Farklı alüminosilikat esaslı geopolimer betonlarda çiçeklenme davranışının araştırılması
Investigation of the efflorescence behavior of different aluminosilicate based geopolymer concretes
Yazar: BAHAR DİKİCİOĞLU
Danışman: PROF. DR. RIZA POLAT
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Geopolimerlerin mekanik, fiziksel vb. üstün özellikleri, sulu/nemli ortamlarda oluşan çiçeklenme nedeniyle olumsuz etkilenmektedir. Bu çalışmada geopolimer üretiminde altı farklı alüminosilikat kaynağı, iki farklı silis modülü ve karışım tipi (iki parçalı) parametreleri kullanılarak çiçeklenme davranışının araştırılması ve farklı yöntemler ile tespit edilerek karşılaştırılması amaçlamıştır. İki farklı silis modülü, karışım tipi ve altı farklı alüminosilikat kaynağı parametreleri kullanılarak üretilen geopolimer beton numuneleri, kür sürecini tamamladıktan sonra yarı ve tam daldırma yöntemleri ile 60 gün boyunca deiyonize suya maruz bırakılmıştır. Yarı daldırma yönteminde ortaya çıkan çiçeklenme ürünlerinin içyapı analizi (SEM-EDS, XRD, XRF) ve tam daldırma yönteminde ise sızıntı suyundaki kimyasal değişimin tespiti (pH ve ICP-MS) yapılmıştır. Ayrıca, referans ile yarı ve tam daldırma yöntemlerine maruz kalan numunelerde basınç dayanımı, UPV ve su emme deneyleri gerçekleştirilmiştir. YFC ve perlit esaslı geopolimer numunelerde, silis modülü arttıkça çiçeklenme şiddeti artmış ve buna bağlı olarak basınç dayanımları düşmüştür. YFC'ye ikame edilen farklı alüminosilikat kaynaklarına göre kırmızı çamur ikameli numuneler, küretaj yöntemine göre çiçeklenmeye karşı daha etkili bir performans sergilemiş; buna karşılık, en yüksek çiçeklenme miktarı perlit ikameli numunelerde gözlemlenmiştir. Numunelerin bulunduğu sızıntı suyunun analizi ICP-MS analizi ile incelenmiş, Na ve Si elementlerinin fazlalığı tespit edilmiştir. 60 gün boyunca ölçülen pH değerlerinin günden güne artış gösterdiği ve kimyasal reaksiyonların/çözünmelerin bir kanıtı olarak renk değişimi gözlemlenmiştir. Tek parçalı (kuru karışım) geopolimer karışımlarda çiçeklenme derecesinin silis modülü ile doğru orantılı olarak artış gösterdiği gözlemlenmiştir. Alüminosilikat kaynağı bakımından YFC'ye ikame edilen uçucu kül ve kırmızı çamurun çiçeklenme şiddetinin azalması üzerinde daha etkili olduğu tespit edilmiştir. XRD analizi ile çiçeklenme ürünlerinin mineralojik yapısı incelendiğinde genellikle sodyum ve kalsiyum karbonat esaslı Trona (Na₃H(CO₃)₂·2H₂O), Termonatrit (Na₂CO₃·H₂O), Gaylussite (Na₂Ca(CO₃)₂·5H₂O) ve kuvars (SiO2) mineralleri tespit edilmiştir. Suya maruz kalan tek parçalı üretilen geopolimer betonlarda genel olarak kimyasal çözünmeler meydana gelmektedir.

Abstract:
The superior mechanical, physical, etc. properties of geopolymers are adversely affected by efflorescence in aqueous/moist environments. In this study, it was aimed to investigate the efflorescence behavior using six different aluminosilicate sources, two different silica modulus and blend type (two-part) parameters in geopolymer production and to determine and compare them with different methods. Geopolymer concrete specimens produced using two different silica modulus, mix type and six different aluminosilicate source parameters were exposed to deionized water for 60 days by semi- and full immersion methods after completing the curing process. The microstructure analysis (SEM-EDS, XRD, XRF) of the efflorescence products in the semi-immersion method and the determination of the chemical changes in the leachate (pH and ICP-MS) in the full immersion method were performed. In addition, compressive strength, UPV and water absorption tests were carried out on the reference and semi- and fully immersed samples.In YFC and perlite-based geopolymer specimens, efflorescence severity increased with increasing silica modulus and compressive strengths decreased accordingly. Compared to the different aluminosilicate sources substituted to YFC, red mud substituted specimens showed a more effective performance against efflorescence according to the curettage method; however, the highest amount of efflorescence was observed in perlite substituted specimens. The leachate in which the samples were located was analyzed by ICP-MS analysis and excess Na and Si elements were detected. The pH values measured for 60 days increased day by day and a color change was observed as evidence of chemical reactions/dissolution. It was observed that the degree of efflorescence in one-part (dry mix) geopolymer blends increased in direct proportion to the silica modulus. In terms of aluminosilicate source, red mud and fly ash substituted to YFC was found to be more effective on the reduction of efflorescence severity. When the mineralogical structure of the efflorescence products was examined by XRD analysis, sodium and calcium carbonate based Trona (Na₃H(CO₃)₂-2H₂O), Thermonatrite (Na₂CO₃-H₂O), Gaylussite (Na₂Ca(CO₃)₂-5H₂O) and quartz (SiO2) minerals were generally detected. One-part geopolymer concretes exposed to water usually exhibit chemical dissolution.