çimentolarhidratasyon

1-2

Kaynaklar1) Turhan Y. Erdoğan, Beton2) İlker Bekir Topçu, Beton Teknolojisi, 2006.3) Domone P, Illston J, Construction Materials, 4th Edition4) Mindess S et al., Concrete, 2nd Edition5) Hewlett P,

Lea's Chemistry of Cement and Concrete, 5th Edition

6) Mehta PK, Monteiro PJM, Concrete: Microstructures, properties, and materials

Paki Turgut

Betonun pr iz a lmas ı ve

sertleşmesi çimento ve su

arasındaki fiziko-kimyasal bir

işlemin sonucudur.

Saf ana bileşenlerin reaksiyonu

dikkate alınır, bu durum aslında

ideal değildir.Ana bileşenler

çimento içerisinde birbirlerinin

reaksiyonunu etkileyebilirler.

Ancak bu şekildeişlem yapmak

birçok kolaylık sağlar.

2 11 3C S + H C S H + CH3 3 2 8

trikalsiyum

silikat

su C-S-H

(suya doygun)

kalsiyum

hidroksit

2 9C S + H C S H + CH2 3 2 8

dikalsiyum

silikat

su C-S-H

(suya doygun)

kalsiyum

hidroksit Egzote

rmik

reaksi

yon

ısı gelişi

mi hız

ı, c

al/

g.s

aat

zaman, saat0.1 1 10 100

I II III IV V

C S hidratasyonu3

6

4

2

I

Su ile ilk temas, aşırı ısı. S

u ile ilk temasta kalsiyum ve hidroksil iyonları C S 3

yüzeyinden hızlıca salınır. birkaç dakika içinde pH=12 olur. hidroliz olayı hızlıca yavaşlar.

II

I aşama burada yavaş devam eder. Durağanlık peryodu betonun birkaç saat plastik durumda başlangıç prizi burada oluşur (2-4 saat arası) kalsiyum ve hidroksiliyonları kritik bir değere ulaşır.

IIISilikat hızlı bir şekilde hidrate olur. En büyük ısı gelişimi olur. CH ve CSHkristalleşir. C S yüzeyinde oluşur.3 CSH

IV

C S yüzeyindeki CSH suyun çekirdek kısma 3

düffize olmasını engeller. Hidratasyon devam ederken yüzeydeki CSH kalınlığı artar. BöyleceC S nin hidrate olmamış kısmına ulaşamaz.3

Bu kısımda reaksiyonu CSH tabakası kontrol eder. su

VBu kısımda hidratasyon % 100 tamamlanır,ve asimptot oluşur.

+2Ca

+2Ca

OH

OH

OHpH=12

+2Ca

+2Ca

OH

OH

OHpH=12

+2Ca+2Ca

+2CaOH

OH

OH

C S3

CSH

CSH

osmotikbasınç

CSH

C S de reaksiyon C S ye benzer 2 3

şekilde olur. C S daha az reaktiftir2

Dolayısıyla açığa çıkan ısı daha azdır. Bu nedenle, ısı- eğrisini deneysel olarak oluşturmak zordur.

CH CH

CH

CH

CH CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CHCHCH

CH

CHCH CH

ısı gelişi

mi hız

ı, c

al/

g.s

aat

zaman, saat0.1 1 10 100

I II III IV V6

4

2

Plastik Priz almış Sertleşmiş

C S3

% h

idra

tasy

on

100

60

0.5 1 5 10 50zaman, gün

o

5 C

o

25 C

o

50 C

Sıcaklığın C S hidratasyonuna etkisi3

C A, trikalsiyum alüminat reaksiyonu3

trikalsiyum

alüminat

alçı su etrenjit

C A + CSH + H C AS H3 2 6 3 323 26

etrenjit

Sülfat kaynağı yeterli ise stabil bir ürün

C A nın tamamı hidrate olmadan sülfat tükenirse3

2 4 3C A + + H 3 C AS H C ASH6 3 32 4 12

Bazen C A ortamdaki süfatı o kadar hızlı tüketir ki,3

etrenjit oluşmadan önce bu yapı oluşur.

