakter harçların üretiminde ,fırın şömine ve endüstriyel kazanlarda kullanılır.

Ayrıca portland çimentosu ile karıştırılarak tamir ve tespit işlerinde,pencere boşluk

aynası mesnetlerinde su sızıntılarının engellenmesinde de kullanılır

Çizelge 3.3 : Isıdaç kimyasal bileşimi (%)

Al2O3 40.70

SiO2 43.862

Fe2O3 17.00

CaO 38.20

MgO 0.80

TiO2 0.453

SO3 0.02

Na2O 0.02

K2O 0.05

Fiziksel Özellikler

6 saat 24 saat 28 gün

Basınç dayanımı 55 - 95 Mpa

Eğilme dayanımı 6 7,5 9,5 MPa

23

Secar 71 çimentosu

Secar 71 kararlılığı oldukça yüksek ,işlenebilirliği optimum seviyede ,yüksek

sıcaklıklara ve aşınmalara dayanımı ve katkı uyumunun çok iyi olması gibi

nedenlerle ,özellikle refrakter üreticileri tarafından tercih edilen saf sinterlenmiş bir

çimentodur. Açık renkli olması nedeni ile de tercih edildiği görülür.

Çizelge 3.4 : Secar 71 kimyasal bileşimi

(Temel BileĢenler %) Genel Aralık Spesifikasyon

Al2O3 68,7-70,5 >68,5

CaO 28,5-30,5 <31

SiO2 0,2-0,6 <0,8

Fe2O3 0,1-0,3 <0,4

MgO <0,5 -

TiO2 <0,4 -

SO3 <0,3 -

K2O+Na2O <0,5 -

Secar 80 çimentosu

Secar 80 yüksek refrakter performans beklenilen uygulamalarda, mekanik şok

direncine ve yüksek sıcaklığa karşı dayanım istenilen çalışmalarda yada hızlı

sertleşme istenilen uygulamalarda tercih edilen yüksek alümina içerikli bir

çimentodur.

24

Çizelge 3.5 : Secar 80 kimyasal bileşimi

(Temel BileĢenler %) Genel Aralık Spesifikasyon

Al2O3 79,5-82,5 >79

CaO 16,2-17,8 <19,5

SiO2 <0,35 <0,4

Fe2O3 <0,2 <0,3

MgO <0,5 -

TiO2 <0,3 -

SO3 <0,3 -

K2O+Na2O <0,7 -

Standart EN 196-2 Çimento test metodu

3.2.2 Çinko stearat

Çinko stearat (çinko tuzu) su itici bir metal sabundur. Şeffaf beyaz toz

görünümlüdür. Suda çözünemez. Alkol ve eter gibi polar çözücülerle çözünemez

fakat benzen ve klorlu hidrokarbonlar gibi aromatik hidrokarbonlarla ısındığında

çözünebilme özelliğine sahiptir. Metal sabunları arasında en güçlü kalıp ayırıcı (dış

kaydırıcı) ajandır. Elektrolit ve hidrofobik etkisi vardır. Kullanım alanları:

1. Kauçuk ve plastik endüstrisi temel kullanım alanıdır.

2. Boya endüstrisinde parlaklığı artırıcı bir bir ajan olarak kullanılır.

3. Kauçuk, poliüretan ve polyester işleme sistemlerinde metal ayırıcı ajan olarak,

4. Aktivatör sistem olarak sülfür ve hızlandırıcılar sayesinde kauçuk sertleştirmede

kullanılır.

5. Kozmetik sektöründe kullanılır.

6. Yüzey kaplamalarında kaydırıcı ve su itici olarak kullanılır.

7. Çimento esaslı harçlarda su itici ve işlenebilirlik artırıcı olarak kullanılır.

25

3.2.3 Kalsiyum stearat

Kalsiyum stearat, doğal bir Kalsiyum sabunudur. Beyaz şeffaf toz halinde ve

kokusuzdur. Kalsiyum stearat'ın suya karşı dirençli (hidrofobik) etkisi vardır ve iç

kaydırıcıdır. Kullanım alanları:

Plastik ve kauçuk sektöründe

Boya üretiminde

Kozmetik sektöründe

Yapılarda beton içinde, su yalıtım malzemesi olarak kullanılır.

3.2.4 Emülgatör ve özellikleri

Emülgatörler uçlarından birisi yağı seven (hidrofobik) diğeri suyu seven (hidrofilik)

moleküllerdir. Yağın ve suyun iyi bir şekilde birbirine karışmasını sağlayarak

kararlı, homojen ve topaksız bir emülsiyon meydana getirirler.

Eski Yunanlılar, balmumunun emülgatör etkisini kozmetik ürünlerde kullanmışlardı

ve yumurta sarısı 19. yüzyıl başlarında muhtemelen gıda üretiminde kullanılan ilk

emülgatördü. Yumurta sarısının oldukça kısa süren kararlığından dolayı, imalatçılar

1920' lerden bu yana önemli bir gıda ürünü olan soya fasulyesinden elde edilen

lesitini daha çok tercih etmişlerdir. Fakat emülgatörler için ani ve önemli gelişme

bundan 10 yıl sonra, yağ asit türevleri (mono- ve di-gliseritler) ortaya çıkarıldığında

yaşandı. 1936 yılında emülgatörlerin dondurma üretiminde kullanımları patent

almıştır. Şimdilerde, emülgatörler gıda katkı maddeleri, margarin, mayonez, kremalı

soslar, şeker , işlenmiş paketli gıdalar, şekerlemeler ve fırın ürünleri gibi birçok gıda

ürününün imalatında önemli rol oynarlar.

