Atık lastik katkılı geopolimer betonun mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of waste tire added geopolimer concrete
Yazar: ABDUSSALAM M. HASSAN SARKAZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK MEMİŞ
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
İnşaat sektörü, modern altyapıların gerektirdiği sürdürülebilirliği karşılamak için giderek çevre dostu malzemelerin kullanımına yönelmektedir. Bu durum, özellikle son yirmi yılda, artan küresel ısınma sonucu gerçekleşen ve üretiminde yüksek miktarda CaO2 gazı yaydığı bilinen Portland çimentosunun (PÇ) yaygın kullanımı konusundaki endişelerin bir sonucudur. Bu endişeleri ortadan kaldırmayı hedefleyen PÇ'ye alternative olarak görülen geopolimer betonların gelişimi, çevre dostu beton üretme yolunda umut verici bir malzeme olarak inşaat sektöründe önemini giderek arttırmaktadır. Bununla birlikte, geopolimer bağlayıcıları sıradan Portland çimentosuna alternatif olarak düşünmek, daha düşük sera gazı emisyonu ve düşük enerji tüketimi nedeniyle bazı uygulamalarda sıradan PÇ'ye potansiyel bir alternatif bağlayıcı haline gelen 'yeni' bir malzemedir. Diğer taraftan, atık lastikler ise, artan karayolu taşımacılığı ve araçların kullanımı sonucunda oluşan, çevre içinde acil önlem alınması gereken bir diğer atık sorunu olarak önemini korumaktadır. Atılan bu atık lastikler genellikle 'siyah kirlilik' yaratır, çünkü kolayca ve biyolojik olarak parçalanmazlar,  çevre için potansiyel bir tehdit oluştururlar.

Bu amaçla hazırlanan bu tez kapsamında, endüstriyel bir atık ürünü olan yüksek fırın cürufu (YFC) ile üretilebilinecek geopolimer betonlarda, atık lastik kullanılmasının  etkisini hem taze hem de sertleştirilmiş betonda araştırmaktadır. Bu amaçla atık lastik (AL) farklı boyutları tanımlayan A (0-1 mm), B (1-2 mm), C (2-4 mm) ve D (0-4 mm) olarak dört tip, % 5, % 10 ve %15 oranlarında olmak üzerede AL agrega ile yer değiştirilerek 12 karışım, kotrol grubu ile de toplam 13 karışım hazırlanmıştır. YFC içeriği tüm karışımlar için 800 kg/m3 olarak sabit kullanılmış ve hazırlanan geopolimer betonlarda yayılma çapı, yoğunluk, su emme oranı, eğilme dayanımı ve basınç dayanımı dâhil olmak üzere taze hal ve sertleştirilmiş hal beton testleri yapılmıştır. Ayrıca dayanıklılık açısından 300 oC, 600 oC ve 900 oC olarak 3 farklı yüksek sıcaklığin geopolimer betondaki etkisi incelenmiştir. 

Bu çalışma kapsamında elde edilen sonuçlar, AL değişimi nedeniyle ile yayılma çapında azalmaya neden olduğu, en kötü değerin D tipi ve %15 karışımında 21 cm ölçülmüş ve lastik içeriğindeki artışın, karışımın işlenebilirliğini azalttığı tespit edilmiştir. Ayrıca basınç dayanımının artan orana bağlı olarak dayanımları beklenildiği üzere azalttığı görülmüştür. Buna rağmen karışımların en iyi değeri 3 günde 50,16 MPa ve 7 günlük dayanımda ise 52,87 Mpa iken   28 günlük dayanımlarda da 56,18 Mpa ile B grubu ve %5 AL kullanımında gerçekleşmiştir. Su emme oranlarında ise C tipi AL kullanılmasında %15,35 ve D tipi AL kullanılmasında ise %15,03'lük bir değerler elde edilmiştir. Ayrıca yüksek sıcaklık etkileri incelendiğinde kullanılan AL ve geopolimerin özellikleri nedeniyle 900 ºC'de numunelerdeki hasarlar nedeniyle dayanımlar belirlenememiştir. Ancak daha düşük sıcaklık derecelerinde ise beklenildiği üzere sıcaklık arttıkça, basınç dayanımının düştüğü belirlenmiştir. Yüksek sıcaklık sonrası dayanımlarda en iyi basınç dayanımı, karışım için 300 ºC 'de 39.56 ile A tipi ve %5 AL kullanınımında elde edilmiştir. Artan tane boyutu (2-4 mm) ise yüksek sıcaklık sonucunda dayanımda en fazla dayanımda azalışa neden olmuş ve 8,76 MPa gibi bir değer elde edilmiştir. Bu sonuçlar AL'lerin geopolimer betonlarda önlemler alınmak koşulu ile belirli orana kadar kullanılabilineceğini göstermiştir.

Abstract:
The construction industry is increasingly turning to the use of environmentally friendly materials to meet the sustainability required by modern infrastructures. This is a result of concerns about the widespread use of Portland cement (OPC), which has been caused by increased global warming and is known to emit a high amount of CaO2 gas in its production over the past two decades. The development of geopolymer concrete, which is considered as an alternative to OPC, which aims to eliminate these concerns, is increasing its importance in the construction sector as a promising material for producing environmentally friendly concrete. However, considering geopolymer binders as an alternative to ordinary Portland cement is a 'new' material that has become a potential alternative binder to OPC in some applications due to lower greenhouse gas emissions and low energy consumption. On the other hand, waste tires remain important as another waste problem caused by increased road transport and the use of vehicles, which requires immediate action for the environment. These waste tires, which are discarded, often cause 'black pollution' because they do not break down easily and biologically, they pose a potential threat to the environment.

This thesis it investigates the effect of using waste rubber in both fresh and hardened properties in geopolymer concrete that can be produced with blast furnace slag (GBFS), which is an industrial waste product. For this purpose, four types of waste rubber were used and these types included, A (0-1 mm), B (1-2 mm), C (2-4 mm) and D (0-4 mm), which define different sizes, are 5%, 10% and 15%. waste rubber was used as aggregate and totaly13 mixes were prepared with the control group. GBFS content has been used as a constant of 800 kg / m3 for all mixtures. Fresh and hardened state concrete tests have been carried out, the coducted tests included; flow diameter, density, water absorption rate, flexural strength and compressive strength. In addition, the effects of 3 different elevated temperatures in the geopolymer concrete, as 300 oC, 600 oC and 900 oC, were investigated. 

The obtained results within the scope of this study have indicated that flow diameter decreased due to the change of waste tire, the lowest value was 21 cm in D type and 15% mixture, and the increase in the tire content decreased the workability of the mixture. In addition, it was observed that the compressive strength decreased as expected due to the increasing rate of tyre rubber. Despite this, the highest value of compressive strength was 50.16 MPa in 3 days and 52.87 MPa in 7-day strength, while in 28 days, by using group B and 5% waste tires; 56,18 MPa compressive strengths was achieved. In water absorption results, a value of 15.35% was achieved in the use of C type waste tires and 15.03% in the use of type D waste tires. In addition, when the high temperature effects were examined, flexural strength and compressive strength could not be determined due to the damage in the samples at 900 ºC. However, at lower temperatures, as expected, it was determined that the compressive strength decreases as the temperature increases. The best compressive strength in high temperature strengths was obtained by using type A and 5% waste tires with 39.56 MPa at 300 ºC. On the other hand, increased grain size (2-4 mm), caused a decrease in strength at the end of high temperature and a value of 8.76 MPa was obtained. These results revealed that waste tires can be used up to a certain rate, provided that precautions are taken in geopolymer concretes.