monosülfathidrat

Sertleşmiş betona iç veya dış

sülfat saldırısı olursa, bu yapı

tekrar etrenjite dönüşür. Hacim

artışı nedeniyle çatlamalar meydana

getirir.

etrenjit

C ASH CSH C AS H4 12 2 6 3 32 + + H 2 16

dH

/dt

zaman

%5

%10

%15

%17.5%20

C A nın alçıtaşı ile birlikte hidratasyon ısıları3

Ortamda alçıtaşı olmadığında hidratasyon ürünleri

2 21C A + H C AH + C AH3 4 13 2 8Ani priz

Bu ürün stabil değildir. Daha sonra aşağıdaki yapıya dönüşür.

C AH + C AH C AH + H4 13 2 8 3 62 9

Alçıtaşı miktarı çok az ise, ortamda reaksiyona girmemiş C A kalır.3

Etrenjitin tamamı monosülfathidrata dönüşür. Bu durumda;

C ASH ve C AH arasında bir ürün oluşur. Bu ürün;4 4 13

C AS + C A + CH + H C A(CS, CH)H4 12 3 3 1212 2

C AF + C (A,F)S H + H C (A,F)SH + (F,A)H 4 6 3 32 4 12 37 3

C AF + CSH + H C (A,F)SH + (F,A)H 4 6 32 33 21

C AF ile C A hidratasyon ürünleri benzerdir. 4 3

Ferrit kısmı

Portland çimentosunun hidratasyonuyla

ilgili kinetikler nelerdir?

Portland çimentosu ana bileşenlerinin

birbirleriyle etkileşimi nasıldır?

Hidratasyon ısısııs

ı gelişi

mi hız

ı, c

al/

g.s

aat

zaman, saat

III IV VIII

C S hidratasyonu3

C A hidratasyonu3

+2M H O2+2M H O2

H O 2

+2M+2MH O2

+2M H O2+2M H O2

H O 2

+2M+2MH O2

+2M H O2+2M H O2

H O 2

+2M+2MH O2

+2M H O2+2M H O2

P M

I II

I M M

M M I I M M

PM M

P M M I I

SiO ve Al O içeren tabakaları2 2 3SiO , CaO ve OH içeren tabakalar2

P: kapiler boşluk

M: mikro boşluk

I: tabakalar arası boşluk

KİL CSH

Tabakalar

arası yapı

CSH yapısal modeli

Sertleşmiş çimeto hamuru içerisindeki

kalsiyum hidroksitin rolü nedir?

Sertleşmiş çimeto hamuru içerisindeki

kalsiyum sülfoalüminatların rolü nedir?

Hidrate olmuş çimento hamurunun mikroyapısı

su ile ilk temas 7. gün 28. gün 90. gün

hidrate olmamış çimento su dolu kapiler boşluk C-S-H CH

20 mikron (ölçek)

Hidratasyonun

5nci saati

Hidratasyonun

24ncü saati

CH

CSHHidrate olmuş çimento hamurunun hacimce yarısından fazlasını teşkil eder.

CSHErken ürün Geç ürün

Taze 1. saat birkaç saat birkaç gün birkaç hafta

Su

2 1 kg CSH ın yüzey alanı 200.000 m !

Kalsiyum hidroksit (CH)

Hidrate olmuş çimento hamurunun hacimce

%20-25 ini teşkil eder.

etrenjit

monosülfathidrat

Kalsiyum sülfoalüminatlar

Hidrate olmuş çimento hamurunun

hacimce %10-15 ini teşkil eder.

0.1 1 2 6 12 1 2 7 28saat gün

Rela

tif m

ikta

r

Suyla ilk temastan sonra geçen süre

CH

CSH

etrenjitratdih FA

4C atlfüsonom

sertleşme

priz

durağanlık

Rela

tif h

acim

Hidratasyon derecesi, %