3.2.5 PVA

Kullanılan polimer PVA (polivinil alkol ko-vinil asetat) olup ticari ismi Nippon

Gohsei tarafından üretilen KH-17 Gohsenol’dür. KH-17, 78.5-81.5 %mol hidroliz

derecesi ve iyi bir polimerizasyona sahip, MDF üretiminde en çok kullanılan

polimerdir. Karışıma eklenen bir diğer malzeme gliserol olup, miktarı PVA’nın %1 i

kadardır. Bu malzeme topaklanmayı önleyici ve işlenebilirliği kolaylaştırıcı etkiye

sahiptir.

26

3.2.6 Steron FVIII

Steron F8 yüksek termal kararlılığa sahip olan bir tür termoplastik reçinedir.

Özellikle refrakter ve aşındırıcı malzeme üretiminde bağlayıcı olarak kullanılır.

3.3 MDF Çimento Kompozit Üretim Basamakları

MDF çimentoların üretiminde Ekincioğlu,Ö. (2008) tarafından geliştirilen yöntem

uygulanmıştır.

3.3.1 KarıĢtırma iĢlemi

1. Çimento ve PVA, su ve gliserol karışımının eklenmesinden önce, hız kademesi 1

deyken 1 dakika boyunca karıştırılır.

2. Su ve gliserol eklendikten sonra ortaya çıkan karışım orta dereceli hızda (Hız

kademesi 1) nemlenme oluşuncaya kadar, iki dakika karıştırılır.

3. Karışım 2. Hız kademesinde 2 dakika daha karıştırılır.

3.3.2 Kalenderden geçirme iĢlemi

1. Kalender aletinin merdanelerine 80 Co sıcaklıkta ön ısıtma uygulanır (Şekil 3.1)

2. Merdaneler arası açıklık 0,25 mm. ye, kenar korumları 25 cm ye ayarlanır.

3. İki merdaneli makine çalıştırılır ve merdanelerin hızı 25:20 a (ön:arka) ayarlanır.

4. Karışım 2 kez geçirilir, kesme açıklığı iki merdane için de 0,50 mm’ye

yükseltilir ve kesim yapılır ve iki kez daha geçirilir.

27

ġekil 3.1 : Kalenderleme makinası

5. Merdanlerin hızları 40:20 (ön:arka) ye değiştirilir ve 15 saniye boyunca kesmeden

karışım merdanelerden geçirilir, 15. saniye de kesilir.

6. Karışım 90o döndürülür ve 15 saniye boyunca kesmeden merdanelerden geçirilir.

7. Merdanelerin hızları 25:20 a değiştirilir ve kesme açıklığı (1,7 mm’ye) yükseltilir.

8. Karışım her seferinde 90o çevrilerek ve üçe katlama yapacak şekilde 10 kez

geçirilir.

9. Kesme açıklığı iki dönüşe (1,50 mm’ye) düşürülür ve merdanelerin hızı 20:20 ye

değiştirilir.

10.Karışım , döndürme veya katlama olmadan iki kez daha geçirilir

11. Levha, istenen boyutlarda (10cmx10cm) kesilir.

3.3.3 Yüksek sıcaklıkta basınç uygulama iĢlemi

15. MDF çimento levhaları iki çelik levha arasına yerleştirilir ve 5 MPa basınç

altında ve 80 ºC sıcaklıkta 20 dakika tutulur. Şekil 3.2 (a) b)

16. Levhalar sıcak presten çıkarılır ve katılaşmış kompozit levha, yine çelik levhalar

arasında ve 80 ºC ısıtılmış etüvde 24 saatliğine kür edilir.

28

ġekil 3.2 (a) : Basınç Aleti

17. 24 saatin sonunda etüvden çıkarılan MDF plakalar,numune elde etmek için

kesme işlemine tabi tutulur Şekil 3.2 (a) ve (b).

ġekil 3.2 (b) : Etüv

29

3.3.4 Numune hazırlama prosedürü

Üretimden bir gün sonra 31 mm iç çaplı karot makinası ile MDF plakalarından

kesilerek dairesel örnekler elde edildi (Şekil 3.3).

ġekil 3.3 : Karot

Numuneler eşit sayıdaki dağılımlarla 7 gün ve 28 günlük süreçlerde yarısı test

tarihine kadar kurutucu olarak silika jel kullanılan desikatörde saklandı, diğer yarısı

saf suda bekletildi.

3.4 Numune Üretimleri

On dört farklı MDF çimento karışımı hazırlanmıştır. Bunlardan karışım

miktarlarında ekleme/değişiklik olan numuneler S-EMLS, ZnSt1, ZnSt2, ZnSt3,

CaSt1, CaSt dir ve ZnSt1-1 ve ZnSt2-2 üretimleri diğerlerinden farklı olarak 120 ºC

lik etüvde kür edilmiştir. Tüm karışımların ağırlık ve yüzde olarak içerikleri, yapılan

işlemlerin anlatımından önce çizelge halinde sunulmuştur.

3.4.1 ġahit numune üretimi

Bu numunelerin her birisi farklı bir cimento ile üretilmiş ve 3 farklı çimento

kullanılmıştır.

30

Çizelge 3.6 : Şahit Numune Üretimi

Numune

Adı

Malzeme

Adı

Yoğunluk

(g/cm3)

(g) (%)

S0

S71

S80

Isıdaç 40 3,22

300

84.2

Secar 71 1.23 84.2

Secar 80 1.07 84.2

PVA 1.30 21 5.89

Gliserol 1.26 2.10 0.59

Su 1.00 33 9.32

3.4.2 Çinko stearatlar ile yapılan üretimler

Çinko stearat kullanılarak 3 farklı bileşimde üretim yapıldı (Çizelge 3.7). Bu

karışımlarda ek madde olarak çinko stearat kullanıldı. ZnSt1-1 ve ZnSt2-2 kodlu

numunelerin bileşimi ZnSt1 ve ZnSt2 deki gibi olup tek farkları 120 ºC de 24 saatlik

kür uygulanmasıdır.

