Liflerin geopolimer betonların mekanik ve dinamik özelliklerine etkisi
Influence of fibers on the mechanical and dynamic properties of geopolymer concretes
Yazar: MUSTAFA OĞUZ
Danışman: PROF. DR. ŞEMSİ YAZICI
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
İnsanlık tarihinin en uzun süredir olmasa dahi, en fazla tercih edilen yapı
malzemesidir beton. Yüzyıllardır kullanılmasına rağmen, hala araştırmacılar ve
üreticiler tarafından yapılan çalışmalar ile geliştirilmektedir. Bu çalışmalar, betonun
sahip olduğu olumsuz özellikleri ortadan kaldırmak, azaltmak ve/veya olumlu
özelliklerini daha da iyileştirmek için yapılmaktadır.
Geleneksel betonun bileşenlerinden olan Portland Çimentosunun üretimi
sırasında esnasında ortaya çıkan karbondioksit sera gazı oluşumuna sebep olmakta
ve dünyamız için gün geçtikçe artan bir sorun oluşturmaktadır. Bu soruna çözüm
oluşturabilmek için, 1980'li yılların başında alüminosilikat malzemeleri alkali
çözeltilerle aktive ederek polimerleşme reaksiyonlarının sonucu olan bir bağlayıcı
geliştirilmiş ve bu geliştirilen ürüne "geopolimer" adı verilmiştir. Betonun gevrek
yapı malzemesi olması olumsuz özelliklerinden bir diğeridir. Geleneksel betona
kısmen alternatif olarak üretilebilen geopolimer betonlarda değişik liflerin kullanımı
geopolimer betona yeni birtakım özellikler kazandırabilmektedir. Klasik betonda
kullanılan lif katkılarından özellikle çelik olanlarının betonda sünekliği artırdığı,
çekme ve eğilme dayanımını yükselttiği, çatlamaya ve darbeye karşı direnci artırdığı,
yorulma davranışını iyileştirdiği bilinmektedir. Söz konusu liflerin geopolimer
betonda da benzer davranışı gösterip göstermediğini araştırmak bu alanda ilave
bilgilerin sağlanmasına katkı verecektir.
Bu tez kapsamında, alüminosilikat toz malzeme olarak yüksek fırın cürufu
kullanılmıştır. Bu toz malzemenin sodyum hidroksit ve sodyum silikat ile
karıştırılması sonucu geopolimer hamur ve beton üretilmiştir. Üretilen beton için,
daha önce yapılmış çalışmalar ve tecrübeler ışığında tek bir karışım oranı
belirlenmiştir. Beton içerisine 2 tip çelik ve 2 tip polipropilen lif 3 farklı oran ile
dahil edilmiş ve kontrol karışımı dahil 13 karışım hazırlanmıştır. Lif eklenen
karışımlarda, lifin hacmi kadar agrega (ince ve iri) azaltılarak diğer bileşen oranları
sabit tutulmuştur. 13 adet karışımdan elde edilen numuneler oda sıcaklığında
muhafaza edilerek yapılan deneyler ile mekanik ve dinamik özellikleri
araştırılmıştır.
7 ve 28 günlük numuneler üzerinde yapılan deney sonuçlarına göre, her tip lif
için karışımdaki oranı yükseldikçe basınç, eğilme, yarmada çekme ve darbe
dayanımı değerlerinde artış, azalan slump (çökme) değeri ile işlenebilirliğinde düşüş
görülmüştür.
28 günlük numuneler üzerinde yapılan deformasyon kontrollü eğilme deneyi
sonuçlarına göre, eklenen liflerin betonun sünekliğini ve enerji yutma kapasitesini
artırdığı görülmüştür.
Anahtar sözcükler: geopolimer beton, yüksek fırın cürufu, çelik lif,
polipropilen lif

Abstract:
Although concrete may not be the oldest, it is certainly one of the most
preferred building materials in human history. Despite being used for centuries, it
is still being developed through research and production efforts by scientists and
manufacturers. These efforts aim to eliminate, reduce, and/or further improve the
positive characteristics of concrete.
The production of Portland Cement, a component of traditional concrete,
results in the emission of carbon dioxide, a greenhouse gas, which is increasingly
becoming a problem for our world. To address this issue, a binder resulting from
polymerization reactions was developed in the early 1980s by activating
aluminosilicate materials with alkaline solutions, and this developed product was
named "geopolymer." One of the negative characteristics of concrete is its brittle
nature. The use of various fibers in geopolymer concrete, which can be produced
as a partial alternative to traditional concrete, can endow geopolymer concrete with
new properties. It is known that the fibers used in classic concrete, especially steel
ones, increase ductility in concrete, enhance tensile and bending strength, improve
resistance to cracking and impact, and better fatigue behavior. Investigating
whether these fibers exhibit similar behavior in geopolymer concrete will contribute
additional information to this field.
In this thesis, blast furnace slag has been used as the aluminosilicate powder
material. A geopolymer paste and concrete have been produced as a result of mixing
this powder material with sodium hydroxide and sodium silicate. For the produced
concrete, a single mixture ratio has been determined in light of previous studies and
experiences. Two types of steel and two types of polypropylene fibers have been
included in the concrete at three different ratios, and including the control mixture,
13 mixtures have been prepared. In the mixtures with added fibers, the volume of
the aggregate (fine and coarse) has been reduced by the volume of the fiber, keeping
the ratios of other components constant. The mechanical and dynamic properties
have been researched through experiments conducted at room temperature on
samples obtained from the 13 mixtures.
According to the experimental results on samples aged 7 and 28 days, it has
been observed that as the amount of each type of fiber in the mixture increases, the
values of compressive strength, flexural strength, splitting tensile strength, and
impact resistance increase, while the workability decreases with the reduced slump
value.
According to the results of the deformation-controlled bending test conducted
on 28-day-old samples, it has been observed that the addition of fibers increases the
ductility and energy absorption capacity of the geopolymer concrete.
Keywords: geopolymer concrete, blast furnace slag, steel fiber,
polypropylene fiber,