Mikronize edilmiş zeolit ikameli harçların ve betonların mühendislik özelliklerinin araştırılması
Investigation of the engineering properties of mortars and concretes substituting micronized zeolite
Yazar: SEMİH CEYLAN
Danışman: PROF. DR. SALİH YAZICIOĞLU ; PROF. DR. LUTFULLAH TURANLI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Türkiye'de büyük rezerve sahip doğal zeolitin mikron inceliğinde öğütülerek çimento yerine ikame edilmesiyle üretilen harçların ve betonların mühendislik özellikleri araştırılmıştır. Harçların hazırlanmasında CEM I 42,5 R çimento, CEN standart kumu, su, toz akışkanlaştırıcı ve çimentoya ikame olarak % 10 silis dumanı ve mikronize edilmiş %5, %10, %15, %20 zeolit kullanılmıştır. Çalışma kapsamında üretilen 5x5x5 cm boyutlu küp numuneler 24 saat sonunda kalıplardan çıkarılarak 23±2˚C'de kür havuzunda bekletilmiştir. Çalışmada 3, 7, 28 ve 56 günlük harç numunelerinin basınç dayanımı; 28 günlük harç numunelerinin su emme, birim hacim ağırlık, ultrasonik hız değerlerine bakılmıştır. Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre %15 mikronize zeolit ikame edilmesinin, %10 silis dumanı ikame edilmesine yakın değerler verdiği görülmüştür. Harçlardan elde edilen sonuçlar doğrultusunda 0-4, 4-11,2, 11,2-22,4 mm boyutlarında agregalar temin edilerek 10x10x10 cm küp ve 10x20 cm silindir beton numuneler üretilmiştir. Karışımların birim hacim ağırlıkları ve hidratasyon ısıları hesaplanmış olup 3, 7, 14, 21, 28, 56, 90 ve 365 günlük betonların basınç ve yarmada çekme dayanımlarına bakılmıştır. Beton numunelerin 7, 28 ve 365 günlük klor - iyon geçirgenlik deneyleri; 28 günlük elastisite modulü, poison oranları; 7 ve 28 günlük karbonasyon, ultrasonik hız, kılcallık deneyleri yapılmış olup su emme ve porozite değerleri ölçülmüştür. Deneyler sonucunda zeolit ikamesi ile silis dumanına yakın geçirimsizlik değerleri elde edilmiş olup daha mukavim ve yüksek performanslı beton üretilmiştir. Mikro yapıda oluşan değişimleri gözlemlemek amacıyla 3, 7 ve 28 günlük beton numunelere SEM, XRD, F-TIR ve TGA analizleri yapılmıştır. Yapılan mikroyapı deneyleri birbirleriyle uyumlu sonuçlar vermiş olup deneyler sonucunda beton numunelerde az miktarda Ca(OH)2 ve quartz, yoğun miktarda CaCO3 ve C-S-H gözlemlenmiştir. Sonuç olarak mikronize zeolitin silis dumanına alternatif olarak geçirimsizlik ve yüksek performans elde edilmesinde kullanılabileceği değerlendirilmektedir.

Abstract:
Engineering characteristics of mortars and concretes prepared with substitution of micronized grinded natural zeolite instead of cement, that has great reserves in Turkey were investigated in this study. CEM I 42,5 R cement, RILEM sand, 10% substituted silica fume, 5%, 10%, 15%, 20% substituted micronized zeolite, powder superplasticizer have been used for the mortars. After a day, 5x5x5 cm cubic specimens were removed from the molds and cured at room temperatures. Compressive strength of mortar specimens  were calculated on the 3rd, 7th, 28th and 56th days; water absorption, unit weight, ultrasonic pulse velocity tests were done to mortar specimens on the 28th days.  Consequently it is noticed that substitution of 15% micronized zeolite gave approximate results with 10% silica fume substitution. According to the results obtained from mortars 0-4, 4-11,2, 11,2-22,4 mm aggregates were provided and 10x10x10 cm cubic, 10x20 cm cylinderic concrete specimens were prepared. Unit weight, heat of hydration of the mixtures were calculated. Compressive and split tensile strength tests of the concretes were done on the 3rd, 7th, 14th, 21st, 28th, 56th , 90th  and 365th days. Chloride ion permeability tests were done on the 7th, 28th and 365th days; modulus of elasticity, poisson ratio were attained on the 28th day;  carbonation, ultrasonic velocity, sorptivity experiments were carried out on the 7th and 28th days, therefore water absorption and porosity values were attained. At the end of the tests more durable, high performanced concrete and impermeability results close to silica fume is achieved with zeolite substitution. SEM, F-TIR, XRD, TGA analyses were performed to concrete samples on the 3rd, 7th and 28th days to observe the changes in microstructure. All microstructure experiments gave compatible results with each other and at the end of the experiments a little amount of Ca(OH)2 and quartz; CaCO3 and C-S-H were observed heavily on the concrete specimens.  As a result, it is evaluated that micronized zeolite can be used instead of silica fume to obtain impermeability and high performance.