Çizelge 3.7 : Çinko stearatlar ile yapılan üretimler

Numune

Adı

Malzeme

Adı

Yoğunluk

(g/cm3)

(g) (%)

ZnSt1

ZnSt2

ZnSt3

ZnSt1-1

ZnSt2-2

Isıdaç 40 3.22 300 83.8

PVA 1.30 21 5.86

Gliserol 1.26 2.10 0.59

Su 1.00 33 9.2

Çinko

Stearat

1.09 2.1 0.58

Çinko

Stearat

1.09 4.2 1.17

Çinko

Stearat

1.09 1.05 0.29

Çinko

Stearat

1.09 2.1 0.58

Çinko

Stearat

1.09 4.2 1.17

31

3.4.3 Kalsiyum stearatlı üretimler

Kalsiyum stearat kullanılarak 2 farklı bileşimde üretim yapıldı (Çizelge 3.8). Bu

karışımlarda ek madde olarak kalsiyum stearat kullanıldı.

Çizelge 3.8 : Kalsiyum stearatlı üretimler

Numune

Adı

Malzeme Adı Yoğunluk

(g/cm3)

(g) (%)

CaSt1

CaSt2

Isıdaç 40 3.22 300 83.8

PVA 1.30 21 5.86

Gliserol 1.26 2.10 0.59

Su 1.00 33 9.2

Kalsiyum

Stearat

1.12 2.1 0.58

Kalsiyum

Stearat

1.12 4.2 1.17

3.4.4 Emülgatörlü üretim

Bu karışımda katkı olarak emülgatör kullanıldı (Çizelge 3.9).

Çizelge 3.9 : Emülgatörlü bileşimde karışım oranları

Numune

Adı


(g/cm3)

(g) (%)

S-EMLS

Isıdaç 40 3.22 100 83.3

PVA 1.30 7 5.82

Gliserol 1.26 0.7 0.58

Su 1.00 11 9.14

Emulsifier

1.4 1.16

32

3.4.5 Steron FVIII üretimi

Bu karışımda katkı olarak Streron FVIII (toz formda) kullanıldı (Çizelge 3.10).

Çizelge 3.10 : Steron FVIII üretimi

Numune Adı Malzeme Adı Yoğunluk

(g/cm3)

(g) (%)

STR FVIII

Isıdaç 40 3.22 300 83.7

PVA 1.30 21 5.8

Gliserol 1.26 2.10 0.58

Su 1.00 33 9.2

Steron FVIII

2.1 0.72

3.4.6 Su itici katkılı üretim

Bu karışımda ek madde olarak VH 92 su itici çözelti kullanıldı (Çizelge 3.11).

Çizelge 3.11 : Su itici katkılı üretim

Numune

Adı


(g/cm3)

(g) (%)

S-VH92

Isıdaç 40 3.22 300 84.9

PVA 1.30 21 6.1

Gliserol 1.26 2.10 0.59

Su 1.00 15 4.2

VH92

15 4.2

3.5 Yapılan Deneyler

3.5.1 Ġki eksenli eğilme dayanımı testi

Iki eksenli eğilme dayanımı test ASTM F-394 e göre her bir numune için yapılmıştır

(Şekil 3.4) 1 kN yük hücresi ile donatılmış bir Instron marka Universal test makinesi

0.2 mm/dak arası bir başlık hızı ile numunelerin eğilme dayanımını test etmek için

kullanılmıştır.

33

ġekil 3.4 : Universal test aleti

3.5.2.Su emme deneyi

Su emme deneyi için daha önce kesilmiş ve desikatörde bekletilmiş numuneler

arasından rastgele seçim yapılarak su emme deneyi gerçekleştirilmiştir. Çizelgedan

da görüleceği üzere numunelerin kuru haldeki çapları, ağırlıkları ve kalınlıkları

ölçülmüş, su emme deneyinde bu değerler baz alınmıştır (Çizelge 3.12).

Çizelge 3.12 : Su emme deneyi için seçilen numunelerin kuru haldeki ölçümleri

Numune Adı Çap(mm) Ağırlık(g) Kalınlık(mm)

ZnSt3 28.03 3.20 2.01

ZnSt1 27.64 3.15 2.02

StrFVIII 28.12 3.36 2.54

S0 27.79 3.45 2.07

S71 27.92 2.56 1.66

CaSt1 27.90 3.23 2.17

CaSt2 28.01 3.04 1.96

ZnSt1-1 28.08 3.48 2.28

SVH92 27.76 3.35 2.34

34

4. DENEY SONUÇLARI VE TARTIġILMASI

4.1 Katkı Maddelerinin Etkileri

4.1.1 Çimento türünün etkisi

Kullanılan çimento türleri ve dayanımları gösterilen grafikten de görüleceği üzere en

yüksek dayanım Secar 71 ile üretilen numuneye ait olup ikinci sırada Isıdaç ve

üçüncü sırada Secar 80 yer almaktadır (Şekil 4.1).

ġekil 4.1 : Çimento türünün üretimdeki etkisi

4.1.2 Çinko stearat etkisi

Kullanım oranları daha önce çizelge halinde verilen çinko stearat üretimlerinden en

yüksek dayanım ZnSt1 kod numaralı numuneden elde edilmiştir. Aşağıdaki

karşılaştırmalı grafikten de görüleceği üzere ikinci yüksek dayanım ZnSt3 kod nolu

0

50

100

150

200

S0 S71 S80

165175

5164 59

76

(MP

a)

Kuru dayanım Dayanım azalış (%)

35

ġekil 4.2 : Çinko stearatın üretimdeki etkisi

4.1.3 Kalsiyum stearat etkisi

Kalsiyum stearatlı iki üretim için en yüksek dayanım CaSt 1e aittir. Buradan

kalsiyum stearat miktarının artışı ile dayanım kaybının arttığı söylenebilir. Dayanım

azalışı, şahit numuneye oranla, kalsiyum stearatlı üretimde daha fazla gözlenmiştir

(Şekil 4.3).

