Ferrokrom baca külünün geopolimer betonun mekanik özelliklerine etkisinin incelenmesi
The investigation of the effect of ferrochrome chimney ash on mechanical properties of the geopolymer concrete
Yazar: TUĞÇE VURAL
Danışman: DOÇ. DR. FERHAT AYDIN
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Portland Çimentosu, inşaat sektöründe en yaygın olarak kullanılan malzemedir. Üretim aşamaları sırasında büyük miktarda enerji tüketimi ve yüksek miktarda CO2 salınımı nedeniyle, günümüzde bu çimentonun alternatifi olarak kullanılabilecek bağlayıcı maddeler arayışı önem kazanmıştır. Bu alternatif bağlayıcılar arasında, yüksek erken dayanım, yüksek sıcaklık direnci, düşük çevresel etki ve asitlere karşı dayanıklılık gibi üstün özelliklere sahip geopolimerler öne çıkmaktadır. Geopolimerler, su ve çimento yerine alkali aktivatörler ve puzolan malzemeler kullanılarak üretilmektedir. Farklı endüstriyel atıklar kullanılarak, geopolimer beton içinde bu malzemelerin alkali aktivasyonu ile yüksek dayanımlı beton üretmek mümkündür.
Bu çalışmada, Elazığ Eti Krom Fabrikası'nda üretilen ferrokrom madeninin atık ürünü olan ferrokrom baca külü puzolan malzemesi olarak ve sodyum hidroksit (NaOH) ile sodyum silikat (SiO2Na2O) çözeltisi alkali aktivatör olarak kullanılmıştır. Bu çalışmanın amacı, ferrokrom baca külünün geopolimer beton içinde kullanılmasının CO2 salınımını azaltma ve atık malzemelerin beton üretiminde
değerlendirilmesi açısından değerlendirilmesidir. Bu amaçla, yüksek fırın cürufu ve silis dumanı temelli geopolimer betonlarda ferrokrom baca külü kullanılarak geopolimer betonlar üretilmiş ve sertleşmiş özellikleri araştırılmıştır. Geopolimer harçlarla yapılan deney sonuçlarına dayanarak, kür koşulları, alkali aktivatör içeriği ve Sodyum Silikat/Sodyum Hidroksit oranı gibi parametreler belirlenerek, bu parametreler harç ve beton karışımlarında sabit tutulmuştur. Üretilen betonların
fiziksel ve mekanik özellikleri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Çimentosuz numuneler, 7 gün boyunca oda sıcaklığında hava koşullarında bekletilmiştir. Ardından numunelerin basınç ve eğilme dayanım değerleri test edilmiştir. En yüksek basınç dayanımına sahip numunenin aktivatör miktarı, en uygun aktivatör oranı olarak belirlenmiştir. Böylece, bu çalışmada kullanılan Sodyum Silikat/Sodyum Hidroksit oranının 3 ve NaOH molaritesinin 14 M olduğu belirlenmiştir. Çalışma sonucunda, yüksek fırın cürufu ve silis dumanı bazlı geopolimer bağlayıcıların, ferrokrom baca külü katkısı ile ortalama 29,51 MPa dayanıma ulaştığı görülmüştür. Bu katkılarla, yüksek fırın cürufu esaslı geopolimer betonlarda, ferrokrom baca külünün katkı malzemesi olarak kullanılabileceği ve sıcaklık kürü (60 °C ve 80 °C) ile yeterli eğilme ve basınç dayanımına sahip olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Ferrokrom baca külü, gepolimer beton, endüstriyel atık, çimentosuz beton, geri dönüşüm

Abstract:
Portland Cement is the most widely used material in the construction sector. Due to significant energy consumption and high levels of CO2 emissions during its production stages, the search for alternative binding materials to replace this cement has gained importance in today's context. Among these alternative binders, geopolymers stand out for their superior qualities such as high early strength, high temperature resistance, low environmental impact, and durability against acids. Geopolymers are produced using alkali activators and pozzolanic materials instead of water and cement. By utilizing various industrial byproducts in geopolimer concrete and activating these materials with alkali, it is possible to create high-strength concrete.
In this study, ferrochrome furnace slag, a waste material from the Elazığ Eti Krom Factory, was used as a pozzolanic material, and a solution composed of sodium hydroxide (NaOH) and sodium silicate (SiO2Na2O) was employed as an alkali activator. The objective of this study is to evaluate the utilization of ferrochrome furnace slag in geopolymer concrete to reduce CO2 emissions and enhance the valorization of waste materials in concrete production. For this purpose, geopolymer concrete was produced by incorporating ferrochrome furnace slag into high blast furnace slag and silica fume-based geopolymer concrete, and the hardened properties were investigated. Based on the results of experiments conducted with geopolymer mortar, parameters such as curing conditions, alkali activator content, and Sodium Silicate/Sodium Hydroxide ratio were determined and maintained at a consistent
level in both mortar and concrete mixes. The physical and mechanical properties of the produced concrete were thoroughly examined. The cementless samples were cured under ambient conditions for 7 days, followed by testing their compressive and flexural strength values. The sample with the highest compressive strength determined the optimal activator dosage and ratio. As a result, in this study, the Sodium Silicate/Sodium Hydroxide ratio of 3 and NaOH molarity of 14 M were found to be the optimal activator proportions that yield high strength. Consequently, the geopolimer binders based on blast furnace slag and silica fume, with the addition of ferrochrome chimney ash, achieved an average compressive strength of 29.51 MPa. With these additions, it was determined that ferrochrome chimney ash can be used as an additive material in geopolimer concrete based on blast furnace slag, and it exhibits sufficient flexural and compressive strength due to temperature curing
(60°C and 80 °C).

Keywords: Ferrochrome chimney ash, geopolymer concrete, industrial waste, concrete without cement, recycling