Kırmızı çamur ve metakaolin tabanlı geopolimer harçların mekanik ve durabilite özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical and durability properties of red mud and metakaolin based geopolymer mortars
Yazar: OUIAME CHAKKOR
Danışman: PROF. MEHMET FATİH ALTAN ; DOÇ. DR. ORHAN CANPOLAT
İstanbul Aydın Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada, metakaolin ve kırmızı çamur esaslı geopolimer numuneleri ile birlikte dere kumu ve üç farklı kategori (kireçtaşı tozu, mermer tozu ve bazalt tozu) dolgu malzemeleri kullanılarak farklı oranlarda dere kumu ile değiştirilerek üretilen %25, %50, ve %75, sodyum silikattan (Na2SiO3) oluşan bir aktivatör ile karışım yapılmıştır. Üretilen geopolimer harcının dayanıklılık özelliklerini araştırmak amacıyla, numuneler 180 devir donma-çözülme etkisine, 200, 400, 600, 800 ° C'de yüksek sıcaklık etkilerine ve %10 magnezyum ve sodyum sülfat çözeltilerine maruz bırakıldı. Mikroyapı özelliklerini incelemek için görsel incelemenin yanı sıra SEM analizleri de yapılmıştır. Yüksek sıcaklıklara maruz kaldıktan sonra bazalt tozu üretilen geopolimer harcının kireçtaşı ve mermer tozu numunelerine göre daha yüksek mukavemet özellikleri sağladığı gözlenmiştir. Donma-çözülme etkisi için, bazalt toz serisi, basınç dayanımı sonuçları eğilme mukavemeti sonuçlarından daha yüksek çıkmıştır. Kireçtaşı toz serisi de 180 döngüde yetkinliğini arttırmıştır. Sülfat etkisinin deneysel olarak elde edilen sonuçları, hazırlanan geopolimer harçın mukavemet özelliklerinin tüm karışımlar için 60 günde arttığını ortaya çıkarırken, 180 günde, geopolimer harç önemli ölçüde kayıp göstermiştir. Ayrıca, mekanik özellikler hakkında 7, 28 ve 56 günlerde basınç ve eğilme dayanımları, ultrases geçiş hızı, boşluk oranı, aşınma ve yarma-çekme testleri incelenmiştir. Deneysel test sonuçları metakaolin ve kırmızı çamur geopolimeri üzerinde dolgu maddesi kullanımının, bazalt tozu için sırasıyla 75.63 MPa ve 14.24 MPa ile basınç ve eğilme mukavemeti özellikleri üzerinde olumlu bir şekilde arttığını göstermiştir. Ayrıca, farklı dolgu maddelerinin kullanımlarının boşluk oranı, su emme ve yarma-çekme gerilmesi üzerinde önemli bir etkisi vardır. Bu çalışmayı değerlendirmek amacıyla Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM) ve X-ışını Kırınım (XRD) yöntemleri kullanıldı.

Anahtar Kelimeler: Geopolimer, Bağlayıcı, Metakaolin, Kırmızı Çamur, SEM, XRD.

Abstract:
The current work, Metakaolin and Red-Mud based geopolymer specimens produced with control sample using river sand and three categories by substitution of different filler materials (limestone powder, marble powder and basalt powder), by replacing it with river sand in different ratios 25%, 50%, and 75% wished to the mixture with an activator which consists the sodium silicate (Na2SiO3). To investigate the durability properties of the manufactured geopolymer mortar, the samples were exposed to 180 cycles of the freezing-thawing effect, high-temperature effects at 200, 400, 600, 800 °C, and to 10% of magnesium and sodium sulfate solutions for various periods of 60, 120, and 180. Moreover, to examine the microstructure properties, SEM analyses were performed as well as a visual inspection. It has been observed that basalt powder series after exposure to high temperatures have been yielding higher strength properties than in limestone and marble powder samples. For the freezing-thawing effect, basalt powder series sustain the higher results for compressive strength while about flexural strength results; limestone powder series improved its competence in terms of 180 cycles, on other hand the experimentally obtained results of sulfate attack uncover that the prepared geopolymer mortar's strength properties increase at 60 days for all the proposed mixes, while at 180 days, the geopolymer mortar suffers a significant loss.Furthermore, about mechanical properties; compressive and flexural strengths at 7, 28, and 56 days, ultrasonic pulse velocity, void ratio,aşınma, and splitting-tensile tests were examined. Experimental test results indicated that the use of filler materials on Metakaolin and Red-Mud geopolymer enhance positively on compressive and flexural strength properties with 75.63 MPa and 14.24 MPa respectively for basalt powder. Besides, the uses of different filler materials have a significant impact on void ratio, water absorption, and splitting tensile.Theresa, to evaluate this work, the Scanning Electron Microscopy and X-ray Diffraction methods were investigated.

Keywords: Geopolymer, Binder, Metakaolin, Red-Mud, SEM, XRD.