ġekil 4.3 : Üretimde kalsiyum stearat etkisi

0

50

100

150

200

ZnSt1 ZnSt2 ZnSt3

131120

100

5743

16

(MP

a)


0

50

100

150

200

CaSt1 CaSt2 S0

141

112

153

7764 68

(MP

a)


36

4.1.4 Su itici katkı etkisi

Kullanılan çözelti hidrofobik, su bazlı Floro akrilik polimer esaslı bir malzemedir.

Yapılan eğilme testlerinden alınan sonuçlara ve şahit numuneye göre, kullanılan

çözeltinin üretimde çok önemli bir sonuç vermediği söylenebilir (Şekil 4.4).

ġekil 4.4 : Üretimde su itici katkı etkisi

4.1.5 Gliserol’un etkileri

MDF üretiminde gliserol genellikle plastize edici olarak kullanılır (Donatello ve

ark.,2009). Gliserol (gliserin), basit poliol yapısında, renksiz, kokusuz ve akışkan

yapılı bir sıvıdır. Gliserolün suda erimesini sağlayan ve higroskopik yapısını veren

üç adet hidrofilik hidroksil grubu bulunmaktadır.

Gliserolün PVA üzerindeki plastize edici mekanizması direkt ve indirekt olmak

üzere ikiye ayrılır. CAC-PVA sistemlerde gliserolün kullanılması havanın

uzaklaştırılması açısından faydalı bulunmuştur (Russell, 1991).

4.2 Ġki Eksenli Eğilme Dayanımı Test Sonuçları

Her bir üretim için ve standart sapmanın (σ) yanı sıra , 7 ve 28 gün için varyasyon

(V) ve her bir üretim için tüm ortalama iki eksenli eğilme dayanımı sonuçları (S)

(Çizelge 4.1) ve (Çizelge 4) de görülebilir.

0

50

100

150

200

SVH92

75

31

(MP

a)


37

Çizelge 4.1 : İki Eksenli Eğilme Dayanımı Test Sonuçları (7 günlük)

No KURU DAYANIM YAġ DAYANIM

1 Üretim S¯(MPa) σ(MPa) V(%) S¯(MPa) σ(MPa) V(%)

2 S0 165,10 8,01 4,85 60,10 9,66 16,06

3 S71 174,87 16,05 9,18 72,28 14,59 20,19

4 S80 51,17 2,06 4,03 12,07 4,07 33,76

5 ZnSt1 131,43 8,10 6,16 57,12 7,19 12,59

6 ZnSt2 120,24 18,53 15,41 68,62 10,10 14,72

7 ZnSt3 99,61 15,05 15,10 83,26 12,83 15,41

8 CaSt1 101,72 11,33 11,13 63,08 14,82 23,49

9 CaSt2 93,75 9,09 9,69 51,29 6,89 13,43

10 S01 165,33 8,73 5,28 66,65 10,26 15,40

11 S01DMSO 165,33 8,73 5,28 24,84 6,58 26,49

12 S-EMLS 115,57 19,54 16,91 - - -

13 ZnSt1-1 76,24 18,94 24,85 61,48 12,56 20,43

14 ZnSt2-2 57,20 7,20 12,59 50,34 1,31 2,61

15 SVH92 75,38 24,84 32,95 52,37 8,36 15,96

16 STRF8 83,71 8,52 10,18 28,72 2,11 7,37

38

ġekil 4.5 (a) : Şahit numune 7 günlük dayanımlar

ġekil 4.5 (b) : Şahit numune 7 günlük dayanımlar

Şahit numune olarak da kabul edilen S0 numunesi için, 7 gün sonunda uygulanan

eğilme testi sonuçları ile çizilen grafiğe bakılacak olursa ilk 7 günde, su içinde

saklanan numuneler kuru numunelere oranla dayanımlarının yaklaşık %60 ını

kaybetmiştir. Üretiminde Secar 71 alüminli çimentosu kullanılarak elde edilen

numuneler kuru ve yaş gruplar halinde saklanmış ve 7 gün sonunda eğilme deneyine

tabi tutularak yukarıdaki grafik elde edilmiştir. Buradan görüleceği üzere

numunelerde kuru duruma oranla %59 civarı bir dayanım kaybı oluşmuştur.

Secar 80 çimentosu kullanılan S80 kod numaralı üretimden elde edilen numunelerin

7 günlük yaş ve kuru eğilme dayanımı değerleri yukarıdaki grafikte görüldüğü gibi

olup bu üretimde dayanım kaybı %76 civarındadır (Şekil 4.5 (a) ve (b)).

0

50

100

150

200

S0 S71 S80

165175

5160

72

12

(MP

a)Kuru dayanım Yaş dayanım

0

50

100

150

200

S0 S71 S80

165175

5164 59

76

(MP

a)


39

ġekil 4.6 (a) : Çinko steratlar 7 günlük dayanım

ġekil 4.6 (b) : Çinko steratlar 7 günlük dayanım

Isıdaç 40 çimentosu kullanılarak ve çeşitli oranlarda çinko stearat katılarak üretimi

yapılan ve 80 ºC de kür edilen numunelerin 7 günlük kuru ve yaş eğilme dayanımları

grafikteki gibidir. Buradan bu üç üretim arasında en yüksek dayanımın ZnSt1 kod

numaralı üretimden,daha sonra da ZnSt3 kod numaralı üretimden elde edildiği

söylenebilir. Ancak yine görüleceği üzere yüksek eğilme dayanımı elde edilmesine

karşın bu iki üretimin dayanım azalışı ZnSt2 kod numaralı üretiminkinden fazladır

(Şekil 4.6 (a) ve (b)).

