Yüksek fırın cürufu kullanılarak üretilen geopolimer harçlarının basınç dayanımı özelliklerinin incelenmesi
Investigation for compressive strength properties of geopolymeric mortars produced by using blast furnace slag
Yazar: BURÇİN KOÇAK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KADİR KILINÇ
Kırklareli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Beton Dünya'da yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Türkiye'de de beton kullanımı yıllar geçtikçe artmaktadır. Betonun istenilen nitelikte olabilmesi için işlenebilirlik, dayanım ve kalıcılık (servis ömrü süresince bütünlüğünü ve içindeki çelik donatıyı koruyabilmesi) açısından üstün özelliklere sahip olmalıdır. Son yıllara baktığımızda beton üretiminde kimyasal katkı maddelerinin kullanılmadığı bir durumu görmek mümkün olmamıştır. Kimyasal katkı maddelerinin beton üretiminde kullanımının son zamanlarda beton teknolojisinde yaygın bir biçimde tercihi söz konusu olmaktadır. İnşaat sektöründe içeriği farklı olan kimyasal katkılar ihtiyaçlar doğrultusunda hazırlanmaktadır ve sonuç olarak tüketicinin kullanımına sunulmaktadır. Kimyasal katkılar arasında en çok kullanılan katkılar betonun işlenebilirliğini artıran akışkanlaştırıcı katkılar olarak belirtilebilir. Süper akışkanlaştırıcılar betonun reolojik ve mekanik özellikleri üzerinde önemli etkisi olan kimyasal katkı maddeleri olarak vurgulanabilir. Süper akışkanlaştırıcıların üstün performanslı olabilmesi için çimento-katkı uyumu da büyük önem taşımaktadır. Bu bağlamda kimyasal katkı maddesi ile kullanılan çimentonun uyumu önemli bir husustur. Betonun yapı sektöründe sıklıkla kullanılan yapı malzemelerinden olmasının en önemli sebepleri temininin kolay olması, üretim teknolojisinde gelişmelerin devamlı ilerlemesi ve betonun ekonomik bir malzeme olmasıdır. Günümüzde dünya nüfusu her geçen gün artmaktadır. Dolayısıyla CO2 miktarı da bir artış göstermekte ve meydana gelen bu durum da insanlar ve çevre için ciddi bir sorun haline gelmektedir. Yapılarda yenilenebilir ve sürdürülebilir uygulamalara büyük ihtiyaç doğmuştur. Sonuç olarak Normal Portland Çimentosu kullanımı yerine yeşil konsepti gözönüne alan, sürdürülebilir çevre ve küresel ekonomi bağlamında yeni bağlayıcı özellikte olan malzeme ve farklı beton türlerinin ortama çıkması gerekliliği oluşumu söz konusu hale gelmiştir. Çimento üretimi esnasında CO2 gazı emisyonu söz konusu olmaktadır. Bu durum da insan sağlığı için büyük bir önem taşımaktadır. Literatürde bu husus ile ilgili yeni malzemeler ve karışım oranları ele alınarak, betonun dayanım ve durabilitesinin iyileştirilmesi için birtakım deneysel çalışmalar gerçekleştirilmektedir. Bu kapsamda Normal Portland Çimentosu kullanımı yerine bağlayıcı malzeme olarak yüksek fırın cürufu, uçucu kül ve silis dumanı gibi puzolanik atık malzemeleri ele alarak elde edilen geopolimer betonlarının hem dayanım hem de durabilite özellikleri bağlamında üstün özelliklere sahip olduğu vurgulanabilir. Geopolimer betonu aslında çimentosuz beton olarak belirtilebilir. Bu konuda çalışmaların sayısı gitgide artmaktadır. Geopolimer betonu üretiminde sodyum silikat ve sodyum hidroksit alkalileri gibi endüstriyel ürünlerin kullanımı söz konusu olmaktadır. Geopolimer betonu üretiminde kullanımı en sık olan puzolanik malzemeler uçucu kül ve yüksek fırın cürufudur. Bu malzemeler atık malzemeler olarak da bilinmektedir. Bu atık malzemelerin doğaya doğrudan atılması çevre kirliliği en başta olmak üzere birçok olumsuz etki ortaya çıkarabilir. Geopolimer teknolojisi ile bu atıkların, yeni ürün ortaya konmasında ya da mevcut var olan ürünlerde katkı maddesi olarak kullanılmasında bir seçenek söz konusu olmaktadır. Bu yüksek lisans tezi deneysel çalışmasında öğütülmüş yüksek fırın cürufu, doğal kum, kırma kum, sodyum silikat, sodyum hidroksit çözeltisi ve potasyum hidroksit çözeltisi ile farklı süper akışkanlaştırıcı kimyasal katkılar kullanılarak farklı geopolimer harçları hazırlanmıştır. Süperakışkanlaştırıcı olarak ise laboratuvarda hazırlanmış sodyum benzoat esaslı kimyasal katkı ve sodyum tripolifosfat esaslı kimyasal katkı kullanılmıştır. Sodyum hidroksit çözeltisi olarak Chryso-Kat Katkı Malzemeleri San. ve Tic. A.Ş. Yapı Kimyasalları Firmasından temin edilen sodyum hidroksit çözeltisi kullanılmıştır. Potasyum hidroksit çözeltisi ise 10 Molar ve 12 Molar olmak üzere 2 farklı molaritede kullanılmıştır. Karışımlarda alkali çözelti-yüksek fırın cürufu oranı 0,73 ve 0,88 olmuştur. Karışımlarda sodyum silikat çözeltisi-sodyum hidroksit çözeltisi ve sodyum silikat çözeltisi-potasyum hidroksit çözeltisi oranı 1 ve 1,5 olmuştur. Üretimi gerçekleştirilen farklı geopolimer harcı karışımları üç gözlü dikdörtgen prizma çelik kalıplara yerleştirilmiştir. 24 saat sonra sertleşmiş geopolimer harcı numuneleri kalıplardan çıkarılarak 21 °C sıcaklıkta olan su tankında kür edilmiştir. Sertleşmiş geopolimer harcı numunelerinin 3, 7, 28, 56, 72 ve 90 günlük sertleşmiş birim ağırlık sonuçları, eğilme dayanımı sonuçları ve basınç dayanımı sonuçları belirlenmiştir. Alkali aktifleştirici tipi, alkali çözelti-yüksek fırın cürufu oranının ve sodyum silikat çözeltisi-sodyum hidroksit çözeltisi ve sodyum silikat çözeltisi-potasyum hidroksit çözeltisi oranının mekanik özellikler üzerindeki etkisi kapsamlı bir şekilde ele alınmıştır.

