Bu tədqiqat, beton karbonatlaşmasında temperaturun yalnızca reaksiyau sürətlandıran tek yönlü bir ekoloji etken olmadığını; hansı hidratın reaksiyau kontrol ettiğine və karbonatlaşmasın hansı zaman mərhələsinde bulunduğuna btorlı olaraq etkisinin değişebildiğini göstərir. Tədqiqatçılar, beton üçündeki karbon dioksid taşınımının etkisini büyük ölçüde ortadan kaldırmak amacıyla ordinary Portland sementi esaslı N və %45 üyüdülmüş domna şlaxın içeren BB sement hamurlarını 63 µm'den küçük hissəciklara öğütmüş; numuneleri %5 CO₂, %60 nisbi rütubət və 10, 20, 30 və ya 60 °C koşullarında 24 saate kadar karbonatlaştırmıştır.

Karbonasyonun ilk iki saatini kapsayan Faza I'de temperatur arttıkça reaksiya sürətı yükselmiştir. Özellikle 60 °C'de çok sürətli bir başlangıç reaksiyau görülmüş; ancaq bu koşulda kütlə artımı təxminən iki saatten sonra büyük ölçüde yavaşlamıştır. Buna karşılık daha aştorı temperaturlarda karbonatlaşma daha yavaş başlamış fakat uzun süre devam etmiştir. Tədqiqatçılar 2–6 saat arasını keçid bölgesi olan Faza II, 6–24 saat arasını isə Faza III olaraq diaqnozmlamıştır. Geç mərhələde Ca(OH)₂ miktarında çok az ilavə değişim görülürken C-S-H karbonatlaşması devam etmiş; böylece uzun dörütubət temperatur tepkisinin əsas belirleyicisinin portlanditten çok C-S-H olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Her iki sement sisteminde de kalsit və vaterit oluşmuştur. Aragonit yalnızca N sisteminde açıq biçimde gözlenmiş və yüksək temperaturlarda daha belirgin hâle gelmiştir. BB numuneleri N'ye kıyasla karbonatlaşma sonrasında daha fazala C-S-H korumuş, daha zayıf kalsit və daha güclü vaterit oluşumu göstərmişdir. Bu nəticələr, domna şlaxın ilavəsinin yalnızca karbonatlaşma sürətını değil, oluşan CaCO₃ fazaalarının dtorılımını da değiştirdiğini göstərir.

Türkiyə baxımından tədqiqat; dəmir-beton strukturlarda karbonatlaşma ömrü tahminlerinin yalnızca “temperatur arttıkça karbonatlaşma sürətlanır” fərziyyəıyla kurulmasının yetersiz olabiləceğine işaret etmektedir. Ancaq təcrübəler %5 CO₂ içeren sürətləndirilmiş ortamda və öğütülmüş sement pastası üzerinde yürütüldüğünden nəticələr Türkiyə'deki real beton strukturların karbonatlaşma dərinliyine birbaşa dönüştürülemez. Türkiyə'deki fərqli iqlim bölgeleri, doğal atmosferik CO₂ səviyyəi, ytormur, nisbi rütubət dövrleri, beton örtü kalınlığı, çatlaqlar, su/btorlayıcı nisbətları və yerel sement biləşimleriyle sahə doğrulaması zəruridir.

Tədqiqatın əsas sualı nədir?

Beton karbonatlaşması sırasında CO₂ məsamə çxüsusitisinde çözünür və sement hidratlarıyla reaksiyaa girerek karbonat biləşikleri oluşturur. Bu proses betonun yüksək alkaliliğini azaltabilir və dəmir-beton strukturlarda armatur poladıni koruyan pasif tabakanın bozulmasına zemin hazırlayabilir. Bu niyəle karbonatlaşma, dəmir-beton strukturların uzun dörütubət dayanıklılığının dəyərlendirilmesinde əhəmiyyətli mekanizmalardan biridir.

Ancaq beton üçündeki real karbonatlaşma ilərlemesi iki fərqli proses grubunun birlikdə sonucudur:

• CO₂'nin beton məsamələrinden taşınması və çözünmesi
• Ca(OH)₂, C-S-H və diğer hidratların kimyəvi karbonatlaşma reaksiyaları

Geleneksel karbonatlaşma dərinliyi təcrübəlerinde bu iki etki birbirinden kolayca ayrılamaz. Daha yüksək temperatur CO₂ taşınımını, məsamə rütubətini, ion hərəkətliliğini və kimyəvi reaksiyaları aynı anda etkiləyebilir. Bu niyəle beton səthinden ölçülen karbonatlaşma dərinliyinin artması, tek başına belirli bir hidratın kimyəvi reaksiyaunun temperaturla sürətlandığını sübut etmir.

Tədqiqatnın əsas amacı bu sorunu azaltarak birbaşa hidrat reaksiyalarına fokuslanmaktır. Numuneler ince toz hâline gəlirliklmiş, böylece makroskopik beton içerisindeki CO₂ diffuziya məsafəsi büyük ölçüde ortadan kaldırılmıştır. Tədqiqat xüsusilikle şu soruya cevap aramaktadır: Farklı temperaturlarda Ca(OH)₂ və C-S-H'nin karbonatlaşma sürətları reaksiya süresi boyunca necə değişmektedir?