0

50

100

150

ZnSt1 ZnSt2 ZnSt3

131120

100

5769

83

(MP

a)

Kuru dayanım Yaş dayanım

0

50

100

150

200

ZnSt1 ZnSt2 ZnSt3

131120

100

5743

16

(MP

a)


40

ġekil 4.7 (a) : Kalsiyum stearatlar 7 günlük dayanım

ġekil 4.7 (b) : Kalsiyum stearatlar 7 günlük dayanım

Isıdaç 40 çimentosu kullanılarak ve iki ayrı oranda kalsiyum stearat katılarak üretimi

yapılan ve 80 ºC de kür edilen numunelerin 7 günlük kuru ve yaş eğilme dayanımları

grafikteki gibidir. Grafikten de görüleceği üzere CaSt1 kod numaralı üretimin

dayanım azalışı diğerine göre daha azdır (Şekil 4.7 (a) ve (b)).

0

50

100

150

CaSt1 CaSt2

10294

6351(M

Pa)


0

50

100

150

200

CaSt1 CaSt2

10294

38 45

(MP

a)


41

ġekil 4.8 (a) : Çinko stearatlar farklı kür 7 günlük dayanım

ġekil 4.8 (b) : Çinko stearatlar farklı kür 7 günlük dayanım

Diğer çinko steratlı üretimlerden ZnSt1 ve ZnSt2 ile katkı oranları aynı olan ZnSt1-1

ve ZnSt2-2 kod numaralı üretimlerin birbirleri ile karşılaştırmalı grafikleri yukarıda

görüldüğü gibidir. Aynı karışım oranlı ZnSt1-1 ve ZnSt2-2 kod numaralı üretimlerin

tek farkı 120 C de kür edilmesidir. Grafikten anlaşılacağı üzere daha sıcak bir kür

uygulaması dayanım kaybını artırıcı etki yapmıştır (Şekil 4.8 (a) ve (b)).

0

50

100

150

ZnSt1 ZnSt2 ZnSt3 ZnSt1-1 ZnSt2-2

131120

100

76

575769

83

6150(M

Pa)


0

50

100

150

200


131120

100

76

575743

16 1912

(MP

a)


42

ġekil 4.9 (a) : Şahit numune DMSO etkisi 7 günlük dayanım

ġekil 4.9 (b) : Şahit numune DMSO etkisi 7 günlük dayanım

S0 ile aynı karışım oranına sahip olan S01 üretiminden elde edilen bir grup numune

7 gün desikatörde bekletildikten sonra, diğer bir grup numune 28 gün desikatörde

bekledikten sonra, üçüncü grup önce 7 gün DMSO da sonra 7 gün suda bekletilerek

son grup ise 28 gün DMSO da sonra 28 gün suda bekletilerek eğilme dayanımı

testine tabi tutulmuştur. Buradaki grafik 7 günlük kuru dayanım ve 7 gün DMSO

sonra 7 gün suda bekletilerek elde edilen numunelerin test dayanımının

karşılaştırmalı sonuçlarıdır Şekil 4.9 (a) ve (b).

0

50

100

150

200

S01 S01 DMSO

165 165

67

25

(MP


0

50

100

150

200

S01 S01 DMSO

165 165

60

85(MP

a)


43

ġekil 4.10 (a) : Şahit numune ve emülgatörlü üretim 7 günlük dayanım

ġekil 4.10 (a) ve (b) : Şahit numune ve emülgatörlü üretim 7 günlük dayanım

Emülgatör kullanılarak üretimi yapılan S-EMLS kod numaralı üretimin amacı su

etkisi olmadan 7 günlük ve 28 günlük kuru değerlerin değişimini göstermekti.

Buradan anlaşılacağı üzere şahit numuneye oranla dayanımda bir artış olmamıştır.

Ancak su etkisi olmadan da 28 günlük dayanımların, 7 günlük dayanımdan yüksek

olduğu gösterilmiştir (Şekil 4.10 (a) ve (b)).

0

50

100

150

S-EMLS7 S-EMLS28

116

139

(MP

a)

Kuru dayanım Kuru dayanım

0

50

100

150

200

S-EMLS7 S0

116

165

(MP

a)

Kuru dayanım Kuru dayanım

44

ġekil 4.11 : Tüm üretimlerin 7 günlük grafikleri


1.S0 2.S71 3.S80 4.ZnSt1 5.ZnSt2 6.ZnSt3 7.CaSt1 8.CaSt2 9.S01 10.ZnSt1-1 11.ZnSt2-2 12.S01 DMSO 13.STRF8 14.SHV92

0

50

100

150

200

S0 S71 S80 ZnSt1 ZnSt2 ZnSt3 CaSt1 CaSt2 S01 ZnSt1-1

ZnSt2-2

S01 DMSO

STRF8 SHV92

165175

51

131120

100 10294

165

76

57

165

8475

6072

12

5769

83

6351

67 6150

25 29

52


0

50

100

150

200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

165175

51

131120

100 10294

165

76

57

165

8475

64 59

76

5743

16

3845

60

1912

85

66

31

(MPa)


45

İki eksenli eğilme dayanımı testine ait sonuçlar Çizelge 4.2 de görüldüğü gibidir.

Çizelge 4.2 : İki eksenli eğilme dayanımı test sonuçları (28 günlük)

No KURU DAYANIM YAġ DAYANIM

1 Üretim S¯(MPa) σ(MPa) V(%) S¯(MPa) σ(MPa) V(%)

2 S0 153,37 15,82 10,32 49,67 10,41 20,96

3 S71 165,51 18,49 11,17 49,08 4,14 8,43

4 S80 55,45 4,12 7,44 15,75 3,31 21,04

5 ZnSt1 122,77 10,80 8,79 51,62 1,91 3,70

6 ZnSt2 103,41 9,63 9,31 40,68 5,09 12,50

7 ZnSt3 107,71 18,74 17,40 39,40 2,70 6,85

8 CaSt1 141,33 10,28 7,27 32,66 7,22 22,11

9 CaSt2 111,70 13,82 12,38 40,65 6,95 17,10

10 S01 157,74 10,15 6,43 50,60 14,32 28,30

11 S01

DMSO

157,74 10,15 6,43 31,60 7,29 23,07

12 S-EMLS 138,93 5,84 4,21 - - -

13 ZnSt1-1 135,73 14,22 10,48 53,56 3,05 5,70

14 ZnSt2-2 111,76 10,16 9,09 40,25 3,65 9,08

15 SVH92 88,36 24,92 28,20 23,09 6,58 28,47

16 STRF8 86,72 10,24 11,81 45,88 8,86 19,31

Elde edilen 28 günlük verilere göre, şahit numuneler arasında en çok dayanım kaybı

S80 kod numaralı numunede gözlenmiş, en iyi dayanım değerleri ise S0 kod

numaralı numuneden elde edilmiştir (Şekil 4.14 (a) ve (b)).

