Hidrate çimento hamurunun asidik ortamda çözündürme kinetiği

Abstract

Giriş Farklı özellikte çok sayıda olayın etkin olabildiği katı-sıvı heterojen reaksiyonların kinetiği karmaşıktır(1). Asidik ortamda çimento bileşenleri önemli ve farklı oranda çözünerek yapı değişimine uğramaktadır. Asidik ortamda hidrate çimento hamuru (H.Ç.H.) bileşenlerinden çözünebilen tuzların yanında ortamın pH’ ına bağlı olarak yapısında Al ve Fe oksit içeren silisyumdioksit esaslı katı ürün oluşmaktadır. Çözünmeyen silisyumdioksit esaslı katı ürün H.Ç.H yüzeyinden ayrılmayarak asidik akışkan faz ile orijinal H.Ç.H. arasında koruyucu tabaka oluşturmakta ve doğrudan teması engellemektedir. Bu aşamadan sonra reaktifler arası etkileşmede difüzyon etkin olmaktadır(2,3).

Yöntem Çalışmada; sabit su/çimento (w/c=0,3) oranında hazırlanan ve su buharı ile doygun ortamda 28 gün bekletilerek sertleşmesi sağlanan 4 mm. yarıçaplı küresel H.Ç.H. örneği katı reaktif, HNO3, HCl, CH3COOH ve H2SO4 sulu çözeltileri sıvı reaktif olarak kullanılmıştır. Leaching reaksiyonu seçilen üç farklı sıcaklıkta (40-50-60 oC), her bir sıcaklık ve asit türü için üç farklı derişimli çözeltide 600 dk. süre ile izlenmiştir. Seçilen reaksiyon süresince akışkan faza geçen kalsiyum miktarı kompleksometrik (EDTA) yöntemle belirlenmiştir. Katı-sıvı heterojen reaksiyonlar için önerilen çok sayıda integre edilmiş model kinetik denklemler esas alınarak elde edilen verilerin t→f(α) değişim grafikleri çizilmiş, doğrusal değişime uyum gösteren modeller için gözlenen hız sabitleri hesaplanmıştır. Asit derişimi dışında diğer ortam şartlarının aynı olması durumunda kgöz.=k/Cn teorik bağıntısı gereği lnC-lnkgöz. grafikleri çizilerek n ve lnk/ değerleri bulunmuştur. Arhenius bağıntısı kullanılarak lnk/-1/T grafiklerinden de Çizelge 1’ de verilen Aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. Sonuç H.Ç.H.’ daki kalsiyumun çözündürülmesinde asit çözeltisi etkinliğinin HNO3>HCl>CH3COOH >>H2SO4 düzeninde değiştiği, çözünme sonunda oluşan silika esaslı katı ürünün orijinal H.Ç.H.’ dan ayrılmadığı belirlenmiştir. Farkı çalışmacılar tarafından modellenen kt = [1− (1−α )1/ 3 ]2 (I) kt = [1/(1−α )1/ 3 −1]+1/ 3ln(1−α ) (III) kt = [1− (2α /3)]− (1−α )2 / 3 (II) =1/5(1− ) 5/ 3 −1/ 4(1− ) 4 / 3 +1/ 20 − − kt α α (IV) hız denklemleri gereği çizilen t→f(α) değişim grafiklerinin doğrusal değişim gösterdiği belirlenmiştir. Verilerin uyum gösterdiği model integre edilmiş hız denklemleri ve hesaplanan aktivasyon enerjisi (<5 kkal) büyüklüğünden çözünme reaksiyonunun ürün katı katmanında difüzyon kontrollü olarak gerçekleştiği sonucuna varıldı. Farklı tür ve yapıdaki katı ürün oluşumuna neden olması nedeniyle sülfürik asitli ortamda H.Ç.H. çözünmesinin diğer asitli ortamlarda çözünmesinden farklı bir mekanizma ile gerçekleştiği belirlenmiştir