Jeopolimer bağlayıcılı sünek kompozitlerde otojen kendiliğinden iyileşme davranışının taşınma özellikleri bakımından incelenmesi
Investigation of autogenous self-healing behaviour of ductile geopolymer composites through transport properties
Yazar: MUHAMMED FARUK GÜNAL
Danışman: DOÇ. DR. GÜRKAN YILDIRIM
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Altyapısal sistemlerde sürdürülebilirlik konusu son zamanlarda tüm dünyada önem kazanmaya başlamıştır. Portland çimentosu tüketimi altyapısal sistemlerin eş zamanlı olarak gelişmesi ile sürekli olarak artmaktadır. Portland çimentosu üretiminin tüm dünyada en fazla enerji ihtiyacına gereksinim duyan endüstrilerden bir tanesi olduğu ve insan kaynaklı karbondioksit (CO2) salınımlarının yaklaşık %5-8'inden sorumlu olduğu iyi bilinmektedir. Ayrıca Portland çimentosu üretiminde doğal kaynaklardan elde edilen malzemeler kullanılmaktadır. Bu sebeple daha uzun süreli sürdürülebilirliğin sağlanabilmesi açısından çevre dostu yapı malzemelerinin geliştirilmesi oldukça önemlidir.  Çevre dostu malzemeler geliştirilmesi bakımından geleneksel Portland çimentosuna alternatif olarak son yıllarda jeopolimerler göz önüne çıkmaktadır. Jeopolimerler tamamen çimentosuz alüminosilikat esaslı bağlayıcılar olarak tanımlanmaktadır.
Sürdürülebilirlik sağlayan önemli konulardan birisi betonun servis ömrüne de katkı sağlayan kendiliğinden iyileşme konusudur. Çatlak oluşumu beton gibi gevrek malzemeler için kaçınılmaz bir durumdur. Çatlaklarını kendiliğinden iyileştiren beton tasarımı yapıların daha uzun süre hizmet vermelerine olanak sağlamaktadır. Geleneksel betonlarda düşük çekme dayanımı dolayısıyla çatlak kontrolünün olmayışı kendiliğinden iyileşme etkinliğini önemli ölçüde azaltabilmektedir. Bu nedenle aşırı mekanik yüklemeler altında dahi şekil değiştirme sertleşmesi sayesinde mikron mertebesinde çatlak oluşturma kabiliyetine sahip tasarlanmış lif donatılı çimento bağlayıcılı kompozit malzemeler geliştirilmiştir. Gerçek altyapısal sürdürülebilirliğin ancak çevre dostu malzemelerin üretimi ve yüksek yapısal dayanıklılığın birlikte sağlanması yoluyla elde edilebileceği düşünülmektedir. Jeopolimerler geleneksel betona benzer şekilde gevrek malzemelerdir. Bu nedenle bir yapı daha "çevre dostu" malzemelerden yapılmış olsa dahi çatlak oluşumu göstererek düşük servis ömrüne sahip olmakta ve bu durum yapıları daha sürdürülemez kılmaktadır.
Bu tez, altyapısal sistemler için çevre dostu ve dayanıklı tasarlanmış lif donatılı jeopolimer bağlayıcılı kompozit malzemelerin geliştirilmesine ve kendiliğinden iyileşme performansının değerlendirilmesine odaklanmıştır. Tasarlanmış lif donatılı jeopolimer bağlayıcılı kompozitler, jeopolimer ve tasarlanmış lif donatılı çimento bağlayıcılı kompozitin entegre edilerek geliştirilmesiyle üretilmiştir.  Türkiye'de kentsel dönüşümden yaklaşık 6,5 milyonun üzerinde yapının etkileneceği belirtilmektedir. Bu nedenle jeopolimer sistemler için gerekli alüminosilikat kaynaklı bağlayıcı malzemeler her geçen gün göz ardı edilemeyecek miktarlara ulaşan ve kontrolsüz bir biçimde artmaya devam eden çatı kiremiti, harman tuğla, delikli tuğla, beton, cam gibi inşaat ve yıkıntı atıkları olarak belirlenmiştir. Ayrıca geliştirilen jeopolimer kompozitlerde agrega olarak geri dönüşüm beton agregası kullanılmıştır.
Tez çalışmaları kapsamında, 90 günün sonunda, 27,8-53,5 MPa basınç dayanımına, 8,8-12,8 MPa eğilme dayanımına, 23,6-48,3 mm orta açıklık deformasyonuna sahip farklı kompozisyonlarda tasarlanmış lif donatılı jeopolimer bağlayıcılı sünek kompozitler geliştirilmiştir. Geliştirilen kompozit malzemelerdeki mikro çatlakların otojen kendiliğinden iyileşme davranışı literatürde ilk defa kılcal su emme, elektriksel empedans, hızlı klorür iyonu geçirimliliği ve su emme testleri aracılığıyla değerlendirilmiştir.

Abstract:
Recently the issue of sustainability in infrastructure systems has begun to gain importance around the world. Portland cement consumption is constantly increasing with the simultaneous development of infrastructural systems. Portland cement manufacturing is well known to be one of the industries that require the most energy needs in the world and is responsible for about 5-8 percent of human-driven carbon dioxide (CO2) emissions. Additionally, products derived from natural sources are used in portland cement manufacture. For this reason, it is very important to develop environmentally friendly building materials in order to ensure long-term sustainability. It is therefore necessary to develop eco-friendly construction materials to ensure long-term sustainability. Geopolymers are considered an alternative to conventional Portland cement as regards the production of environmentally friendly materials. Geopolymers are defined as cement-free binders based on aluminosilicate materials.
One of the essential principles of sustainability is self-healing, which also contributes to the service life of the concrete. Crack formation is inevitable for brittle materials such as concrete. Concrete construction, which repairs cracks by itself, permits a longer service life for structures. The absence of crack control due to low tensile strength substantially reduces the self-healing capacity in traditional concrete. Composite materials have therefore been developed with fiber-reinforced cementitious binders, which are capable of forming cracks under extremely mechanical loads in the micron range. It is assumed that true sustainability in infrastructure can only be achieved by manufacturing eco-friendly sustainable materials and high structural durability. Geopolymers are brittle materials similar to traditional concrete. For this reason, Even if the structure is constructed from more "eco-friendly" materials, the structure has a crack formation and a low service life, which means structures are less sustainable.
This thesis mainly focuses on the development of eco-friendly and durable fiber reinforced geopolymer binder composite materials for infrastructural systems and the evaluation of self-healing performance. Engineered fiber-reinforced geopolymer composites are developed by integrating geopolymer and engineered fiber-reinforced cementitious composites. Makeover about 6.5 million urban transformations in Turkey is reported to be affected. For this purpose,  aluminosilicate-based materials required for geopolymer systems have been determined as construction and demolition wastes such as roof tiles, hollow bricks, red clay bricks, concrete and glass wastes, which continue to increase in an uncontrolled manner, reaching quantities that cannot be ignored every day. In addition, the recycled concrete aggregate was used as aggregate in the development of geopolymer composites.
Within the scope of thesis studies, fiber-reinforced geopolymer binder composites have been developed in different compositions with 27.8-53.5 MPa compressive strength, 8.8-12.8 MPa flexural strength, 23.6-48.3 mm mid-span deflection at the end of 90 days. The autogenous self-healing behavior of microcracks in the composite materials developed was evaluated for the first time in the literature by sorptivity, electrical impedance, rapid chloride permeability and water absorption tests.