Ponza tozu ve yüksek fırın cürufu esaslı alkali ile aktive edilmiş malzemenin fiziksel, mekanik ve içyapı özellikleri
Physical, mechanical and microstructural properties of pumice powder and blast furnace slag based alkali activated material
Yazar: MÜMİN MERT
Danışman: PROF. DR. NİHAT KABAY
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Beton üretimi = Concrete production ; Fiziksel özellikler = Physical properties ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Ponza = Pumice ; Yüksek fırın cürufları = Blast furnace slags ; İç yapı = Domestic structure

Özet:
Normal portland çimentosu üretimi global CO2 salınımlarının önemli bir miktarını oluşturmakta ve küresel ısınmayı olumsuz yönde etkilemektedir. Dolayısıyla inşaat sektöründe kullanılan çimentoya alternatif küresel ısınmaya en az etki yapacak ve sürdürebilirliği sağlayacak yeni malzemelerin geliştirilmesi gereklilik halini almıştır. Bu kapsamda günümüzde çimentoya alternatif olarak düşük CO2 emisyonuna sahip alkaliler ile aktive edilmiş bağlayıcılar pek çok araştırmacının ilgisini çekmektedir.
Bu çalışmada Türkiye'de önemli bir rezerve sahip ponza taşı öğütülerek toz hale getirilmiş ve yüksek fırın cürufu ile farklı oranlarda birleştirilmiştir. Toz bileşim KOH, NaOH ve sodyum silikat içeren alkali çözeltiler ile aktive edilerek bağlayıcı üretilmiştir. Çalışmada öncelikle hamur fazda 17 farklı seri üretilmiş, en yüksek dayanımı veren alkali aktivatör kombinasyonu belirlenmiştir. Optimum aktivatör karışımı kullanılarak 7 farklı harç karışımı üretilmiş, harcın fiziksel ve mekanik özellikleri araştırılmıştır. Bunlara ilaveten seçilen serilerde içyapı analizleri gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçları dikkate alındığında, en yüksek dayanımın 6 M KOH ve sodyum silikat/alkali aktivatör oranının 1 olduğu durumda elde edildiği görülmüştür. Karışımdaki ponza tozu oranının artması ile harç numunelerin su emme, etüv kurusu yoğunluk ve boşluk oranında belirgin bir değişiklik görülmezken ısı iletkenlik katsayısı önemli ölçüde azalmıştır. Ayrıca karışımdaki doğal kumun %50'ye kadar ponza ince agregası ile ikame edilmesinin dayanımda önemli düşüşe neden olmadan ısı iletkenlik katsayısını kayda değer biçimde azalttığı gözlenmiştir. Alkali aktivasyon sonucu meydana gelen reaksiyon ürünleri içyapı analizleri ile belirlenmiş, portland çimentolu kontrol serisi ile önemli farklılıklar tespit edilmiştir.

Abstract:
The ordinary portland cement production is responsible for a significant part of global CO2 emission and contributes to global warming. This, in turn, forces the development of alternative sustainable materials instead of cement. In this context, geopolymers activated by alkali oxides, which are more sustainable than cement, are of interest for many researchers.
In this study, pumice stone found in abundance in Turkey was first ground into powder and blended with blast furnace slag in different ratios. The blended powder was then activated with alkaline solutions containing KOH, NaOH, and sodium silicate to produce a binder. Initially, a total of 17 paste mixes were produced to find the best activator combination which yields the highest compressive strength. The optimum activator combination was then used to produce mortar mixes, and a total of 7 mixes were manufactured to determine their physical and mechanical properties. Furthermore microstructural analysis were performed on selected mixes.
Test results showed that the highest compressive strength can be obtained when the activator solution was designed as 6 M KOH and sodium silicate/alkaline activator ratio of 1. The increase in pumice powder content insignificantly affected the water absorption, oven dry density, and voids content of the mortar, but clearly reduced the thermal conductivity coefficient. Furthermore, replacing natural sand with fine pumice aggregate up to 50% reduced the thermal conductivity without causing a significant drop in compressive strength. The microstructural analysis revealed reaction products due to alkali activation and some clear differences compared to the control mix produced with portland cement.