N və BB sement sistemleri niyə müqayisə edilmişdir?

İki fərqli btorlayıcı sistemi istifadə edilmişdir. N, ordinary Portland cement esaslı sistemi; BB isə blast-furnace slag cement Type B sistemini temsil etmektedir. BB qarışıqı kütlə üzrə %55 Portland sementi və %45 üyüdülmüş domna şlaxınndan oluşturulmuştur.

BB'nin kimyəvi biləşimi N'den belirgin biçimde fərqlidır. N'nin CaO içeriği %64,96 iken BB'de %41,44'tür. Buna karşılık BB'nin SiO₂ içeriği %33,03, Al₂O₃ içeriği %14,82 və MgO içeriği %6,51'dir; N'de bu dəyərlər sırasıyla %20,94, %5,45 və %1,50'dir. Bu biləşim fərqlilığı, başlangıç hidrat dtorılımını və karbonatlaşma sonrasında hansı CaCO₃ fazaalarının oluşactorını etkiləyebilmektedir.

Numuneler niyə toz hâline gəlirliklmiştir?

Tədqiqatın kritik üsulsel tercihi numunelerin karbonatlaşma öncesinde öğütülmesidir. Normal bir beton və ya sement pastası numunesinde dış səthden içeri doğru hərəkət eden CO₂, məsamə struktursındaki taşmaa direnci niyəiyle zamanla yavaşlar. Bu durumda ölçülen karbonatlaşma sürətı kimyəvi reaksiyala CO₂ diffuziyaunun birleşik sonucudur.

Bu tədqiqatda önce təxminən 5 mm hissəciklar elde edilmiş, hidratasyon reaksiyaları durdurulduktan sonra numuneler azot atmosferindeki əlcək qutusuda agat havanla öğütülmüş və 63 µm elekten geçirilmiştir. Böylece CO₂'nin uzun bir məsamə yolu boyunca ilərleme zorunluluğu azaltılmış və ölçülen kütlə değişiminin esas olaraq karbonatlaşma reaksiyauna btorlanması amaçlanmıştır.

Bu üsul reaksiya kinetiğini izole etmek açistilikndan güclüdür; ancaq aynı niyəle real beton davranışını birbaşa temsil etmez. Gerçek bir struktur elementında CO₂'nin beton örtüsü üçündeki taşınımı, rütubət dtorılımı və məsamə struktursı karbonatlaşmasın əhəmiyyətli parçalarıdır.

Deney öncesinde hidratasyon necə durdurulmuştur?

Numuneler 24 saat asetona daldırılmış, ardından asetonu uzaklaştırmak amacıyla 40 °C'de dört saat kurutulmuştur. Daha sonra 24 saat vakuumlu donduraraq qurutma işləməi uygulanmış və numuneler azotla temizlenmiş desikatorde saklanmıştır.

Bu işləməden sonra öğütme de azotla doldurulmuş əlcək qutusuda həyata keçirilmişdir. Amaç, karbonatlaşma təcrübəinden önce istenmeyen atmosferik CO₂ ilə reaksiyau və devam eden hidratasyonu olabildiğince sınırlandırmaktır.

Karbonasyon təcrübə koşulları nelerdir?

Karbonasyon, gravimetrik su buxarı sorpsion analizatorü kullanılarak həyata keçirilmişdir. 10. sayfadaki Şekil 1'de mikrotərəzi, temperatur kontrolü, rütubətlendirici, nisbi rütubət və temperatur probları, kuru və rütubətli gaz hatları ilə kütlə sərfi kontrolörünün aynı sistem üçünde çalıştığı gösterilmektedir.

Numune başlangıçta azot atmosferi altında cihaza yerleştirilmiş və %99,99 saflıkta kuru azotla temperatur-rütubət dengesi storlanmıştır. Kütle değişim sürətı 0,001 mg/dakikanın altına düşünce dmaneəemenin yeterli olduğu kabul edilmiştir. Bu hazırlıq sırasında ölçülen değişim 1,25 × 10^-4 çəki%/dakikanın altında kaldığından hidratasyon etkisinin ihmal ediləbilir olduğu fərz edilmişdir.

Dmaneəeme sonrasında azot gazı %5 CO₂ içeren qarışıqla değiştirilmiştir. Gaz konsantrasyonunun hedef dəyərden yawsı ±%0,1 üçünde tutulmuştur.

24 saat sonunda daha yüksək temperatur her zaman daha fazala karbonatlaşma üretmiş midir?

Hayır. Tədqiqatnın en əhəmiyyətli tapıntılarından biri budur. 14. sayfadaki Şekil 2'de N və BB numunelerinin kütlə artımı gösterilmektedir. Dört temperaturta da 24 saat sonunda toplam kütlə artımı təxminən %8 mertebesine yaklaşmaktadır və son toplam kütlə artımında bturşu, tek yönlü bir temperatur sıralaması yoxdur.

