CO2 kürü uygulanmış betonun radyasyona karşı zırhlama özelliklerinin incelenmesi
Investigation of radiation shielding properties of CO2 cured concrete
Yazar: VİLDAN ÇİNĞİLİ
Danışman: PROF. DR. HÜSNÜ AKSAKAL
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Karbon dioksit = Carbon dioxide ; Portland çimentosu = Portland cement ; Radyasyon = Radiation ; Zırhlama = Shielding

Özet:
Günümüzde kullanılan birçok beton çeşidi bulunmaktadır. Beton çeşitleri dayanımlarına ve kullanılan agregalara göre sınıflandırılmaktadır. Agregalar betonun basınç, çekme, eğilme dayanımlarını, yoğunluğunu, geçirgenliğini, durabilitesini ve radyasyon tutuculuğunu etkilemektedir. Betonun radyasyon tutuculuğunu artırmak için yüksek özgül ağırlığa sahip agregalar ile elde edilen ağır betonlar kullanılmaktadır. Agrega kullanılmaksızın Portland çimento hamurunun yoğunluğunu CO2 kürü uygulayarak artırmak mümkündür. Sertleşme süresince CO2 kürü uygulanan Portland çimento hamurunda aşağıdaki kimyasal reaksiyon gerçekleşir.
Ca(OH)_2+CO_2    →  CaCO_3+H_2 O
Bu reaksiyon ile Portland çimento hamurunda kristalleşme sonucunda Kalsiyum karbonat (CaCO3) üretilir. Bu arada sertleşen Portland çimento hamurunun hacmi azalacağından yoğunluğu artacaktır. Üretilen kısmen veya tamamen karbonatlı çimento hamurunun birçok özelliğine ek olarak radyasyon tutuculuğu da değişmektedir. Bu tezde, karbondioksit (CO2) ile kürlenen çimento hamuru numunesinin radyasyon özellikleri incelenmiştir. Karbonatlı çimento hamurunun radyasyon hasarı FLUKA simülasyon programı kullanılarak hesaplandı. CO2 yakalama oranı %0'dan %100'e yükselirse yoğunluk 2.3-2.705 g/cm3 arasında değişir.
FLUKA kodu kullanılarak çimento hamuru numunesi üzerinde radyasyon sebebiyle enerji depolanması miktarları araştırılmıştır. CO2 kürü uygulanmış çimento hamurunun radyasyon koruma özelliklerini belirlemek için dört çeşit ışın (foton, elektron, proton ve nötron) kullanılmıştır. Hadronlar (proton, nötron) madde ile hadronik süreç yoluyla etkileşirken, leptonlar (elektron, vb) ve fotonlar elektromanyetik etkileşimle etkileştiğinden bu dört ışın seçilmiştir. CO2 kürü uygulanmış çimento hamurunun radyasyon uzunluğu ve yoğunluğu sunulmuştur. Çimento hamurunun yoğunluk değişimi dikkate alınarak dört" farklı demetin çeşitli enerjilerde ki, önerilen çimento hamuru üzerindeki enerji depolanmaları incelenmiştir. Bu tür çimento hamuru kullanılarak hazırlanan betonun, geleneksel beton malzemeye kıyasla daha verimli radyasyon kalkanlamaya sahip olduğu bulunmuştur. CO2 kürü uygulanmış çimento hamuru kullanılarak hazırlanan beton, yüksek özgül ağırlığa sahip agregalar ile elde edilen ağır betonun alternatif bir seçeneği değildir.

Abstract:
There are many types of concrete used today. Concrete types are classified according to their strength and the aggregates used. Aggregates affect the compressive, tensile and flexural strengths, density, permeability, durability and radiation shielding of concrete. Heavy concretes obtained with high specific gravity aggregates are used to increase the radiation shielding of the concrete. It is possible to increase the density of Portland cement paste without using aggregates by applying CO2 curing. The following chemical reaction takes place in the Portland cement paste cured with CO2 during hardening.
Ca(OH)_2+CO_2    →  CaCO_3+H_2 O
Calcium carbonate (CaCO3) is produced as a result of crystallization in cement with this reaction. In the meantime, since the volume of the cement will decrease, its density will increase. Radiation shielding changes as well as many properties of the carbon-rich cement produced. In this thesis, the radiation properties of the concrete sample prepared with cement reacting with carbon dioxide (CO2) will be examined. Radiation damage of carbon-rich concrete was calculated using the FLUKA simulation program. If the CO2 capture rate increases from 0% to 100%, the density varies between 2.3-2,705 g/cm3.
The amount of energy storage due to radiation on the cement paste sample was investigated using the FLUKA code. Four types of rays (photon, electron, proton and neutron) were used to determine the radiation protection properties of the CO2 cured cement paste. These four rays were chosen because hadrons (proton, neutron) interact with matter through the hadronic process, while leptons (electron, etc.) and photons interact with electromagnetic interaction. The radiation length and intensity of the cement paste cured with CO2 were found.Considering the density variation of the cement paste, the energy storage of four different beams at various energies on the proposed cement paste was investigated. Concrete prepared using this type of cement paste has been found to have more efficient radiation shielding compared to conventional concrete material. Concrete prepared using CO2 cured cement paste is not an alternative to heavy concrete obtained with high specific gravity aggregates.