Su yapılarında kullanılabilir pomza esaslı geopolimer betonların geliştirilmesi
Development of pumice based geopolymer concrete for hydraulic structures
Yazar: CEMAL KARAASLAN
Danışman: PROF. DR. TAMER BAĞATUR ; DOÇ. DR. ENGİN YENER
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Portland Çimentosu'nun üretiminde büyük miktarda enerji sarfiyatının olması ve yüksek oranda CO2 salınımının gerçekleşmesinden dolayı bu çimentolara alternatif olabilecek bağlayıcı arayışları önem kazanmıştır. Alternatif bağlayıcılar arasında, yüksek sıcaklık direnci, erken yüksek dayanım, asit etkilerine karşı dayanıklılık ve düşük çevresel etki gibi üstün özelliklere sahip olan geopolimerler, ön plana çıkmaktadırlar. Geopolimerler, çimento ve su yerine puzolan ve alkali aktivatörler kullanılarak üretilmektedirler. Bu çalışmada puzolan olarak Iğdır'dan elde edilen pomza ve alkali aktivatör olarak sodyum hidroksit ve sodyum silikattan oluşan çözelti kullanılmıştır. Su yapılarının maruz kaldığı yıpratıcı dış etkilere karşı yeterli derecede dayanıklılığa sahip pomza esaslı geopolimer betonların geliştirilmesi, bu tez çalışmasının amacını oluşturmaktadır. Bu kapsamda, uçucu kül ve kalsiyum alüminat çimentosu pomzaya ikame edilerek geopolimer hamur, harç ve betonlar hazırlanmış ve taze ve sertleşmiş haldeki özellikleri araştırılmıştır. Geopolimer hamurlarla yapılan çalışmaların sonuçları dikkate alınarak, alkali aktivatör içeriği ve kür koşulları gibi parametreler harç ve beton karışımlarında sabit seviyelerde tutulmuştur. Buna göre üretilen harç ve betonların işlenebilirlik, fiziksel ve mekanik özellikler, durabilite ve mikroyapıları detaylı bir şekilde incelenmiştir. Mikroyapı incelemelerinde XRD, BET, FTIR ve SEM-EDX gibi yöntemler kullanılmıştır. Çalışma, pomza esaslı geopolimer bağlayıcıların, uçucu kül ve kalsiyum alüminat çimentosu katkısı sayesinde yeterli derecede işlenebilirlik ve dayanıma ulaştığını göstermiştir. Bu katkılar ile pomza esaslı geopolimer betonların, su yapılarının da sık sık maruz kaldığı, ıslanma-kuruma, donma-çözülme, deniz suyu, aşınma ve asit gibi etkilere karşı yeterli dayanıklılığa sahip olduğu belirlenmiştir. Ayrıca pomza esaslı geopolimerlerin, kalsiyum alüminat çimentosu katkısı ile oda sıcaklığında dahi kabul edilebilir sürelerde prizini tamamladığı ve yeterli dayanıma ulaştığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Due to the large amount of energy consumption and high CO2 emission in the production of Portland Cement, the search for binders that can be an alternative to these cements has gained importance. Among the alternative binders, geopolymers, which have superior properties such as good fire resistance, early high strength, resistance against acid attack and environmental friendliness, stand out. Geopolymers are produced by using pozzolan and alkali activators instead of cement and water. In this study, pumice obtained from Iğdır as natural pozzolan and solution consisting of sodium hydroxide and sodium silicate as alkali activator were used. The aim of this thesis study is to develop pumice-based geopolymer concretes with sufficient resistance against the destructive effects that hydraulic structures are exposed to. In this context, geopolymer pastes, mortars and concretes were prepared by substituting fly ash and calcium aluminate cement to pumice, and their properties in fresh and hardened state were investigated. Considering the results of the work done with geopolymer pastes, parameters such as alkali activator content and curing conditions were kept at constant levels in mortar and concrete mixtures. Accordingly, the workability, physical and mechanical properties, durability and microstructures of the mortars and concretes produced were examined in detail. Methods such as XRD, BET, FTIR and SEM-EDX were used for microstructure investigations. The study showed that pumice-based geopolymer binders achieved sufficient workability and strength thanks to the admixture of fly ash and calcium aluminate cement. With these additives, it has been determined that the pumice-based geopolymer concretes have sufficient durability against effects such as wetting-drying, freezing-thawing, sea water, abrasion and acid, which water structures are also frequently exposed to. In addition, it has been determined that pumice-based geopolymers complete their setting and reach sufficient strength in acceptable times even at room temperature with the addition of calcium aluminate cement.