Abstract:
Concrete is a widely used building material in Turkey as well as in the world. There are three basic properties that a qualified concrete should have; workability, strength and durability (preserving its integrity and internal steel reinforcement throughout its service life). In recent years, it has become almost impossible to imagine concrete without the use of chemical admixtures. The use of chemical admixtures has been widely preferred in concrete technology in recent years. Chemical admixtures with different contents in the construction sector are prepared considering the needs and offered to the use of the consumer. Plasticizing admixtures that increase the workability of concrete are generally the most commonly used chemical admixtures. Superplasticizers are the most widely used chemical admixtures because of their important effects on the rheological and mechanical properties of concrete. The efficiency level depends on the type of cement used as well as on the chemical admixture itself. In this respect, chemical admixture-cement compatibility is important. Concrete is one of the most used building materials in the construction industry in the world, due to its easy availability of components, progress in production technology and being economical. Today, the increase in the population day by day causes an increase in the amount of CO2 released and this situation poses an important problem for people and the environment. In order to create renewable and sustainable practices in buildings, instead of Ordinary Portland Cement, new binding materials and different types of concrete have emerged for green, sustainable environment and global economy. Because the CO2 released during cement production threatens the health of our future generations. For this reason, experiments are carried out to increase the strength and durability of concrete by trying new materials and mixing ratios. In this context, it has been stated that geopolymer concretes obtained by using factory waste materials such as blast furnace slag, fly ash and silica fume as concrete binder material instead of Ordinary Portland Cement have a positive effect on both the strength and durability properties of the concrete. Researches and experiments are carried out on geopolymer and alkali activated concretes used as new cementless concrete. Geopolymer concrete uses industrial product such as sodium silicate and sodium hydroxide alkalis as binders. In addition, fly ash and blast furnace slag are the most used materials in the production of geopolymer concrete. Disposing of waste materials directly to nature has many negative effects, especially environmental pollution. It is possible to use the wastes as an additive in the production of new products or in existing products. In this Ms Thesis' experimental study, different geopolymer mortars were prepared by using ground blast furnace slag, natural sand, crushed sand, sodium silicate, sodium hydroxide solution and potassium hydroxide solution and different superplasticizer chemical admixtures. As superplasticizers, sodium benzoate-based chemical admixture and sodium tripolyphosphate-based chemical admixture prepared in the laboratory were used. Sodium hydroxide solution obtained from Construction Chemicals Company was used as an alkaline activator. Potassium hydroxide solution was used in 2 different molars such as 10 Molar and 12 Molar. The ratio of alkali solution to blast furnace slag in the mixtures was 0.73 and 0.88. The ratio of sodium silicate solution-sodium hydroxide solution and sodium silicate solution-potassium hydroxide solution in the mixtures was 1 and 1.5. Different geopolymer mortar mixtures produced were placed in rectangular prism steel molds. After 24 hours, the hardened geopolymer mortar samples were removed from the molds and cured in a water tank at 21 °C. The results of hardened unit weight, flexural strength and compressive strength for hardened geopolymer mortar samples at 3, 7, 28, 56, 72 and 90 days were determined. The influence of alkali activator type, alkali solution-blast furnace slag ratio, and sodium silicate solution-sodium hydroxide solution and sodium silicate solution-potassium hydroxide solution ratio on mechanical properties have been comprehensively discussed.