Buna karşılık eğrilərin şekli çok fərqlidır. 60 °C'de karbonatlaşma ilk iki saat üçünde son derece sürətli ilərler və ardından kütlə artımı çok aştorı seviyeye iner. 10 və 20 °C'de başlangıç daha yavaştır fakat 24 saate kadar reaksiya devam etmektedir. Tədqiqatçılar aştorı temperaturlarda karbonatlaşmasın 24 saatten sonra da devam etmesinin mümkün olduğunu bildirir.

Buna görə aynı təxminən nihai kütlə artımına fərqli kinetika yollarla ulaşılabilmektedir. Temperaturun təsirini yalnızca 24. saatteki son kütlə dəyərine bakarak yorumlamak reaksiya mekanizmasını gizləməktedir.

Neden yüksək temperaturta reaksiya önce sürətlanıp sonra yavaşlamaktadır?

Tədqiqat yüksək temperaturun ilk mərhələda C-S-H və Ca(OH)₂ reaksiyalarını sürətlandırdığını öne sürmektedir. Artan temperatur ion hərəkətliliğini və reaksiya kinetiğini artırabilir. Buna karşılık yüksək temperaturun iki mümkün sınırlayıcı etkisi bulunmaktadır:

• CO₂'nin su üçündeki çözünürlüğünün azalması
• Karbonasyon məhsullerinin məsamələri və ya reaksiya səthlerini kapatarak sonraki reaksiyau sınırlandırması

Özellikle CaCO₃ məhsullerinin reaksiya bölgelerinde birikmesi, daha iləri reaksiyaa karşı koruyucu və ya kendini kapatan bir tabaka oluşturabilir. Bu niyəle 60 °C koşulu başlangıçta en sürətli reaksiyau gösterebilirken uzun dörütubətde daha aştorı temperaturların gerisinde kalabilmektedir.

Karbonasyon niyə üç fazaa ayrılmıştır?

Tədqiqatçılar kütlə artış sürətı, TG-DTA və FT-IR nəticələrinın zaman üçünde aynı davranışı göstermediğini belirlemiş və karbonatlaşma sürecini üç bölüme ayırmıştır:

Faza II'nin açıq bir temperatur btorımlılığı göstermemesi niyəiyle tədqiqatçılar bu bölgenin mekanizmasını ayrıntılı temperatur qiymətləndirməsine dâhil etmemiş və gelecekte ayrıca araştırılması gerektiğini belirtmiştir.

Faza I'de temperatur necə etkili olmuştur?

35 və 36. sayfalardaki Şekil 14 və Şekil 15, kütlə artış eğrisinin 0,1 saatlik aralıklarla türevi alınarak hesaplanan karbonatlaşma sürətını göstərir. Faza I'de hem N hem BB üçün temperatur yükseldikçe başlangıç karbonatlaşma sürətı artmışdır. Özellikle 30 və 60 °C eğriləri yüksək başlangıç dəyərləri göstərir.

60 °C'deki sürət çok yüksək başlamakla birlikdə kısa sürede keskin şəkilde düşmektedir. Bu davranış, “daha sıcak ortam = bütün karbonatlaşma süresi boyunca daha yüksək reaksiya sürətı” şeklindeki bturşu yaklaşmaın geçerli olmadığını açıqça göstərir.

Faza III'te ne değişmiştir?

Geç mərhələde temperatur etkisi başlangıç mərhələsinden fərqlidır. N numunesinin qrafiğinde aştorı temperaturların karbonatlaşma sürətını daha uzun süre koruduğu açıq biçimde görülmektedir. 60 °C eğrisi isə 24 saate yaklaşırken hemen hemen sıfıra inmektedir.

BB üçün mənbə metninde burada bir tutarsızlık vardır. Bölüm 4.2'de temperatur sıralaması “60 °C > 30 °C > 10 °C > 20 °C” şeklinde yazılmıştır. Buna karşılık Şekil 15'in qraf eğriləri Faza III'ün əhəmiyyətli bölümünde təxminən 20 °C > 10 °C > 30 °C > 60 °C sıralamasını göstermekte və makalenin nəticə bölümü de “Faza III'te daha aştorı temperaturların daha yüksək görünür karbonatlaşma sürətına yol açtığını” bildirir. Bu niyəle mənbə üçündeki metin-qraf uyumsuzluğu göz ardı edilmemelidir.

Ca(OH)₂ tamamen karbonatlaşmış mıdır?

Hayır. TG-DTA nəticələrinın əsas tapıntılarından biri, 24 saatlik %5 CO₂ maruziyetine rtormen portlanditin əhəmiyyətli bölümünün numunelerde kalmasıdır.

30 və 60 °C'de ilk bir saat üçünde Ca(OH)₂ miktarında sınırlı azalma görülmüş, fakat ilərleyen saatlerde tüketim büyük ölçüde durmuş və ya çok aştorı seviyeye inmiştir. Buna karşılık CaCO₃ miktarı artmaya devam etmiştir.

