Isparta Gölcük yöresi volkanik külünden üretilen geopolimer betonun özelliklerinin fabrika atıkları ve nano malzemeler ile iyileştirilmesi
Improving the properties of geopolymer concrete produced from volcanic ash of Isparta Gölcük region with factory wastes and nano materials
Yazar: YAVUZ YEGİN
Danışman: DOÇ. DR. RIZA POLAT
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Yapı malzemeleri = Building materials

Özet:
Amaç: Çağımızın en önemli problemleri,  küresel ısınma ve sanayi üretiminden kaynaklı çevre kirliliğidir. Çimento üretiminden kaynaklı CO2 salınımı bu kirliliğin önemli bir kısmını kapsamaktadır. Bu nedenle, nüfusla birlikte artan inşaat faaliyetlerinde kullanılabilecek, üretiminde normal çimentoya kıyasla daha az CO2 salınımı yapan geopolimer bağlayıcıların üretilmesi ve özelliklerinin araştırılması önem kazanmıştır. Bu çalışmada, Isparta Gölcük Yöresi volkanik külünden geopolimer beton üretilmesi, atık maddeler ve nano malzemeler katılarak mekanik ve durabilite özelliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: Volkanik külden geopolimer hamur üretimi için en yüksek basınç dayanımını verecek optimum karışım parametreleri (aktivatör türü ve molaritesi, çözelti/bağlayıcı oranı, kür sıcaklığı ve süresi), Taguchi yöntemi ile belirlenmiştir. Bu parametrelerle, volkanik kül esaslı geopolimer beton karışım hesapları tespit edilmiştir. Geopolimer beton karışımlarında volkanik kül yerine, atık madde olarak toplam bağlayıcının ağırlıkça %30'u oranında yüksek fırın cürufu ve kırmızı çamur, nano malzeme olarak %1, %2 ve %3'ü oranlarında nano SiO2, nano Al2O3 ve nano CaCO3 kullanılmıştır. Üretilen karışımların, taze birim hacim ağırlık, yayılma ve basınç dayanımları tespit edilmiştir. Ayrıca HCl,  MgSO4 ve NaCl çözeltilerine, yüksek sıcaklık ve donma-çözülme etkilerine maruz kalan numunelerdeki ağırlık, görsel ve basınç dayanımındaki değişimler tespit edilerek, SEM ve SEM/EDS iç yapı analizleriyle değerlendirilmiştir.
Bulgular: En yüksek basınç dayanımı sonucu, yüksek fırın cürufu katılan numunelerden elde edilmiştir. Yüksek fırın cürufu ve sodyum silikat katılarak üretilen geopolimer betonlar, donma-çözülme, asit, sülfat ve tuz etkisinden en az etkilenmişlerdir. Tüm geopolimer numunelerin basınç dayanımları, 200 oC'de ileri geopolimerizasyondan dolayı artmış, 600 oC'de ise bozulan iç yapıdan dolayı azalmıştır. Durabilite etkilerinden sonra numunelerde SEM ve SEM/EDS iç yapı analizleri ile mikro çatlaklar, boşluklar ve bozulan iç yapılar tespit edilmiştir. 
Sonuç: Volkanik külden geopolimer beton üretiminde, NaOH+Na2SiO3 aktivatörü ile 90 oC'de 48 saat sıcaklık kürü optimum parametrelerdir. Mekanik ve durabilite özellikleri bakımından en iyi etki yüksek fırın cürufu katılan geopolimer betonlardan elde edilmiştir. Volkanik kül esaslı geopolimer betonlarda, atık ve nano malzeme kullanımının, mekanik ve durabilite özelliklerini iyileştirdiği belirlenmiştir.

Abstract:
Objective: The most important problem of our era is the environmental pollution caused by global warming and industrial production. CO2 emission resulting from cement production is a significant part of this pollution. For this reason, it has become important to produce geopolymer binders that can be used in construction activities, that increases due to the growing population, and emit less CO2 in their production compared to normal cement and to investigate their properties. In this study, it is aimed to produce geopolymer concrete from the volcanic ash of Isparta Gölcük Region and to improve the mechanical and durability properties by adding waste materials and nano materials.
Methods: Optimum mixing parameters (activator type and molarity, solution / binder ratio, curing temperature and time) for the production of geopolymer paste from volcanic ash are determined by Taguchi method. With the help of these parameters, volcanic ash based geopolymer concrete mixture calculations are determined. In geopolymer concrete mixtures, instead of volcanic ash, blast furnace slag and red mud at the rate of 30% by weight of the total binder as waste material, and also nano SiO2, nano Al2O3 and nano CaCO3 at the ratios of 1%, 2% and 3% are used as nano material. The fresh unit volume weights, consistence and compressive strengths of the produced mixtures are determined. In addition, changes in weight, visual and compressive strength of samples exposed to HCl, MgSO4 and NaCl solutions, high temperature and freeze-thaw effects are enabled and evaluated by the helps of SEM and SEM/EDS internal structure analysis.
Results: The highest compressive strength result is obtained from the samples with blast furnace slag. Geopolymer concretes produced by adding blast furnace slag and sodium silicate are least affected by freeze-thaw, acid, sulphate and salt effects. The compressive strength of all the geopolymer samples increased at 200 oC due to advanced geopolymerization, and decreased at 600 oC due to the deteriorating internal structure. After the durability effects on samples, micro cracks, voids and deteriorated internal structures are determined by SEM and SEM/EDS internal structure analysis.
Conclusion: In the production of geopolymer concrete made of volcanic ash, 48 hours temperature cure at 90 oC with NaOH + Na2SiO3 activator are the optimum parameters. The best effect in terms of mechanical and durability properties is obtained from geopolymer concretes with blast furnace slag. It has been determined that the use of waste and nanomaterials in volcanic ash-based geopolymer concretes improves the mechanical and durability properties.