Silika esaslı katkıların otoklavlanmış köpük beton mühendislik özelliklerine etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of silica-based additives on engineering properties of autoclaved foam concrete
Yazar: NURİ IŞILDAR
Danışman: PROF. DR. ŞEMSETTİN KILINÇARSLAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Köpük beton üretiminde başta kuruma büzülmesi olmak üzere karşılaşılan sorunların çözümüne yönelik iyileştirme çalışmaları devam etmektedir. Bu çalışmada öncelikle yüksek kuruma büzülmesinin önlenmesi ve ek olarak yangına direnci yüksek, ekonomik ve tamamen yerli kaynaklara ve teknolojiye dayalı bir otoklavlanmış köpük beton ısı yalıtım malzemesi geliştirilmesi hedeflenmiştir. İlk aşamada farklı yoğunluklar (300, 400 ve 500 kg/m3) ve kürleme şartlarında (havada ve otoklav) hazırlanan köpük betonların, kuruma büzülmesi, ısı iletkenliği ve mekanik özellikleri dikkate alınarak yalıtım malzemesi standartlarını karşılama durumu araştırılmıştır. Bu aşamada 300 kg/m3 yoğunluğa sahip köpük betonun hedeflenen özellikleri sağladığı belirlenmiştir. Sonraki aşamada ise söz konusu yoğunluğa sahip otoklavlanmış köpük beton kontrol olarak değerlendirilmiş ve mekanik özellikler üzerinde etkili C-S-H bağ oluşumunu geliştirmek üzere yüksek incelikte silika esaslı farklı mineral katkılar (F sınıfı uçucu kül, amorf silika ve metakaolin) basit ikame yöntemine göre çimento ile farklı oranlarda (% 5, 10 ve 15) yer değiştirilerek kullanılmıştır. Bu kapsamda kuru yoğunluk, kapiler su emme katsayısı, basınç ve eğilme dayanımları, ultrasonik ses hızı ve dinamik elastisite modülü, ısı iletkenliği, hidratasyon ürünlerinin mineralojik özelliklerdeki değişimler incelenmiştir. Havada kürlenen köpük beton için % 0.23 olan kuruma büzülmesi, otoklavlama etkisiyle % 0.03'ye düşmüştür.  Otoklavlama kapiler su emme katsayısı ve su buharı difüzyon direnç faktörü değerlerinde de iyileşme sağlamıştır. Mineral katkılar içerisinde en düşük kapiler su emme katsayısı, %5 oranındaki uçucu kül kullanımıyla sağlanmıştır. Otoklavlama işlemi, köpük betonlarda basınç ve eğilme dayanımlarını artırmıştır. En yüksek dinamik Elastisite modülü ve ultrasonik ses hızı değerleri (0.62 GPa ve 1.40 km/s) % 5 metakaolin katkılı ve en düşük ısı iletkenlik katsayısı ise % 5 uçucu kül katkılı otoklavlanmış köpük betonlarda bulunmuştur. SEM görüntüleri ve XRD analizlerinde, yapısal, mineralojik ve mekanik özelliklerdeki değişimler incelenmiştir. Sonuç olarak, başta mekanik özellikleri olmak üzere, fiziksel, mekanik ve termal özellikleri çarpıcı bir şekilde iyileştiği belirlenmiştir.

Abstract:
Improvement studies continue to solve the problems encountered in foam concrete production, especially drying shrinkage. In this study, it is aimed primarily to prevent high drying shrinkage and additionally to develop an autoclaved foam concrete thermal insulation material with high fire resistance, economic and completely based on domestic resources and technology. At the first stage, it was investigated whether the foam concretes prepared in different densities (300, 400 and 500 kg/m3) and curing conditions (air and autoclave) meet the insulation material standards on the basis of drying shrinkage, thermal conductivity and mechanical properties. At this stage, it was determined that the foam concrete with a density of 300 kg/m3 provided the targeted properties. In the next stage, autoclaved foam concrete with the said density was evaluated as control and high-fine silica-based different mineral additives (F class fly ash, amorphous silica and metakaolin) were mixed with cement in different proportions (5, 10 and 15%) were used interchangeably. In this context, dry density, capillary water absorption coefficient, compressive and flexural strengths, ultrasonic pulse velocity and dynamic modulus of elasticity, thermal conductivity, changes in mineralogical properties of hydration products were investigated. Drying shrinkage, which was 0.23% for air-cured foam concrete, decreased to 0.03% with the effect of autoclaving. Autoclaving also improved the capillary water absorption coefficient and water vapor diffusion resistance factor values. The lowest capillary water absorption coefficient among mineral additives was achieved with the use of 5% fly ash. Autoclaving increased the compressive and flexural strengths of foam concrete. The highest dynamic modulus of elasticity and ultrasonic pulse velocity (0.62 GPa and 1.40 km/s) were found in autoclaved foam concrete with 5% metakaolin additive and the lowest thermal conductivity coefficient with 5% fly ash additive. Changes in structural, mineralogical and mechanical properties were investigated in SEM images and XRD analyses. As a result, it has been determined that the physical, mechanical and thermal properties, especially the mechanical properties, have improved dramatically.