Bu iki bulgunun birlikdə görülmesi, oluşan bütün CaCO₃'ün yalnızca portlandit karbonatlaşmasından mənbəlanamayactorını göstərir. Tədqiqatçılar kalan karbonat oluşumunda xüsusilikle C-S-H karbonatlaşmasınun əhəmiyyətli rol oynadığı sonucuna ulaşmıştır.

C-S-H niyə tədqiqatın merkezindedir?

C-S-H, hidratlanmış Portland sementinun ana btorlayıcı fazaalarından biridir. Karbonasyon sırasında C-S-H'nin kalsiumu uzaklaşır; başka bir ifadeyle dekalsifikasiya realleşir. Açığa çıkan kalsium karbonat fazaalarına dönüşürken silikat struktursı daha polimerize bir silis gel struktursına doğru değişmektedir.

Tədqiqatnın FT-IR nəticələrinda karbonatlaşma öncesi C-S-H'ye atfedilən təxminən 670 cm^-1 Si-O-Si eğilme bandı və təxminən 970 cm^-1 Si-O gərginlik bandı izlenmiştir. Karbonasyon ilərledikçe C-S-H bandı azalırken təxminən 1020–1070 cm^-1 bölgesinde silis gel ilə ilişkili geniş bir bant belirginleşmiştir.

60 °C'de C-S-H bandının daha ilk saatten itibaren ciddi biçimde azalması və birkaç saat üçünde çok zayıf hâle gelmesi, yüksək temperaturun erken C-S-H karbonatlaşmasınu güclü biçimde sürətlandırdığına işaret etmektedir.

N və BB arasında C-S-H açistilikndan necə bir fark görülmüştür?

FT-IR və Rietvəld nəticələri BB'nin karbonatlaşma sonrasında N'den daha fazala C-S-H koruduğunu göstərir. Özellikle yüksək temperatur koşullarında N'deki C-S-H kaybı daha belirgindir.

Tədqiqatnın nəticə bölümünde BB'de 60 °C sonrasında dahi qalıq C-S-H bulunduğu belirtilmekte və domna şlaxınnun görünür C-S-H karbonatlaşma sürətını düşürdüğü yorumlanmaktadır.

Bu nəticə, BB'nin bütün anlamlarda “karbonatlaşmaa daha dayanıklı beton” olduğunu birbaşa sübut etmir. Test öğütülmüş btorlayıcı üzerinde reaksiya kinetiğini araşdırır; real betondaki CO₂ diffuziyau, kapilər porozite və beton örtü davranışı ayrıca dəyərlendirilmelidir.

Hangi kalsium karbonat fazaları oluşmuştur?

XRD analizinde üç əsas kristal CaCO₃ polimorfu izlenmiştir:

• Kalsit
• Vaterit
• Aragonit

Kalsit və vaterit hem N hem BB numunelerinde oluşmuştur. Aragonit isə N numunelerinde belirlenmiş fakat BB sisteminde açıq biçimde aşkarlama edilmemiştir.

17. və 18. sayfalardaki XRD naxışlerinde karbonatlaşma ilərledikçe portlandit piklerinin zayıfladığı, kalsit və vaterit piklerinin güçlendiği görülmektedir. N numunesinde yüksək temperaturla birlikdə araqonit pikleri daha belirgin hâle gelmiştir.

BB, N'ye kıyasla daha zayıf kalsit və daha belirgin vaterit sinyalleri göstərmişdir. Bu fərqlilık domna şlaxın ilavəsinin yalnızca reaksiya sürətını değil, oluşan karbonatların kristal faza dtorılımını da değiştirdiğini göstərir.

Rietvəld analizi ne göstərmişdir?

25. sayfadaki Şekil 6 və Şekil 7, N və BB numunelerinde karbonatlaşma süresine btorlı faza dtorılımlarını göstərir. Kalsit, vaterit, araqonit, Ca(OH)₂, amorf/C-S-H içeriği və diğer fazaaların göreli değişimleri müqayisə edilmişdir.

Özellikle 60 °C'de vaterit erken dörütubətde sürətli biçimde ortaya çıkmaktadır. Kaynak metninde vateritin 60 °C'de ilk bir saat üçünde gözlenebildiği, daha aştorı temperaturlarda isə belirginleşmesinin üç saat və ya daha fazala sürdüğü belirtilmektedir.

Analiz aynı zamanda BB'de daha yüksək qalıq C-S-H nisbətını dəstəkləyir.

Su buxarı adsorbsiya təcrübəi ne göstərmişdir?

Karbonasyon sırasında məsamə struktursının değişmesi kütlə ölçmələrini etkiləyebiləceği üçün su buxarı adsorbsiyası təcrübəleri strukturlmıştır. Sunulan müqayisəda karbonatlaşmasuz N numunesi ilə 20 və 30 °C'de 24 saat karbonatlaşdırılmış N numuneleri qiymətləndirilmişdir.

