Kolemanit zenginleştirme atıklarının alkali aktivasyon potansiyelinin araştırılması
An investigation on the alkali activation potential of colemanite concentrator wastes
Yazar: CAVİT ÇAĞATAY KIZILTEPE
Danışman: DOÇ. DR. SERDAR AYDIN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Kalsinasyon = Calcination ; Kolemanit = Colemanite ; Mikroyapı = Microstructure ; Yüksek fırın cürufları = Blast furnace slags

Özet:
Bu tez kapsamında, kolemanit zenginleştirme atıklarının (KA) alkalilerle aktivasyon potansiyeli incelenmiştir. Tez kapsamında yapılan deneysel çalışmalar üç aşamadan oluşmuştur. Birinci aşamada; farklı sıcaklıklarda 2 saat süreyle kalsine edilen KA'nın alkalilerle aktivasyonu buhar kürü altında incelenmiştir. İkinci aşamada; aktivatör tipi, dozajı ve farklı kür koşullarının (nem ve buhar kürü) alkalilerle aktive edilen harçların; basınç ve eğilme dayanımı, su emme karakteristikleri ve kuruma büzülmesi davranışları gibi bazı mühendislik özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Ayrıca sertleşmiş hamur karışımları üzerinde XRD, ATR-FTIR, TGA/DTA ve SEM/EDS analizleri yapılmıştır. Üçüncü aşamada; KA'nın belirli oranlarda yüksek fırın cürufu yerine ikamesi ile üretilen ve nem/buhar kürü uygulanan alkalilerle aktive edilmiş harçların basınç dayanımları ve kuruma büzülmesi değerleri belirlenmiştir.

     Deneysel çalışmalar sonucunda KA'nın alkalilerle aktivasyonu için kalsinasyon sıcaklığının en az 700 derece olması gerektiği görülmüştür. En yüksek basınç dayanımı ise 800 derece sıcaklıkta kalsine edilmiş KA'nın aktivasyonu sonucu üretilen harç numunelerinden elde edilmiştir. Kalsine KA'nın alkalilerle aktive edilebilmesi için her iki kür tipinde (nem ve buhar) aktivatör çözeltisinin minimum Na2O oranı, KA'nın yüzde 6'sı kadar ve silikat modülü (Ms=SiO2/Na2O) 1,2 olmalıdır. Kabul edilebilir su emme karakteristiklerine ve kuruma büzülmesi değerlerine sahip, 800 derecede kalsine edilen KA'nın alkalilerle aktivasyonu sonucu üretilen buhar ve nem kürü uygulanmış harç karışımlarından sırasıyla 37,6 MPa ve 39,5 MPa basınç dayanımı değerleri elde edilmiştir. Buhar kürü uygulanmış alkalilerle aktive edilen harç karışımlarının kuruma büzülmesi değerleri, Portland çimentolu harç karışımına kıyasla daha düşük bulunmuştur. Diğer yandan, nem kürü uygulanmış alkalilerle aktive edilen harç karışımları, Portland çimentolu harç karışımından daha yüksek kuruma büzülmesi davranışı göstermiştir. Yüksek fırın cürufunun buhar kürü uygulanmış harç karışımları içerisinde, KA ile yüzde 20'den ve nem kürü uygulanmış karışımlarda ise yüzde 10'dan daha fazla oranlarda yer değiştirmesi basınç dayanımlarında önemli derecede düşüşlere sebep olmuştur. Diğer yandan alkalilerle aktive edilen cüruflu bağlayıcıların kuruma büzülmesi değerleri, karışım içerisindeki KA oranının artmasıyla azalmıştır. Buhar ve nem kürü uygulanmış yüzde 40 KA oranına sahip harç karışımlarının kuruma büzülmesi değerleri 56. günde alkalilerle aktive edilmiş cüruflu bağlayıcılara kıyasla yüzde 50 oranında azalmıştır.

Abstract:
The alkali activation potential of colemanite concentrator waste (CW) was investigated in the scope of this thesis. Experimental studies were performed at three stages. In the first stage, alkali activation of CW calcined at different temperatures for two hours has been investigated under steam curing condition. In the second stage, the effects of activator type, dosage and curing conditions (moisture and steam curing) on the some engineering properties of alkali activated mortars, such as compressive and flexural strength, water absorption characteristics and drying shrinkage behaviours were investigated. Furthermore, XRD, ATR-FTIR, TGA/DTA and SEM/EDS analyses were carried out on the hardened paste mixtures. In the third stage, the compressive strength and drying shrinkage of alkali activated mortars produced with the replacement of ground granulated blast furnace slag with CW at different ratios were determined under steam and moisture curing conditions.

     Test results showed that a calcination temperature of at least 700 degress is necessary to initiate the alkali activation of WCB, while the maximum compressive strength value was obtained at 800 degress. The minimum activator concentration for alkali activation of calcined CW was found as 6 percent Na2O by weight of CW with a minimum silicate modulus (Ms=SiO2/Na2O) of 1.2 for both curing methods. Compressive strength values up to 37.6 MPa and 39.5 MPa along with acceptable water absorption characteristics and drying shrinkage values can be obtained from alkali activation of calcined CW at 800 degress under steam and moisture curing conditions, respectively. The drying shrinkage values of steam-cured alkali activated mortar mixtures were lower compared to Portland cement mortar mixture. On the other hand, in case of moisture curing alkali activated mortar mixtures showed higher drying shrinkage than Portland cement mortar. Replacing the ground granulated blast furnace slag with CW in amount higher than 20 percent for steam curing and 10 percent for moisture curing caused significant decrease in compressive strength. On the other hand, the drying shrinkage of alkali activated slag cement mortar mixtures decreased with the increase of CW content. The drying shrinkage values of steam and moisture cured 40 percent CW incorporated mortar mixtures decreased about 50 percent at 56-day compared to alkali activated slag mortar.