Doğal ve atık malzemelerle geopolimer harç ve beton geliştirilmesi
Development of geopolymer mortar and concrete with natural and waste materials
Yazar: MURAT TUYAN
Danışman: PROF. DR. KAMBİZ RAMYAR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında, Ege Bölgesi'nden sağlanan iki farklı doğal puzolan (zeolit ve tras), Manisa yöresindeki tuğla ve kiremit fabrikalarında atık olarak bulunan tuğla tozu, Soma termik santral atığı olan bir tip C sınıfı uçucu kül ve taban külü ile Biga termik santralinden temin edilen bir tip F sınıfı uçucu kül alüminosilikat toz malzeme olarak kullanılmıştır. Bu toz malzemelerin sodyum hidroksit ve sodyum silikat çözeltileri ile karıştırılması sonucu geopolimer hamur, harç ve beton üretilmiştir. Harç karışımları üzerinde farklı alkali aktivatör konsantrasyonu, su/bağlayıcı oranı ve kür koşulunun etkisi belirlenmiş ve uygun karışımlar üzerinde dayanıklılık deneyleri yapılmıştır. Alkali aktivatör konsantrasyonu ve kür koşulunun etkisinin araştırılması için içyapı analizleri
gerçekleştirilmiştir. Geopolimer beton geliştirilmesi amacıyla deneme beton karışımları oluşturulmuş ve dayanım açısından uygun karışımların mekanik, geçirimlilik, durabilite ve içyapı özelikleri araştırılmıştır. Ayrıca, geopolimer betonların bu özelikleri benzer dayanıma sahip çimento esaslı normal betonlarla kıyaslanmıştır. Son olarak dayanım açısından uygun betonlarla prototip betonarme kiriş eleman üretilmiş ve yükleme deneyleri gerçekleştirilmiştir. 
Deney sonuçlarına göre, farklı alüminosilikat toz malzemelerle üretilen geopolimer harçlarda en yüksek basınç dayanımı F tipi uçucu kül esaslı karışımda, en düşük basınç dayanımı ise zeolit esaslı karışımda elde edilmiştir. Reaktif agrega ile üretilen geopolimer harçlarda alkali-silis reaksiyonu jeline rastlanmamıştır. Geopolimer harçlarda sülfat etkisi sonucunda çimento esaslı harçlarda görülen etrenjit oluşumu gözlemlenmemiştir. Atık tuğla tozu, taban külü, tras ve zeolit ile üretilen beton karışımlarının basınç dayanımları düşük seviyede kalmıştır. Bu toz malzemeler F tipi uçucu kül ile ikame edilerek ikili bağlayıcı sistemler geliştirilmiş ve betonların dayanımlarında bu şekilde bir artış sağlanmıştır. Tüm geopolimer betonların genel olarak çimentolu betonlara göre beton-donatı aderansının daha yüksek, kuruma büzülmesinin ise daha düşük olduğu belirlenmiştir. Prototip betonarme kiriş elemanlar üzerinde gerçekleştirilen yükleme deneyleri sonucunda ise, geopolimer betonla üretilen betonarme kirişlerde meydana gelen deplasman değerlerinin portland çimentolu betonla üretilen kirişe göre daha yüksek olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, two different natural pozzolans (zeolite and trass) from Aegean Region, a waste clay brick powder supplied by a brick factory in Manisa, a waste bottom ash and a Type C fly ash from Soma Thermal Power Plant, as well as a Type F fly ash from Biga Thermal Power Plant were used as binders. Geopolymer paste, mortar and concrete mixtures were produced by mixing these binding materials with sodium hydroxide and sodium silicate solutions. The effects of alkali activator concentration, water/binder ratio and curing condition on the strength of geopolymer mortar mixtures were determined. The durability of some selected geopolymer mortar mixtures was also studied. In order to investigate the effect of alkali activator concentration and curing condition,
microstructural characteristics of the geopolymer mixtures were analyzed. Trial geopolymer concrete mixtures were prepared and their strengths were determined. The mechanical, transport properties and durability performance of the selected concrete mixtures were compared with equivalent-strength conventional concrete mixtures. Finally, prototype reinforced concrete beams were produced with selected concrete mixtures and subjected to center-point flexural loading test. 
According to the experimental results, the highest and the lowest compressive strength values were obtained for the Type F fly ash-bearing and in the zeolite-based geopolymer mortar mixtures, respectively. No sign of alkali-silica gel was found in the geopolymer mixture containing an alkali reactive aggregate. As a result of the sulfate resistance test, no ettringite formation was observed in the geopolymer mortar mixtures. The compressive strength of waste clay brick powder-, bottom ash-, trass- and zeolite-containing geopolymer concrete mixtures were found to be quite low. Thus, these materials were partially substituted with the Type F fly ash so that the strength of geopolymer concrete mixtures containing binary cementitious systems increased. It was observed that the concrete-reinforcing steel bond strengths of all geopolymer concrete mixtures were higher than that of the conventional concrete. Drying shrinkage of the geopolymer concrete mixtures were lower than that of the conventional concrete. The center-point flexural loading test on geopolymer and conventional reinforced concrete beam specimens revealed higher mid-span deflection of reinforced geopolymer concrete beams than those of the conventional reinforced concrete beams.