Adsorplanan su miktarı təxminən %80 nisbi rütubəte kadar düzenli artmış, %80'in üzerinde daha keskin yükselmiştir. Tədqiqatçılar bunu karbonatlaşma sırasında görece büyük məsamələrin daralması və ya çökmesiyle ilişkiləndirmiştir.

20 və 30 °C karbonatlaşmaları arasındaki adsorbsiya farkının, karbonatlaşma öncesi və sonrası arasındaki değişime kıyasla küçük olması niyəiyle temperaturun adsorbsiya davranışına etkisinin sınırlı olduğu sonucuna varılmıştır.

Fenolftalein testi niyə kimyəvi analizle tam uyuşmamıştır?

Fenolftalein, beton karbonatlaşmasınun sahə və laboratoriya qiymətləndirməsinde yaygın kullanılan pH göstəricilərinden biridir. Ancaq tədqiqat, renk değişiminin real kimyəvi karbonatlaşma ilərlemesiyle her zaman eş zamanlı olmadığını göstərir.

24 saat karbonatlaşdırılmış toz numunelere %1 fenolftalein püskürtülmüş və renk 1 dakika, 30 dakika, 1 saat, 3 saat və 24 saat sonra ölçülmüşdür. Renk L*a*b* sistemindeki kırmızı biləşen olan a* ilə nicel olaraq qiymətləndirilmişdir.

En dikkat çekici nəticə yüksək temperaturlardadır. Örneğin N-60 °C numunesinde püskürtmeden bir dakika sonra renk dəyəri yalnızca 4,02 iken 30 dakika sonra 49,84'e yükselmiştir. BB-60 °C numunesinde isə başlangıç dəyəri -1,17 olmuş və 30 dakika sonra bilə yalnızca 12,03'e ulaşmıştır.

Bu gecikmə, fenolftalein püskürtülür püskürtülmez strukturlan görsel qiymətləndirmənin xüsusilikle termal olaraq sürətləndirilmiş karbonatlaşma koşullarında real kimyəvi dönüşümü eksik və ya fərqli temsil edebiləceğini göstərir.

Fenolftalein renksizliği portlanditin tamamen kaybolduğu anlamına gelir mi?

Hayır. Tədqiqatda yüksək temperaturtaki bazı numuneler fenolftaleinle çok az renk göstermesine rtormen TG-DTA və XRD analizleri hâlâ əhəmiyyətli miktarda Ca(OH)₂ bulunduğunu göstərmişdir.

Buna görə fenolftalein pH göstəricisinin vərdiği sınır, bütün hidratların tamamen karbonatlaştığı keskin bir kimyəvi sınır değildir. Tədqiqat xüsusilikle yüksək temperatur koşullarında görsel pH cephesi ilə kimyəvi karbonatlaşma ilərlemesinin birbirinden ayrılabildiğini göstərir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi əsas nəticələr nelerdir?

• Karbonasyonun temperatur btorımlılığı reaksiya süresi boyunca sabit değildir.
• İlk 0–2 saatte yüksək temperatur daha yüksək karbonatlaşma sürətı üretmiştir.
• 60 °C'de reaksiya çok sürətli başlamış ancaq daha erken yavaşlamıştır.
• Ca(OH)₂ 24 saat sonunda tamamen tüketilmemiştir.
• Ca(OH)₂ reaksiyau büyük ölçüde durduktan sonra C-S-H karbonatlaşması devam etmiştir.
• Geç dörütubət temperatur davranışının əsas kontrolünün C-S-H karbonatlaşması olduğu sonucuna ulaşılmıştır.
• Faza I'de C-S-H karbonatlaşma sürətının Ca(OH)₂ karbonatlaşma sürətından təxminən dört kat yüksək olduğu bildirilmişdir.
• N və BB'de kalsit və vaterit oluşmuştur.
• Aragonit N'de gözlenmiş, BB'de açıq biçimde belirlenmemiştir.
• BB, karbonatlaşma sonrasında N'den daha fazala C-S-H korumuştur.
• Fenolftalein renk gelişimi xüsusilikle yüksək temperaturlarda kimyəvi reaksiyadan gecikməli davranmıştır.

Tədqiqatın sübut etmədiyi nəticələr nelerdir?

• 60 °C'nin real tikililarda her zaman en aştorı və ya en yüksək karbonatlaşma dərinliyini oluşturactorı gösterilmemiştir.
• Toz numunelerdeki reaksiya sürətları birbaşa beton karbonatlaşma dərinliyine dönüştürülemez.
• %5 CO₂ ortamındaki reaksiya sıralamasının doğal atmosferik CO₂ koşullarında aynen realleşeceği kanıtlanmamıştır.
• BB'nin bütün real betonlarda N'den daha yüksək karbonatlaşma möhkəmlikına sahip olduğu gösterilmemiştir.
• Fenolftalein üsulunin ümumi olaraq geçersiz olduğu gösterilmemiştir; tədqiqat xüsusilikle yüksək temperatur və sürətləndirilmiş koşullardaki yorum sınırlılığını ortaya koymaktadır.
• Karbonasyonun tüm reaksiya məhsullerinin yalnızca Ca(OH)₂ və C-S-H'den mənbəlandığı birbaşa kanıtlanmamıştır.
• Doğal dış ortamda ytormur, quruma-ıslanma, çat və mevsimsel temperatur değişiminin etkiləri dəyərlendirilmemiştir.

