Ferrokrom cürufu içeren yüksek yoğunluklu yaş püskürtme betonların performanslarının belirlenmesi
Determination of the performance of high density wet shotcrete containing ferrochrome slag
Yazar: HASAN POLAT
Danışman: PROF. DR. CENGİZ ÖZEL
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Barit = Barite ; Fiziksel özellikler = Physical properties ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Püskürtme beton = Shotcrete ; Zırhlama = Shielding

Özet:
Bu çalışma, ferrokrom, barit, siderit ve demir-manganez agregalarının püskürtme beton üretiminde kullanılabilirliğini ve püskürtme betonların mevcut kullanım alanları dışında alternatif kullanım alanlarını değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Ön deneyler sonucunda kırmataş ve ferrokromun (%50+%50) kullanımıyla bir kontrol grubu oluşturulmuştur. Su/çimento oranı 0.45, çimento dozajı 450 kg/m³ ve priz hızlandırıcı katkı oranı çimento oranının %4'ü olarak belirlenmiştir. Üretim aşamasında barit (B), siderit (S) ve demir-manganez (DM) agregaları, ferrokrom cürufu ile %25, %50, %75 ve %100 oranlarında yer değiştirilerek farklı betonlar üretilmiştir. Püskürtme beton numunelerinin fiziksel, mekanik, kalıcılık ve radyasyon zırhlama performansları değerlendirilmiştir. Radyasyon zırhlama performansı, 133Ba, 137Cs, 60Co ve 22Na radyoaktif nokta kaynakları, (276.5 keV ile 1332.5 keV arasında değişen) enerjiler ve yüksek saflıkta germanyum HPGe dedektör sistemi kullanılarak belirlenmiştir. Teorik hesaplamalar için WinXCOM arayüzü, simülasyon hesaplamaları için FLUKA Monte Carlo kodu kullanılmış ve elde edilen veriler karşılaştırılmıştır. Püskürtme betonlarda kullanılan agregaların fiziksel, mekanik, kalıcılık ve radyasyon zırhlama parametrelerini iyileştirdiği gözlemlenmiştir. Tüm püskürtme beton gruplarında barit katkılı numuneler en iyi fiziksel, mekanik ve kalıcılık özelliklerini sergilemiştir. Radyasyon zırhlama performansı açısından ise tüm gruplar, kontrol numunesine göre iyidir ve barit>siderit>demir-manganez şeklinde bir performans sıralaması göstermiştir. Tüm deneysel analizler sonucunda, en iyi fiziksel, mekanik ve kalıcılık özelliklerine barit katkılı püskürtme betonlardan B100 kodlu numunesinde ulaşılmıştır. Ayrıca, barit katkılı püskürtme betonların gama radyasyonu zırhlama performansının en iyi olduğu, demir-manganez katkılı betonların ise en iyi nötron zırhlama performansını gösterdiği belirlenmiştir. Sonuç olarak, barit, siderit ve demir-manganez katkılı püskürtme betonların etkili radyasyon zırhlama malzemeleri olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
This study aims to evaluate the feasibility of using ferrochrome, barite, siderite, and iron-manganese aggregates in shotcrete production and to explore their potential applications beyond current usage. Based on preliminary experiments established a control group with a 50% combination of crushed stone and ferrochrome. The water-cement ratio was set at 0.45, with 450 kg/m³ of cement, and a 4% dosage of setting accelerator was determined relative to the cement content. During production, concrete types were manufactured by replacing barite (B), siderite (S), and iron-manganese (DM) aggregates with ferrochrome at 25%, 50%, 75%, and 100% ratios. Shotcrete specimens were evaluated for their physical, mechanical, durability, and radiation shielding performance. Radiation shielding performance was determined using 133Ba, 137Cs, 60Co and 22Na radioactive point sources, energies (ranging from 276.5 keV to 1332.5 keV) and a high purity germanium HPGe detector system. WinXCOM interface was employed for theoretical calculations, while the FLUKA Monte Carlo code was utilized for simulation calculations, and the obtained data were compared. Aggregate utilization in shotcrete was found to enhance physical, mechanical, durability, and radiation shielding parameters. Among shotcrete concrete groups, samples with barite additives demonstrated superior physical, mechanical, and durability characteristics. In terms of radiation shielding, all groups performed well compared to the control, with barite > siderite > iron-manganese ranking. As a result of all experimental analyses, the best physical, mechanical and durability properties were obtained in the barite reinforced shotcrete sample B100. Additionally, shotcrete concrete with barite additives exhibited optimal gamma radiation shielding, while iron-manganese additives showed superior neutron shielding. Consequently, shotcrete concrete incorporating barite, siderite, and iron-manganese additives presents a viable option for effective radiation shielding applications.