Alkali aktive edilmiş cüruf harcının mekanik ve durabilite özellikleri üzerinde aerojel katkısının etkisi
The effect of aerogel admixture on mechanical and durability properties of alkali activated slag mortars
Yazar: LEVENT BOSTANCI
Danışman: DOÇ. DR. ÖZLEM SOLA
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Dünyadaki enerji kaynaklarının hızla tükenmesi ile beraber yapılarda ısının muhafaza edilmesi fikri günümüzde bir zorunluluk haline gelmiştir. Günümüzde bu fikre yönelik olarak termal yalıtım amaçlı dış cephe giydirme ve mantolama uygulamaları gerçekleştirilmekte ve bu uygulamalar da yapı üretim sürecinde ek bir maliyete sebep olmaktadır. Bu sebeple; ısı muhafazası fikrinin yapının yapım aşamasında iken akıllı yapı malzemeleri aracılığıyla gerçekleştirilmesi ilgi çekici teknolojik bir alternatif fikir olarak ortaya çıkmaktadır. Bu anlayışla tez kapsamında akıllı yapı malzemesi olarak nitelendirilebilecek termal yalıtkanlığı yüksek, mekanik parametreleri tatmin edici ve aynı zamanda ekonomik harç üretilmeye çalışılmıştır.
Üretilen harç numunelerinde termal yalıtkanlık hedefi, son yılların gözde teknolojik malzemesi olarak kabul edilen silika bazlı aerojel katkısı vasıtasıyla sağlanmaya çalışılmıştır. Aerojel katkısı, harç numunelerinin bileşiminde ağırlıkça %0, %0,25, %0,50, %0,75, %1,00 oranlarında kullanılmış ve aerojel katkısının numunelerin termal iletkenliği üzerindeki etkisi detaylı olarak incelenmiştir. Harç numunelerinde bağlayıcı malzeme olarak yüksek maliyeti ve ekosisteme verdiği zararları tartışılmaz konumda olan çimento yerine %50 oranında atık malzeme konumundaki yüksek fırın cürufu kullanılmıştır. Mekanik parametrelerde tatmin edici değerlere ulaşabilmek için cüruf harcı, alkali aktivasyon konusunda yaygın kullanım geçmişine sahip olmayan lityum karbonat ile aktive edilmiştir.
Deneysel çalışmalar kapsamında, farklı karışım oranlarına sahip 20 farklı bileşimde harç numunesi üretilmiştir. Tüm harç numunelerinde, yaklaşık %50 oranında cüruf kullanılmakla beraber harç numuneleri değişen oranlarda aerojel katkısı ve lityum karbonat aktivasyonu içermektedir. 4x4x16 cm boyutunda üretilen prizmatik harç çubukları 2,7 ve 28 gün boyunca suda küre tabi tutulmuştur. Kür süresini tamamlayan numuneler basınç dayanımı, cıva porozimetresi ve termal iletkenlik katsayısı ölçümü deneylerine tabi tutularak dayanım, dayanıklılık ve termal yalıtkanlık yetenekleri sorgulanmıştır. Klasik deneylerden elde edilen sonuçlar malzemenin mineralojik yapısını ortaya koyan XRD (X–Ray Diffraction) deneyleri ile desteklenmiştir. Deneylerden elde edilen tüm sonuçların birbiri ile olan etkileşimi detaylı olarak sorgulanmıştır ve harç numunelerinde aerojel katkısı ile basınç dayanımında kayıp verilmeden termal iletkenlik katsayısında anlamlı bir düşüş sağlanabileceği ortaya konulmuştur.

Abstract:
With the rapid depletion of natural resources in the world, the idea of reducing heat loss in buildings has become a necessity today. Nowadays, exterior cladding and mantle applications for insulation purposes are being carried out for this idea and these applications cause additional cost of the building production process. For this reason, it is an interesting and technological alternative idea to realize the idea of heat conservation through smart construction materials during the construction phase. With this understanding, in this thesis, it has been tried to produce a thermal insulating mortar which can be described as smart construction material with adequate mechanical strengths and economy at the same time.
The target of thermal insulation in the produced mortar specimens has been tried to be achieved by addition of silica–based aerogel admixture which is accepted as the superior technological material of recent years. The aerogel admixiture was used with five different weight percentages of mortar samples (0%, 0,25%, 0,50%, 0,75%, and 1,00%) and the effect of the aerogel admixture on the thermal conductivity of the specimens has been examined in detail. In mortar specimens, blast furnace slag was used as a binder material instead of portland cement by weight of 50%. In order to achieve satisfactory values in mechanical parameters, the slag mortar has been activated with lithium carbonate salt, which has no widespread use of history for alkali activation.
Within the scope of experimental studies, alkali activated slag mortar samples with aerogel admixture produced by means of  20 different mix proportions. All mortar samples contains about 50% slag in the binder content, with varying dosages of aerogel and lithium carbonate. The prismatic mortar bars produced in dimensions of 4x4x16 cm have been cured under water for 2,7 and 28 days. After completing the curing time, the samples were subjected to compressive strength, mercury porosimetry, thermal conductivity tests and their strength, porosity and thermal conductivity properties were investigated. The results obtained from classical tests are supported by XRD (X–Ray Diffraction) analyses, which is considered as advanced analysis methods and reveal the mineralogical structure of the material. The interactions of all the results obtained from the tests are questioned in detail and a slight decrease in the coefficient of thermal conductivity can be obtained without a loss of compressive strength with aerogel admixture in mortar specimens.