Volkanik tüf atıkları kullanılarak üretilen silika aerojel katkılı hafif betonun mühendislik özelliklerinin incelenmesi
Examination of engineering properties of silica aerogel added lightweight concrete produced using volcanic tufa wastes
Yazar: SELÇUK ÇİMEN
Danışman: DOÇ. DR. ÖMER CAN
Bayburt Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Hafif beton = Lightweight concrete ; Termal iletkenlik = Thermal conductivity

Özet:
Tez çalışmasında, volkanik tüf taşlardan olan Bayburt Taşı (BT) atıkları ile silika aerojel (SA) sentezi sağlanmıştır. Belirli oranlarda SA'nın hafif betonuna ikamesinin ısı ve ses yalıtımına, dayanımına ve porozite gibi özelliklere etkisi araştırılmıştır. Çalışma ile çevre dostu bir yöntemle üretimi sağlanan, yüksek termal kararlılığa sahip, yalıtım özellikleri iyileştirilmiş hafif betonun inşaat sektörüne kazandırılması hedeflenmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında BT atıkları kullanılarak SA sentezi gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada ise SA katkılı hafif beton üretimi gerçekleştirilmiştir. Numunelere fiziksel (birim hacim ağırlık, porozite, su emme, termal iletkenlik ve ultrases geçiş hızı), mekanik (basınç dayanımı) deneyleri uygulanmış ve sonuçlar ANOVA analizi ile yorumlanmıştır. Ayrıca numunelerin yapısal karakterizasyon (XRD, TEM, FT-IR, TGA/DTA ve SEM) analizleri ile optik mikroskop görüntülemeleri gerçekleştirilmiştir. Isı yalıtımının optimum olacağı hafif betonun tespiti için taguchi yöntemi kullanılmıştır. Hafif betonda SA oranı (%0, 1, 2 ve 3), çimento dozajı (300 ve 350) ve karışım suyu oranı (0,40 ve 0,45) parametreleri belirlenerek L8 (41*22) ortagonal dizisi seçilmiştir. Çalışma ile ısı yalıtımının (%3, 350 ve 0,40) seviyeleriyle optimum olacağı belirlenmiştir. (%3) SA ikamesinin hafif betonda: (%46) termal iletkenlik değerini iyileştirdiği, porozitesini (%31,48) artırdığı ve basınç dayanımında (9,72 MPa) azalma yaşanmasına neden olduğu belirlenmiştir. Karakterizasyon incelemelerinde: SA'nın hidrofobik ve iyi adsorpsiyon özellikte olduğu, beton içerisinde SA'nın etrafında gözenekli yapının oluştuğu ve SA konsantrasyonunun artması ile betonda çoklu kristal yapının arttığı, bu artışın malzemenin mekanik dayanımında azalmaya neden olduğu değerlendirilmektedir. Termogravimetik analizinde 1000 °C'de gözlenen kütlen kaybının %0 SA ikamesinde %27'lerde iken %3 SA ikamesi ile bu değerin %21'lere düştüğü gözlenmiş ve bu durum SA ikamesinin artmasının betonda termal durabiliteyi artırdığının göstergesi olarak değerlendirilmiştir. Ayrıca, yüksek yalıtım özellikli hafif beton elde etmede SA'nın etkisinin büyük olduğunu ve atık BT kullanımının bölge ekonomisini olumlu yönde etkileyeceği değerlendirilmektedir.

Abstract:
In the thesis study, silica aerogel (SA) synthesis was achieved using Bayburt Stone (BT) waste, which is a volcanic tuff stone. The results of the change of SA in lightweight concrete such as heat and sound insulation, leakage and porosity were investigated. The study provides an environmentally friendly production and aims to introduce lightweight concrete with high thermal stability and improved voltage properties to the construction industry. In the first stage of the study, SA synthesis was performed using BT attacks. In the second stage, lightweight concrete with SA additives was produced. Physical (unit volume weight, porosity, water absorption, thermal conductivity and ultrasound transmission rate) and mechanical (pressure test) tests were performed on the samples and the results were interpreted by ANOVA analysis. In addition, structural characterization (XRD, TEM, FT-IR, TGA/DTA and SEM) analyzes and optical microscope imaging of the samples were performed. Taguchi method was used to determine the lightweight concrete with optimum thermal insulation. In lightweight concrete, the L8 (41*22) orthogonal series was selected by determining the SA rate (0, 1, 2 and 3%), cement dosage (300 and 350) and mixing water rate (0,40 and 0,45). The study determined that thermal insulation would be optimum at levels (3, 350 and 0,40). It was determined that (3%) SA substitution in lightweight concrete improved the thermal conductivity value (46%), increased its porosity (31,48%) and caused a decrease in temperatures (9,72 MPa). In the characterization studies: It is evaluated that SA is hydrophobic and has good adsorption properties, that it consists of communities all over the SA in the concrete, and that multicrystals in the concrete increase with the proliferation of SA, and this increase causes a decrease in its physical breakage. In thermogravimetic analysis, while the mass loss observed at 1000 °C was 27% with 0% SA change, it was observed that this value decreased to 21% with 3% SA change, and this was considered as an indicator that the increase in SA change increased the thermal durability of concrete. In addition, it is considered that SA has a great impact on obtaining high quality lightweight concrete and waste BT will positively affect the regional economy.