The Effects of Single and Binary Usage of Halloysite Nano-Clay, Nano-$SiO_2$ and Nano-CaO on the Properties of Cement Based Mortars

Halloysit Nano-Kil, Nano-$SiO_2$ ve Nano-CaO’in Tekli ve İkiliKullanımının Çimento Esaslı Harçların Özelliklerine Etkileri

Abstract

Since nano-sized materials have very large specific surface areas, their chemical activities are quite high. This high reactivity propertyplays a notable role in improving the different properties of cement-based materials. Besides, a high microstructure density is achievedthanks to the filler effect of these materials and the mechanism of filling the pores. Therefore, the replacement of nanoparticles withcement, even partially, improves its mechanical and durability properties. For this purpose, mortar mixtures were produced using 1%,3% and 5% halloysite nano-clay, nano-$SiO_2$ and nano-CaO, single and dual, instead of cement. The water/binder ratio was chosen as0.38 in all mixtures. Compressive strengths of 7, 28 and 60 days, ultrasonic pulse velocity for 28 and 60 days and heat of hydrationwere determined by the Langavant method of the produced mortar samples. As a result, in the case of using nanomaterials, thecompressive strengths of all mixtures both in early and old age have increased. The highest compressive strength was obtained inmixtures containing 3% halloysite nano-clay and 5% nano-CaO. It has been determined that dual use of nanomaterials is not as effective as singular use in compressive strength. Ultrasonic pulse velocity results are in line with strength results. According to the experimentalresults in the case of using nanomaterials, the hydration heat increased due to the activity of CaO in the samples containing nano-CaO.However, no significant change was obtained in all other mixtures.

Özet

Nano boyutlu malzemeler çok büyük özgül yüzey alanlarına sahip oldukları için kimyasal aktiviteleri oldukça yüksektir. Bu yüksekreaktivite özelliği, çimento esaslı malzemelerin farklı özelliklerinin geliştirilmesinde dikkate değer bir rol oynamaktadır. Ayrıca bumalzemelerin filler etkisi ile gözenekleri doldurma mekanizmaları sayesinde yüksek mikro-yapı yoğunluğu elde edilmektedir. Busebeple nano parçacıkların kısmen de olsa çimento ile yer değiştirmesi mekanik ve durabilite özelliklerini geliştirmektedir. Bu amaçla,çimento yerine toplam bağlayıcı ağırlığının %1, %3 ve %5’i oranlarında halloysit nano-kil, nano-$SiO_2$ ve nano-CaO, tekli ve ikilikullanılarak harç karışımları üretilmiştir. Tüm karışımlarda su/bağlayıcı oranı ise 0.38 olarak seçilmiştir. Üretilen harç numunelerin, 7,28 ve 60 günlük basınç dayanımları, 28 ve 60 günlük ultrases geçiş hızları ve Langavant yöntemi ile hidratasyon ısısı değerleri tespitedilmiştir. Sonuç olarak, nano malzeme kullanılması durumunda tüm karışımların hem erken yaş hem de ileri yaş basınç dayanımlarıartmıştır. En yüksek basınç dayanımı %3 halloysit nano-kil ve %5 nano-CaO içeren karışımlarda elde edilmiştir. Nano malzemelerinikili kullanımının, basınç dayanımında tekli kullanım kadar etkili olmadığı tespit edilmiştir. Ultrases geçiş hızları sonuçları, dayanımsonuçları ile paralellik göstermektedir. Nano malzeme kullanılması durumunda hidratasyon ısılarında, nano-CaO içeren numunelerdeCaO’in aktivitesinden dolayı artış gözlenmiştir fakat diğer tüm karışımlarda çok önemli bir değişiklik elde edilmemiştir.