46

ġekil 4.13 (a) : Şahit numuneler 28 günlük dayanım

ġekil 4.13 (b) : Şahit numuneler 28 günlük dayanım

28 günlük grafik değerlerinden de görüleceği üzere dimetilsülfoksit ve su kürü

yapılan numunede, sadece su kürü yapılana oranla daha fazla dayanım kaybı

gözlenmiştir.

0

50

100

150

200

S0 S71 S80

153166

5550 49

16


0

50

100

150

200

S0 S71 S80

153166

5568 70 72

Kuru dayanım Dayanım azalış(%)

47

ġekil 4.14 (a) : Şahit numune ve DMSO 28 günlük dayanım

ġekil 4.14 (b) : Şahit numune ve DMSO 28 günlük dayanım

Tüm çinko stearatlı üretimlerden elde edilen 28 günlük grafikten de görüleceği üzere

en yüksek eğilme dayanımı ZnSt1-1 kod numaralı numuneden ve en düşük eğilme

dayanımı ise ZnSt2 kod numaralı numuneden elde edilmiştir. Tüm çinko stearatlı

üretimler için dayanım kaybı değer olarak birbirine yakındır Şekil 4.16 (a) ve (b).

0

50

100

150

200

S01 S01 DMSO

158 158

5132

(MP

a)


0

50

100

150

200

S01 S01 DMSO

158 158

6880

(MP

a)


48

ġekil 4.15 (a) : Çinko stearatlar 28 günlük dayanım

ġekil 4.15 (b) : Çinko stearatlar 28 günlük dayanım

0

50

100

150


123

103 108

136

112

5241 39

54

40MO

R (

MP


0

50

100

150

200


123

103 108

136

112

58 61 63 61 64MO

R (

MP

a)


49


1.S0 2.S71 3.S80 4.ZnSt1 5.ZnSt2 6.ZnSt3 7.CaSt1 8.CaSt2 9.S01 10.ZnSt1-1 11.ZnSt2-2 12.S01 DMSO 13.STRF8 14.SHV92

4.3 Su Emme Deneyi Sonuçları

Kuru haldeki ölçümleri daha önce yapılmış ve çizelge halinde sunulmuş olan

numunelerin ilk 12 saat, 24 saat, 48 saat ve 7 günlük ölçümleri yine çizelge halinde

aşağıda verilmiştir.

Çizelge 4.3 : Su emme deneyi için seçilen numunelerin 12 saatlik yaş ölçümleri


ZnSt3 28.43 3.21 2.09

ZnSt1 27.74 3.20 2.08

StrFVIII 28.29 3.45 2.58

S0 28.01 3.50 2.13

S71 27.98 2.59 1.74

CaSt1 28.11 3.25 2.25

CaSt2 28.05 3.05 2.04

ZnSt1-1 28.13 3.49 2.39

SVH92 28.00 3.39 2.38

0

50

100

150

200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

165175

51

131120

100 10294

165

76

57

165

8475

64 59

76

5743

16

3845

60

1912

85

66

31

(MPa)


50



ZnSt3 28.44 3.23 2.10

ZnSt1 27.75 3.23 2.13

StrFVIII 28.30 3.57 2.66

S0 28.03 3.52 2.17

S71 27.99 2.62 1.78

CaSt1 28.13 3.27 2.30

CaSt2 28.06 3.07 2.11

ZnSt1-1 28.14 3.51 2.43

SVH92 28.01 3.44 2.39



ZnSt3 28.46 3.24 2.14

ZnSt1 27.80 3.23 2.13

StrFVIII 28.32 3.59 2.66

S0 28.24 3.52 2.12

S71 28.01 2.62 1.86

CaSt1 28.14 3.27 2.31

CaSt2 28.20 3.07 2.11

ZnSt1-1 28.14 3.52 2.48

SVH92 28.05 3.45 2.41

Bu sürelerde alınan sonuçlara göre, numunelerde ağırlık, çap ve hacim artışı

gözlenmiştir. Bu artışlar numunelerin ilk 12 saatlik yaş ölçümlerinde en fazla

seviyede olmuştur. Deney süresince numunelerin bekletildiği kaptaki su yüzeyinde

film tabakası gözlenmiştir.

51

Çizelge 4.6 : Su emme deneyi için seçilen numunelerin 7 günlük yaş ölçümleri


ZnSt3 28.47 3.25 2.19

ZnSt1 28.02 3.29 2.18

StrFVIII 28.46 3.72 2.98

S0 28.50 3.56 2.27

S71 28.07 2.72 1.95

CaSt1 28.86 3.33 2.38

CaSt2 28.52 3.09 2.16

ZnSt1-1 28.15 3.54 2.55

SVH92 28.32 3.63 2.47

ġekil 4.17 : Su emme deneyi için seçilen numunelerin 7 günlük yaş çap ölçümleri

0 2 4 6 8 10

27.6

27.7

27.8

27.9

28

28.1

28.2

27.9

28

28.1

28.2

28.3

28.4

28.5

28.6

28.7

28.8

28.9

29

0 2 4 6 8 10

7gün

kuru

52

ġekil 4.18: Su emme deneyi için seçilen numunelerin 7 günlük yaş ağırlık ölçümleri

ġekil 4.19 : Su emme deneyi için seçilen numunelerin 7 günlük yaş kalınlıkları

3.25 3.29

3.723.56

2.72

3.333.09

3.54 3.63

3.2 3.153.36 3.45

2.56

3.233.04

3.483.35

0 2 4 6 8 10

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 2 4 6 8 10

7gün

kuru

2.01 2.02

2.54

2.07

1.66

2.171.96

2.28 2.34

0 2 4 6 8 10

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 2 4 6 8 10

kuru

7gün

53

SONUÇLAR

En yüksek eğilme dayanımları ve suya karşı en iyi direnç gösteren MDF çimento

kompozitler şahit numunelerden S71 ve S0 kod numaralı olanlardır. En düşük

dayanıma sahip üretimin ise S80 kod numaralı üretim olduğu söylenebilir.