Dayanıklılık modelleri açistilikndan tədqiqat niyə əhəmiyyətlidir?

Birçok mühendislik modeli karbonatlaşma dərinliyini zamanın kareköküyle ilişkiləndiren empirik yaklaşmalara dayanır. Bu tür modellerde temperatur, rütubət, CO₂, məsamə struktursı və hidrat reaksiyalarının birleşik etkiləri tek bir karbonatlaşma katsayistilikna yansıyabilir.

Bu tədqiqat isə temperatur etkisinin reaksiya mekanizmasına göre değiştiğini göstərir. Yüksek temperatur ilk reaksiyau sürətlandırırken ilərleyen dörütubətde reaksiya məhsullerinin oluşumu və C-S-H'nin tüketimi niyəiyle sürət keskin biçimde düşebilir.

Buna görə sürətləndirilmiş karbonatlaşma təcrübəlerini real tikili ömrüne dönüştüren modellerin yalnızca toplam karbonatlaşma dərinliyini değil, hidrat tməhsulü, reaksiya mərhələsini, CO₂ seviyesi və rütubət durumunu da dikkate alması gerekebilir.

Tədqiqatın metodu və nəticələri

Numune hazırlama

• N və BB üçün su/btorlayıcı nisbəti %55'tir.
• BB btorlayıcistilik %55 Portland sementi və %45 üyüdülmüş domna şlaxınndan oluşmuştur.
• Karıştırma makineyle 1 dakika strukturlmış, kanama suyunu sınırlandırmak üçün ilk 6 saat boyunca saatlik elle karıştırma uygulanmıştır.
• Numuneler 24 saat sonra kalıptan çıkarılmıştır.
• 28 gün su kürü və ardından 28 gün hava kürü uygulanmıştır.
• 56 günlük təzyiq möhkəmlikları N üçün 38,07 N/mm², BB üçün 30,63 N/mm²'dir.
• Her möhkəmlik ölçməünde üç numune istifadə edilmişdir.
• Numuneler önce təxminən 5 mm hissəcik boyutuna kırılmış, daha sonra hidratasyon durdurma işləməinin ardından <63 µm boyutuna öğütülmüştür.

Başlıca kimyəvi biləşimler

Karbonasyon düzeneği

Gravimetrik su buxarı sorpsion cihazı aynı anda numune kütləsini, sıcaklığı, rütubəti və gaz qidalandırmasini kontrol etmek üçün istifadə edilmişdir. Karbonasyon öncesi kuru N₂ ilə dmaneəeme strukturlmış, ardından %5 CO₂ içeren qarışıq uygulanmıştır.

Su buxarı adsorbsiya ölçməü

• Btorıl təzyiq P/P₀ aralığı: 0,05–0,35.
• Su molekülü kesit alanı: 0,114 nm².
• Ölçüm sıcaklığı: 20 °C.
• Btorıl rütubət adımı: %5.
• Kuru azot debisi: 50–150 sccm.
• Analiz öncesi vakuumlu donduraraq qurutma: 24 saat.

Sunulan adsorbsiya izotermlerinde karbonatlaşma sonrasında yüksək nisbi rütubət bölgesindeki davranış değişmiş, tədqiqatçılar bunu nispeten büyük məsamələrin karbonatlaşmala daralması və ya çökmesiyle ilişkiləndirmiştir.

XRD və Rietvəld analizi

Kantitatif analizde kalsit, vaterit, araqonit, ettringit, alit, belit, alüminat fazaı, ferrit fazaı, korundum, portlandit, hemihidrat və dihidrat alçı, hidrokalümit, periklaz və sönmemiş kireç dâhil çok sayıda kristal faza qiymətləndirilmişdir. C-S-H amorf olduğundan birbaşa kristal faza olaraq değil, iç standart yaklaşmaıyla dolaylı olaraq qiymətləndirilmişdir.

TG-DTA analizi

• Temperatur aralığı: 20–1000 °C.
• Isıtma sürətı: 10 °C/dakika.
• Temel hedefler: Ca(OH)₂ və CaCO₃ miktarlarının belirlenmesi.
• Kuantifikasyon yaklaşmaı: DTA eğrisindeki dönüm noktaları və TG kütlə kaybı istifadə edilmişdir.

Analiz, 24 saat sonunda Ca(OH)₂'nin büyük bölümünün hâlâ mevcut olduğunu ortaya koymuştur. Buna rtormen CaCO₃ miktarındaki belirgin artış, C-S-H gibi diğer hidratların karbonatlaşmasınun əhəmiyyətli olduğunu göstərir.

FT-IR analizi

Karbonasyon ilərledikçe təxminən 970 cm^-1 C-S-H bandı zayıflamış və 1020–1070 cm^-1 civarındaki silis gel bandı belirginleşmiştir. Bu değişim C-S-H dekalsifikasiyaunu dəstəkləyir.

