Farklı tür dolgu malzemeleri katılan metakaolin esaslı geopolimer harçların dayanım ve dayanıklılığının araştırılması
Investigation on the strength and durability of metakaolin-based geopolymer mortars with different kind of filling materials
Yazar: AIGUL KABIROVA
Danışman: PROF. DR. METİN HÜSEM ; PROF. DR. MÜCTEBA UYSAL
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Atık beton = Waste concrete ; Bazalt = Basalt ; Geopolimerler = Geopolymers ; Harç = Mortar ; Kireç taşı = Limestone ; Mermer atıkları = Marble wastes ; Metakaolin = Metakaolin

Özet:
Bu çalışmada, farklı toz dolgu malzemeleri ikamesinin metakaolin esaslı geopolimer harçların dayanım ve dayanıklılık özelliklerine etkisinin incelenmesi amaçlandı. Bunun için geopolimer haçlara en büyük tane çapı 63 μm olan kireçtaşı tozu, bazalt tozu, mermer atığı tozu ve atık beton agregası tozu olarak dört farklı dolgu malzemesi katılarak, referans seri ile birlikte, toplam 13 seri olarak metakaolin esaslı geopolimer harçlar üretildi. Bu tozlar, harçta kum olarak kullanılan dere kumuna ağırlıkça %25, %50 ve %75 oranlarında ikame edildi. Ön deneyler sonucunda her seri için, metakaolin ve 12M sodyum hidroksit ile sodyum silikat çözeltilerinden oluşan reaktant karışımı oranları belirlendi. Tüm seriler için üretilen; 50 mm'lik küp, 40 mm x 40 mm x 160 mm boyutundaki prizma, 71 mm çap ve 150 mm yüksekliğindeki silindir, 71 mm'lik küpler olmak üzere toplam 1230 adet numune üzerinde, 60°C sıcaklıkta 72 saatlik kür ile dayanım kazandırılarak, birim hacim ağırlık, boşluk oranı, su emme oranı, ultrases geçiş hızı, merkezi basınç ve üç noktalı eğilmede çekme, yarmada çekme, Böhme aşınma, yüksek sıcaklıklar (200°C, 400°C, 600°C ve 800°C), donma-çözülme ve sülfat etkisi deneyleri gerçekleştirildi. Numunelerin mikro yapıları SEM ve XRD analizleri ile incelendi. Deneyler sonucunda kireçtaşı tozu, bazalt tozu, mermer atığı tozu ve atık beton agregası tozu için optimum ikame oranları sırasıyla %50, %50, %25 ve %25 olarak elde edildi. Sonuçlar dört farklı toz dolgu malzemesinin de metakaolin esaslı geopolimer harçlarda kullanılabileceğini, dayanım ve dayanıklılık özellikleri açısından en iyi performansın %50 bazalt tozu ikamesi ile elde edildiğini, geopolimer harç ve geopolimer betonların kullanımının yaygınlaştırılmasının birçok alanda uygun olabileceğini göstermektedir.

Abstract:
In this study, it was aimed to evaluate the effect of different substitute powder filling materials on the strength and durability properties of metakaolin-based geopolymer mortars. For this, limestone powder, basalt powder, waste marble powder and recycled concrete aggregate powder were used with a size of lower than 63 μm. The powders were substituted by 25%, 50% and 75% by weight to the river sand, which was used as the main aggregate in the mortar. A total of 13 series of metakaolin-based geopolymer mortars were produced including the reference series. The ratios of the metakaolin and reactant mixture consisting of 12M sodium hydroxide and sodium silicate solutions were determined following the preliminary experiments. For all series 50 mm cube, 40 mm x 40 mm x 160 mm prism, 71 mm diameter and 150 mm height cylinder, 71 mm cube specimens were produced. After the curing at 60°C for 72 hours, unit volume weight, void ratio, water absorption ratio, ultrasonic pulse velocity, compressive strength, flexural strength, split tensile strength, Bohme abrasion resistance, high temperatures (200°C, 400°C, 600°C and 800°C), freeze-thaw and sulfates attack tests were carried out on a total of 1230 specimens. There were obtained optimum rates for limestone powder, basalt powder, waste marble powder and recycled concrete aggregate powder as 50%, 50%, 25% and 25%, respectively. The results have shown that all types of powder filling materials can be used in metakaolin-based geopolymer mortars. The best performance in terms of strength and durability properties was obtained with the 50% basalt powder substitution, and the widespread usage of geopolymer mortars and geopolymer concretes might be appropriate for many areas.