Üretimlerin 7. gün ve 28. günler arasında fazla bir dayanım farklılığı yoktur ve sudan

etkilenmeleri de az değişmiştir. Buna göre dayanım kaybının ilk günlerde çok daha

hızlı bir şekilde gerçekleştiği daha sonra kayda değer bir değişimin olmadığı

söylenebilir.

Elde edilen sonuçlara göre suya maruz kaldığı süre içerisinde çapı en çok genişleyen

numune CaSt1 kod numaralı numune, suyu en çok emen ve kalınlığı en fazla artan

numune STRFVIII kod numaralı numunedir.

Çinko stearatlı üretimlerden elde edilen değerler şahit numunelerle kıyaslandığında

kayda değer bir etkisi olmadığı söylenebilir.

Kalsiyum stearatlı üretimlerden elde edilen değerler şahit numunelerle

kıyaslandığında eğilme dayanımı değerlerinin daha düşük olduğu görülmektedir.

Şahit numune üretimlerinde kullanılan alüminli çimentolardan alümina değeri en

yüksek olan S80 kod numaralı numunenin en düşük eğilme dayanımına sahip olduğu

ve alümina değeri ile dayanımın azaldığı söylenebilir.

Çinko stearatlı üretimlerden elde edilen değerlere göre 120 C° de kür edilen

üretimler 80 C° de kür edilen, aynı bileşimli üretimlere göre daha düşük eğilme

dayanımına sahip olmuştur.

55

KAYNAKLAR

Alfani, R., Colombet, P., D'amore, A., Rizzo, N., Nicolais, L., 1999: Effect of

temperature on thermo-mechanical properties of macro-defect-free

cement–polymer composite. Journal of Materials Science. Vol. 34, pp.

5683–5687.

Birchall, J. D., Howard, A. J., Kendall, K., Raistrick, J.H. European Pat.

Specification, June 1988, B1, No. 0055035, pp. 1–17.

Birchall, J.D., 1983: Phil. Trans. R. Soc. Vol. A, No. 310, p. 31.

Birchall, J.D., Howard, A.J., Kendall, K., 1981: Flexural strength and porosity of

cements. Nature. Vol. 289, pp. 388–398.

Bortzmeyer, D., Frouin, L., Montardi, Y., Orange, G., 1995: Microstructure and

mechanical properties of macro- defect-free cements. Journal of

Materials Science. Vol. 30, pp. 4138-4144.

Cannon, C.M., Groves, G.W., 1986: ibid. 21, p. 4009.

Chung, D.D.L., 2004: Use of polymers for cement-based structural materials.

Journal of Materials Science. Vol. 39, pp. 2973-2978.

Delucchi, M., Cerisola, G., 2001: Influence of organic coatings on the stability of

macrodefect-free cements exposed to water. Construct Build Mater.

Vol. 15, pp. 351–359.

Desai, P. G., 1992: Cement polymer interactions in macro-defect-free composites,

MSc Thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign, Il.

Desai, P. G., Lewis, J. A., Bentz, D. P., 1994: Unreacted cement content in

macro-defect-free composites: impact on processing-structure-

property relations. Journal of Materials Science. Vol. 29, pp. 6445-

6452.

Desai, P.G., Lewis, J.A., Bentz, D.P., 1994: Unreacted cement content in macro-

defect-free composites: impact on processing-structure-property

relations Journal of Materials Science. Vol. 29, pp. 6445–6452.

Donatello, S., Tyrer, M., Cheeseman, C. R., 2009: Recent developments in macro-

defect-free (MDF) cements. Construction and Building Materials. Vol.

23, pp. 1761–1767.

Drábik, M., Gáliková, . L., Slade, R.C.T. in MAETA Workshop on High Flexural

Polymer-Cement Composite, edited by N. Maeda, (MAETA Ltd.,

Sakata, Japan,3–4 October 1996), pp. 107.

Drábik, M., Gáliková, L., Varshney, K. G., Quraishi, M. A., 2004: MDF

CEMENTS: Synergy of the humidity and temperature effects. Journal

of Thermal Analysis and Calorimetry. Vol. 76, pp. 91–96.

56

Drábik, M., Gáliková, L., Zimmermann, P., 1999: Attack by moisture on

advanced cement-based macroscopic defect-free materials. Journal of

Thermal Analysis and Calorimetry. Vol. 56, pp. 117-124.

Drábik, M., Mojumdar, S. C., Gáliková, L., 2001: Changes of thermal events of

macrodefect-free (MDF) cements due to the deterioration in the moist

athmosphere. Cement and Concrete Research. Vol. 31, pp. 743-747.

Eden, N.B., Bailey, J.E., 1984: J. Mater. Sei. Vol. 19, p. 2677.

Eden, N.B., Bailey, J.E., 1986: in Proceedings of the 8th International Congress

on the Chemistry of Cement. Rio de Janeiro. Vol. 4, p. 163.

Edmonds, R.N., Majumdar, A.J., 1989: The hydration of an aluminous cement

with added polyvinyl alcohol-acetate. Journal of Materials Science.