Fenolftalein və spektrofotometre analizi

• Fenolftalein çxüsusitisi: %1,0.
• Gözlem zamanları: 1 dakika, 30 dakika, 1 saat, 3 saat və 24 saat.
• Renk sistemi: L*a*b*.
• Değerlendirilən dəyişən: kırmızı biləşen a*.

Bütün temperaturlarda a* dəyərinin çoğunlukla püskürtmeden təxminən 30 dakika sonra maksimuma ulaştığı və ardından zamanla düştüğü görülmüştür. Yüksek temperatur numunelerinde ilk renklenmenin gecikməsi daha belirgindir.

Fazlara göre karbonatlaşma kinetiği

Kaynakta karbonatlaşma sürətı üçün ayrı bir kapalı matematiksel denklem vərilməmişdir. Kütle artış eğrisinin zamana göre türevi 0,1 saat aralıklarla alınarak anlık karbonatlaşma sürətı hesablanmışdır.

Məqalənin nəticə bölümüne göre Faza I'de C-S-H karbonatlaşma sürətı Ca(OH)₂ karbonatlaşma sürətının təxminən dört bərkdır. Faza II və Faza III'te isə Ca(OH)₂ miktarında daha fazala belirgin azalma aşkarlama edilmemesine rtormen C-S-H karbonatlaşması devam etmektedir.

C-S-H sürətının hesaplanmasındaki əhəmiyyətli fərziyyə

Tədqiqatda hesablama amacıyla sement hidratlarının tamamen Ca(OH)₂ və C-S-H'den oluştuğu fərz edilmişdir. C-S-H azalma sürətı, CaCO₃ oluşum sürətı ilə Ca(OH)₂ azalma sürətının farkından türetilmiştir.

Bu, üsulun əhəmiyyətli məhdudiyyətlərindan biridir. Gerçek hidratlanmış sement sisteminde ettringit, monosülfat və başka fazalar da bulunmaktadır. Nitekim tədqiqatçılar 10 və 20 °C arasındaki bazı farkları açıqlamak üçün monosülfat gibi C-S-H dışındaki hidratların gelecekte ayrıca araştırılması gerektiğini bildirir.

Kaynak üçündeki əhəmiyyətli tutarsızlık

BB üçün Faza III temperatur sıralamasında metin və qraf birbiriyle tam olaraq uyuşmamaktadır. Metindeki “60 °C > 30 °C > 10 °C > 20 °C” sıralaması, aynı bölümün ters temperatur btorımlılığı yorumuyla və Şekil 15'in eğriləriyle uyumsuz görünmektedir. Şekil 15'in geç dörütubət eğriləri təxminən olaraq 20 °C'nin en yüksək, 60 °C'nin isə en aştorı sürətı vərdiğini göstərir. Sonuc bölümü de Faza III üçün aştorı temperaturların daha yüksək görünür karbonatlaşma sürətı ürettiğini ifade etmektedir.

Bu niyəle tədqiqatın ana mekanistik sonucu korunabilir: temperatur etkisi reaksiya boyunca değişmekte və geç dörütubətde C-S-H davranışı belirleyici hâle gelmektedir. Ancaq BB üçün Faza III'ün kesin temperatur sıralaması, mənbə üçündeki bu tutarsızlık niyəiyle ihtiyatla dəyərlendirilmelidir.

Əsas məhdudiyyətlər

• CO₂ konsantrasyonu %5'tir və doğal atmosferden çok daha yüksək bir sürətləndirilmiş təcrübə koşuludur.
• Numuneler <63 µm toz hâlindedir; real beton üçündeki makroskopik CO₂ diffuziyau xüsusilikle ortadan kaldırılmıştır.
• Sonuclar beton karbonatlaşma dərinliyini birbaşa ölçmemektedir.
• Karbonasyon yalnızca 24 saate kadar izlenmiştir.
• 10 və 20 °C numunelerinde reaksiyaun 24 saatten sonra devam edebiləceği qeyd edilmişdir; nihai denge belirlenmemiştir.
• Faza II'nin mekanizması ayrıntılı biçimde açıqlanmamışdır.
• C-S-H sürət hesabında hidratların yalnızca Ca(OH)₂ və C-S-H'den oluştuğu bturşuleştirici fərziyyə istifadə edilmişdir.
• Monosülfat və diğer hidratların katkistilik ayrıştırılmamıştır.
• BB Faza III temperatur sıralaması metin və qraf arasında tutarsızdır.
• Adsorpsion nəticələrinın sunulan bölümünde bütün temperaturlar və BB üçün eşdəyər müqayisəlar gösterilmemiştir.
• Doğal ytormur, ıslanma-quruma və mevsimsel dövr koşulları yoxdur.
• Beton aqreqat struktursı, beton örtü kalınlığı və çat etkisi təcrübə kapsamında değildir.
• Sonuclardan real tikili servis ömrüne birbaşa dönüşüm strukturlmamıştır.

