Kolemanit atığı ve pomza tozu ile üretilen geopolimer harçların mekanik ve durabilite özellikleri
Mechanical and durability properties of geopolymer mortars produced with colemanite waste and pumice powder
Yazar: AYKUT TUNTAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NAMIK YALTAY
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Dünyanın en yaygın yapı malzemesi olan beton, inşaat sektöründeki talebini her geçen yıl artırarak içerisindeki çimentodan kaynaklı karbondioksit (CO2) salınımı ile hava kirliliğini ciddi anlamda tetiklemektedir. Bu durumu engellemek için yürütülen politikalar sonucunda bilim insanları geopolimer adında yeni, çimentosuz bir bağlayıcı türü keşfetmiştir. Geopolimer betonlar bazı mekanik özellikleriyle normal betonlarla rekabet edebilecek düzeyde olmasına karşın, çevre dostu bir beton olması sebebiyle araştırmacılar tarafından ilgi çekici bulunmaktadır. Normal betona göre uygun koşullarda birçok olumlu özelliğine rağmen çeşitli sebeplerden ötürü daha az tercih edilmektedir. Bunun sebeplerinden biri de geopolimer betonun kısıtlı malzeme yelpazesidir. Son yıllarda geopolimer betonun malzeme yelpazesini geliştirmek için pomza, uçucu kül, yüksek fırın cürufu gibi malzemeleri tek başına veya birbirleriyle karıştırarak geopolimer beton üretilmeye çalışılmıştır. Bu çalışmada ise pomza temelli geopolimer harcın içerisindeki pomzayı ağırlıkça %30'a kadar atık kolemanit malzemesiyle ikame ederek yeni kompozit geopolimer harçlar üretilmiştir. Malzemeler karıştırıldıktan sonra 12M'lik sodyum hidroksit (NaOH) alkali sıvısıyla aktive edilmiş, çelik kalıplara döküldükten sonra 3 gün ve 7 gün boyunca 65℃'lik kür fırınında kürlenmiştir. Üretilen bu yeni harçlar üzerinde mekanik deneyler yapılmış ve mikro yapıları incelenmiştir. Elde edilen bulgular ile atık kolemanitin miktarı arttıkça pomza temelli geopolimer harçların ne yönde etkilendiği ve dolayısıyla atık kolemanitin geopolimer harçlarda kullanılabilme ihtimali araştırılmıştır. Yapılan deneylerde alkali beğlayıcı oranı değiştirilmeden (0.40) pomza ile ikame edilen atık kolemanit, geopolimer harcın priz sürelerini azalttığını, taze ve kuru birim hacim ağırlıklarını artırdığını, saf pomza temelli numunelerin çok yüksek oranlardaki boşluk oranını ve su emme kapasitelerini azalttığı tespit edilmiştir. Atık kolemanitin mikroyapı incelemelerinde, ikame miktarının arttıkça geopolimerizasyonun olumlu etkilendiği ve boşlukların kapandığı görülmüştür. Tüm bu etkilerden dolayı atık kolemanitin basınç dayanımını ortalama %7.59 oranında artırdığı görülmüştür. Yüksek sıcaklık direnci de incelenen numunelerde atık kolemanit içeriğinin saf pomza temelli numunelerde görülen yüksek sıcaklık dayanım kaybını önleyemediği ve benzer oranlarda dayanım kaybına uğradığı tespit edilmiştir. Tüm bu bulguların sonucunda atık kolemanitin % 30'a kadar ikame edilmesi halinde pomza temelli geopolimer harçların mekanik ve mikro yapı özelliklerini geliştirdiği, dolayısıyla atık kolemanitin pomza ile beraber geopolimer harç üretiminde kullanılabileceği görülmüştür.

Abstract:
Concrete, which is the most common building material in the world, increases its demand in the construction sector every year and seriously triggers air pollution with the carbon dioxide (CO2) emission originating from the cement in it. As a result of the policies carried out to prevent this situation, scientists discovered a new type of cementless binder called geopolymer. Although geopolymer concretes can compete with normal concretes with some mechanical properties, it is interesting by researchers because it is an environmentally friendly concrete. Despite its many positive features, it is less preferred than normal concrete due to various reasons. One of the reasons for this is the limited material range of geopolymer concrete. In recent years, geopolymer concrete has been tried to be produced by mixing materials such as pumice, fly ash, blast furnace slag alone or with each other in order to improve the material range of geopolymer concrete. In this study, new composite geopolymer mortars were produced by replacing the pumice in the pumice-based geopolymer mortar with waste colemanite material up to 30% by weight. After mixing the materials, they were activated with 12M sodium hydroxide (NaOH) alkaline liquid and cured in a curing oven at 65℃ for 3 days and 7 days after pouring into steel molds. Many different mechanical experiments were carried out on these new mortars produced and their micro structures were examined. According to the findings, it was investigated how pumice-based geopolymer mortars were affected as the amount of waste colemanite increased, and therefore the possibility of using waste colemanite in geopolymer mortars. In the experiments, it was determined that the waste colemanite replaced with pumice without changing the alkaline binder ratio (0.40) reduces the setting times of the geopolymer mortar, increases the fresh and dry unit weights, and decreases the void ratio and water absorption capacity of the pure pumice-based samples at very high rates. In the micro structure investigations of waste colemanite, it was observed that as the amount of substitution increased, the geopolymerization was positively affected and the gaps were closed. Due to all these effects, it was observed that waste colemanite increased the compressive strength by an average of 7.59%. It was determined that the waste colemanite content in the samples whose elevated temperature resistance was examined could not prevent the high temperature strength loss seen in pure pumice-based samples, and they lost strength at similar rates. As a result of all these findings, it has been seen that if the waste colemanite is replaced by up to 30%, the pumice-based geopolymer mortars improve the mechanical and micro structure properties, therefore, waste colemanite can be used in the production of geopolymer mortar together with pumice.