Vol. 24, pp. 3813-3818.

Ekincioğlu, Ö., 2008: Investigations of Moisture Sensitivity In Macro Defect Free

Cements,PhD Thesis.

Kendall, K., 1987: Macro Defect Free (MDF) Cements. European Journal of

Engineering Education. Vol. 12, No. 1, pp. 21-25.

Kendall, K., Howard, A. J., Birchall, J. D., 1983: The relation between porosity,

microstructure and strength, and the approach to advanced cement-

based materials. Phil. Trans. Roy. Soc. Vol. A, No. 310, pp. 139-153.

Lewis, J.A., Boyer, M., Bentz, D.P., 1994: Binder distribution in macro-defect-free

cements: relation between percolative properties and moisture

absorption kinetics. J Am Ceram Soc. Vol. 77, No. 3, pp. 711–716.

Mojumdar, S. C., 2001: Processing moisture resistance and thermal analysis of

macro- defect-free materials. Journal of Thermal Analysis and

Calorimetry. Vol. 64, pp. 1133-1139.

Mojumdar, S. C., Chowdhury, B., Varshney, K. G., Mazanec, K., 2004:

Synthesis, moisture resistance, thermal, chemical and SEM analysis of

macro- defect-free (MDF) cements. Journal of Thermal Analysis and

Calorimetry. Vol. 78, pp. 135-144.

Mojumdar, S. C., Mazanec, K., Drabik M., 2006: MACRO-DEFECT-FREE

(MDF) CEMENTS. Synthesis, thermal, chemical, SEM and

magnetometric study and moisture resistance. Journal of Thermal

Analysis and Calorimetry. Vol. 83 No. 1, pp. 135–139.

Mojumdar, S. C., Mazanec, K., Drábik, M., 2006: Macro defect free (MDF)

cements. Synthesis, thermal, chemical, SEM and magnetometric study

and moisture resistance. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry.

Vol. 83, No. 1, pp. 135-139.

Odler, I. Special Inorganic Cements, (E and FN Spon, London, New York 2000).

Section 13.3. ‘MDF cements’.

Patachia, S., Moise, G., Ozkul, M.H., Ekincioglu, O., 2009: Influence of the self

crosslinkable polymers on the properties of the macro defect free

(MDF) cements. Bulletin of the Transilvania University of Braşov.

Vol. 2, No. 51, Series l, pp. 181-186.

57

Poon, C.S., 1998: The infuence of admixtures on the microstructure and water

stability of macro-defect free cement. Journal of Materials Science

Letters. Vol. 17, pp. 1593-1595.

Poon, C.S., Groves, G.W., 1987: J. Mat. Sci. Vol. 22, p. 2148.

Popoola, O.O., Kriven, W.M., Young, J.F., 1991: High-resolution electron

microscopy and microchemical characterisation of a polyvinyl alcohol

acetate/calcium aluminate composite (macro-defect-free cement).

Ultramicroscopy. Vol. 37, No. 1–4, pp. 318–325.

Popoola, O.O., Kriven, W.M., Young, J.F., 1991: Microstructural and

microchemical characterisation of a calcium aluminate–polymer

composite (MDF cement). J Am Ceram Soc. Vol. 74, No. 8, pp.

1928–1933.

Rodger, S.A., Brooks, S.A., Sinclair, W., Groves, G.W., Double, D.D., 1985: High

strength cement pastes. Journal of Materials Science. Vol. 20, pp.

2853-2860.

Rodrigues, F.A. and Joekes I., 1998: Macro-defect free cements: A new approach.

Cement and Concrete Research. Vol. 28, No. 6, pp. 877–885.

Russell, P. P., 1991: Processing studies of Macro-Defect-Free cement and

investigation of chemical modifiers to improve the water resistance of

the composite, MSc Thesis, University of Illinois at Urbana-

Champaign, Il.

Santos, R.S., Rodrigues, F.A., Segre, N., Joekes I., 1999: Macro-defect free

cements. Influence of poly(vinyl alcohol), cement type, and silica

fume. Cement and Concrete Research. Vol. 29 , pp. 747–751.

Seco, J.I.F.G., Barra, M.R.D., 1998: Long-term deformation of MDF panels under

alternating humidity conditions. Wood Science and Technology. Vol.

32, pp. 33-41.

Sinclair, W., Groves, G.W., 1985: High strength cement pastes . Journal of

Materials Science Vol. 20, p. 2846-2852.

Titchell, I., 1991: Enviromental degradation of macrodefect-free cements. Part I

Mechanical properties investigation. Journal of Materials Science.

Vol. 26, pp. 1199-1204.

Young, J.F., 1996: in MAETA Workshop on High Flexural Polymer-Cement

Composite, Ed., N. Maeda, (MAETA Ltd., Sakata, Japan, 3–4 October

1996) p. 1.

Zhang, Y., Zhu, P.C., Edgren, D., 2010: Crosslinking reaction of poly(vinyl

alcohol) with glyoxal. J Polym Res. Vol. 17, pp. 725–730.

59

ÖZGEÇMĠġ

Ad Soyad:Selcen DALKILIÇ (GÖKAY)

Doğum Yeri ve Tarihi: 15.08.1977 Konya

Lisans Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi Müh.Mim.Fak.

Eğitimini Isparta Süleyman Demirel Üniversitesi Mühendislik Mimarlık

Fakültesi’nde tamamladı. Üniversite eğitimini tamamladıktan sonra çeşitli firmaların

şantiyelerinde görev aldı. İstanbul Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi Yapı

Mühendisliği programına kabulünden sonra Sika Yapı Kimyasalları bünyesinde yarı

zamanlı olarak görev aldı. Halen Seranit Granit Seramik A.Ş.’de Proje Satış Uzmanı

olarak çalışmaktadır.

Ġstanbul teknĠk ÜnĠversĠtesĠ fen bĠlĠmlerĠ...

Documents