Nəticələrin mühəndislik baxımından mənası

Tədqiqatnın en güclü sonucu, temperaturun karbonatlaşma üzərində təsirinin sabit bir katsayı gibi ele alınmaması gerektiğini göstermesidir. Aynı temperatur bir reaksiyaun ilk saatlerinde sürətlandırıcı, daha sonraki mərhələsinde isə reaksiyaun erken tükenmesi niyəiyle göreli olaraq yavaşlatıcı bir nəticə oluşturabilir.

Bu mekanizma xüsusilikle sürətləndirilmiş karbonatlaşma təcrübəlerinin doğal ortama ekstrapolasyonunda əhəmiyyətlidir. %5 CO₂ altında C-S-H və portlanditin eş zamanlı reaksiyaa girmesi, aştorı atmosferik CO₂ koşullarında realleşebiləcek daha sıralı reaksiya mekanizmasından fərqli ola bilər.

Buna görə davamlılıq modellerinde temperaturun etkisini yalnızca Arrhenius tipi tek bir sürətlandırma katsayistilikna indirgemek yerine; hidrat türü, karbonatlaşma mərhələsi, CO₂ konsantrasyonu, rütubət və məsamə struktursının birlikdə dəyərlendirilmesi gerekebilir.

Mənbə və metod qeydi

Tədqiqatnın tam özgün adı: Temperature dependence of carbonation kinetics in cement hydrates: the controlling role of C-S-H carbonation

Müəlliflər və doğru sıraları: Junho KIM; Kiyofumi NAKADA; Manabu KANEMATSU.

Birinci müəllif: Junho KIM.

Eş birinci müəlliflık: Eş birinci müəlliflık və ya eş katkı bilgisi belirtilmemiştir.

Sorumlu müəllif: Junho KIM.

Sorumlu müəllif rabitə adresi: jh-kim@rs.tus.ac.jp

Kurumsal btorlantılar:

• Junho KIM — Department of Architecture, Faculty of Science and Technology, Tokyo Univərsity of Science, 2641 Yamazaki, Noda-shi, Chiba 278-8510, Yaponiya.
• Kiyofumi NAKADA — Department of Building Materials and Components, Building Research Institute, 1 Tachihara, Tsukuba-shi, Ibaraki-ken 305-0802, Yaponiya.
• Manabu KANEMATSU — Department of Architecture, Faculty of Science and Technology, Tokyo Univərsity of Science, 2641 Yamazaki, Noda-shi, Chiba 278-8510, Yaponiya.

DOI: 10.2139/ssrn.7199945

Dergi: Bu sürüm üçün rəyçili bir dergi və ya kabul edilmiş nihai dergi sürümü doğrulanamamıştır.

Yayın platformu: SSRN.

Platform: Elsevier'in SSRN erken tədqiqat və preprint platformu.

SSRN qeyd tarihi: 29 Temmuz 2026.

Yayın yılı: 2026.

Kaynak türü: Çimento hidratlarının sıcaklığa btorlı karbonatlaşma kinetiğini kontrollü sürətləndirilmiş təcrübəlerle inceleyen eksperimental tədqiqat preprinti.

Hakemlik durumu: Tədqiqat rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş bir preprinttir; tapıntılar bu durum dikkate alınarak dəyərlendirilmelidir.

Resmî tədqiqat btorlantistilik:SSRN rəsmi tədqiqat sayfası

DOI btorlantistilik:https://doi.org/10.2139/ssrn.7199945

Finansman: Tədqiqatçılar tədqiqatın kamu, ticari və ya kâr amacı gütmeyen maliyyələşdirmə kuruluşlarından xüsusi bir tədqiqat hibesi almadığını belirtmiştir.

Bu türk dili açıqlama yalnızca incelenen tədqiqatın bilimsel içeriğine dayanarak hazırlanmışdır. Kütle değişimi, adsorbsiya, XRD/Rietvəld, TG-DTA, FT-IR və fenolftalein nəticələri ilə N və BB numunelerinin bütün temperatur və zaman müqayisəları birlikdə qiymətləndirilmişdir. Dış mənbəlar yalnızca başlık, müəlliflər, DOI, SSRN qeyd tarihi və yayın/rəyçilik durumunun bibliyoqraf doğrulaması üçün kullanılmış; bilimsel tapıntılara dış mənbəlardan yeni nəticə eklenmemiştir.

Tədqiqatnın başlıca sınırları; %5 CO₂ kullanılan sürətləndirilmiş koşul, CO₂ taşınımını xüsusilikle ortadan kaldıran toz numune yaklaşmaı, 24 saatlik təcrübə süresi, C-S-H sürət hesabındaki bturşuleştirici hidrat fərziyyəı, Faza II mekanizmasının çözülmemiş olması və BB Faza III temperatur sıralamasındaki mənbə içi tutarsızlıktır. Bu niyəle nəticələr birbaşa real beton karbonatlaşma dərinliyi və ya struktur servis ömrü olaraq yorumlanmamalıdır.