Kireç ve portland çimentosu ikamesinin uçucu küllü geopolimer harç karışımlarının dayanım ve kalıcılığına etkisi
Effects of lime and portland cement addition on strength and durability of fly ash geopolymer mortar mixtures
Yazar: IŞILAY ÖZKUL
Danışman: PROF. DR. KAMBİZ RAMYAR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Geopolimerler = Geopolymers ; Suya dayanıklılık = Water endurance ; Sülfat = Sulfate ; Uçucu kül = Fly ash ; Yüksek sıcaklık = High temperature

Özet:
Bu çalışmada çimento ve kireç ikameli F ve C sınıfı uçucu kül esaslı  geopolimer harçların dayanım ve durabilite özellikleri incelenmiştir. Bu amaçla 3  farklı kür süresinde (1,3 ve 5 gün) 60°C'de, 3 farklı Na2O (%4,7,10) oranına sahip F ve C sınıfı uçucu küllü karışımların dayanımları karşılaştırılmıştır. En yüksek  basınç dayanımına sahip %10 Na2O oranı ile hazırlanan ve 3 gün kürlenen iki karışım seçilmiştir. Bu karışımlarda uçucu kül 3 farklı oranda çimento (%10, 20,30) ve kireç ile (%5, 10, 20) ikame edilmiştir. Maksimum basınç dayanımlarına  %30 çimento ve %20 kireç ikamesi ile ulaşılmıştır. Seçilen karışımlar 300°C, 600°C ve 900°C'de yüksek sıcaklığa maruz bırakılmıştır. F sınıfı uçucu küllü  karışımların yüksek sıcaklığa olan direnci C sınıfı olan karışımlara göre daha fazla olmuştur. 600°C'de karışımların dayanımlarında çok ciddi kayıplar görülmüştür.  900°C'ye maruz kalan karışımların arta kalan dayanımları F sınıfı uçucu küllü 
örneklerde %29.1-34, C sınıfı içeren numunelerde ise %6.8-19.7 olmuştur.

Referans karışımı ve çimento ile kireç ikameli karışımlar 2, 4 ve 6 ay laboratuvar koşullarında havada ve suda bekletilmiştir. Havada bekletilen sadece F sınıfı uçucu kül içeren karışımların dayanımları 2 ay içinde %4.3 artmıştır. İlerleyen aylarda ise dayanım kayıpları oluşmuştur. Çimento ikameli karışımlarda ise dayanım artışı %15.6-25.1 aralığındadır. Kireç ikameli numunelerin havada 
bekletilmesi dayanıma çimento ikamesi kadar fayda sağlamamıştır. 

F sınıfı uçucu kül içeren referans karışımın suda bekletilmesi dayanım kaybına sebep olmuştur. Fakat çimento ve kireç ikameli karışımların basınç dayanımları %35.2 ve %38.1 artış göstermiştir. C sınıfı uçucu küllü referans karışımın suda bekletilmesi ile dayanımda %4.3-5.6 aralığında azalma olmuştur. Çimento ve kireç ikameli karışımların 6 ay suda bekletilmesinin sonunda basınç dayanımları artmıştır. 
F Sınıfı uçucu küllü referans karışımının sülfata maruz kalması, ilk haftalarda hafif büzülmeye ve sonrasında ihmal edilebilir bir genleşmeye neden olmuştur. Uçucu külün çimento veya kireç ile kısmen değiştirilmesi, harçların genleşmesini biraz arttırmıştır. C Sınıfı uçucu küllü referans karışımının sülfat genleşmesi, F Sınıfı muadilinden biraz daha büyük olmuştur. C Sınıfı uçucu külün çimento ve kireç ile kısmen yer değiştirilmesi, sülfat genleşmesini uzun vadede artırmıştır. Bu karışımların 27 haftalık genleşmesi yaklaşık %0.03 olmuştur.

Abstract:
In this thesis, it was aimed to investigate the effect of cement and lime substitution on the strength and durability of Class F and Class C fly ash-based  geopolymer mortar mixtures. For this purpose, the strengths of Class F and C fly  ash mixtures with 3 different Na2O (4, 7 and 10%) ratios and cured at 60°C for 3  different times (1, 3 and 5 days) were compared. The mixtures, showing the  maximum strength, prepared with 10% Na2O ratio and cured for 3 days were selected. In these mixtures; 10, 20, and 30% (by weight) as well as 5, 10, 20% (by  weight) of fly ash were replaced with cement and lime, respectively. Maximum compressive strengths were achieved in 30% cement and 20% lime-bearing geopolymer mortars. The selected mixtures were exposed to high temperature at 300°C, 600°C and 900°C. The resistance of Class F fly ash mixtures to high temperature was higher than that of the Class C fly ash mixtures . Irrespective of fly ash type, considerable reduction in the strength of mixtures exposed to 600°Cwas occurred. The residual strengths of mixtures exposed to 900°C were 29.1-34% for Class F fly ash and 6.8-19.7% for Class C fly ash mortars.

The reference mixtures, as well as cement and lime substituted mixtures were kept in water and in air in the laboratory for 2, 4 and 6 months. The strength  of mixtures containing only Class F fly ash kept in the air increased by 4.3% within 2 months. The strength losses occurred in the following months. In the cement-substituted mixtures, the increase in strength was in the range of 15.6-25.1%. The increase in the strength of air-cured lime-substituted mixtures was not as high as that of the cement-substituted mixtures. 

Keeping the mixtures containing only Class F fly ash in water reduced the strength. However, the compressive strengths of cement and lime-substituted mixtures increased by 35.2% and 38.1%, respectively. Keeping the Class C fly ash reference mixtures in water decreased the strength in the range of 4.3-5.6%. However, the compressive strength of the cement and lime-substituted mixtures increased after being kept in water for 6 months. 
Exposure of Class F fly ash reference mixture to sulfate resulted in a slight  shrinkage at early weeks and negligible expansion afterwards. Partial replacement of fly ash with either cement or lime increased the expansion of the mortars slightly. The sulfate expansion of Class C fly ash reference mixture was somewhat greater than that of its Class F counterpart. Partial replacement of Class C fly ash with either cement or lime increased the sulfate expansion further, so that at the 27 
weeks the expansion of these mixtures was around 0.03%.