Characterization and utilization of calcined Turkish kaolins for improving strength and durability aspects of concrete

Abstract

Bu tezde saflaştırılmamış yerli kaolenlerin kalsine edilerek betonun mekanik ve durabilite özelliklerini iyile?tirmede bir katkı malzemesi olarak kullanılabilirlikleri üzerine deneysel bir araştırma gerçekleştirilmiştir Kaolenlerin kalsinasyon öncesi ve sonrası mikro yapıları analiz edilmi? ve kalsinasyonun bu özellikleri nasıl etkilediği incelenmiştir. Ham kaolenlerin mikroyapıları X ışınları kırınımı, lazerli tane boyut dağılımı, Brenaur-Emmet-Teller (BET) özgül yüzey alanı ölçümü ve ısıl işlem karakterizasyonu yoluyla belirlenmiştir. Üretilen kalsine kaolenlerin puzolanik özellikleri belirlenmiş ve karşılaştırılmıştır. Ayrıca, Çek Cumhuriyet'inden temin edilen yüksek reaktiviteli ticari metakaolen de karşılaştırma amaçlı kullanılmıştır. Daha sonra üretilen kalsine kaolenler ve metakaolen kullanılarak beton üretimi gerçekleştirilmiş ve betonların sertleşmiş özellikleri incelenmiştir. İncelenen mekanik özellikler basınç ve yarmada çekme dayanımları iken durabilite özellikleri olarak gaz geçirimliliği, basınçlı su i?leme deneyi, kılcal su geçirimlilik deneyi, elektriksel direnç deneyi, donma-çözünme direnci, korozyon davranışı ve kuruma rötreleri de araştırılmıştır. Deneysel çalışmadan elde edilen sonuçlar kullanılarak analitik modelleme çalışması yapılmış ve beton özelliklerini tahmin etmek için matematiksel ilişkiler sunulmuştur.Anahtar Kelimeler: Beton, Dayanım, Dayanıklılık, Kalsinasyon, Metakaolen, Mikroyapı

In this thesis, an experimental investigation on the utilization of calcined impure Turkish kaolins as supplementary cementing material to improve mechanical and durability characteristics of concrete was presented. Microstructural characteristics of the raw kaolins were analyzed and the alteration in microstructural properties were monitored as a result of calcination process. The microstructural features were measured by means of X ray diffraction analysis (XRD), thermal analyses (DTA-TG), scanning electron microscopy (SEM), particle size distribution with laser diffractometer, and Brenaur-Emmet-Teller (BET) nitrogen adsorption specific surface area measurements. Pozzolanic properties of calcined kaolins were evaluated and compared. Furthermore, commercially available high reactivity metakaolin (MK) from Czech Republic was used for comparison. The concretes of different properties including various amounts of calcined kaolins and MK were produced for comparison and evaluation of the effectiveness of the calcined kaolin on the mechanical (compressive and splitting tensile strength) and durability (gas permeability, water permeability, sorptivity, rapid chloride penetration, electrical resistivity, freezing-thawing resistance, drying shrinkage, and corrosion behavior) characteristics of concrete. Finally, an analytical study was carried out to obtain explicit mathematical formulation for estimation of the concrete properties.Keywords: Calcination, Concrete, Durability, Metakaolin, Microstructure, Strength