Endüstriyel yan ürünlerle üretilmiş geopolimer betonların mekanik ve durabilite özelliklerinin araştırılması
Investigation of mechanical and durability properties of geopolymer concretes produced with industrial by-products
Yazar: SADIK YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. SALİH TANER YILDIRIM
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu araştırma, tamamen endüstriyel yan ürünler kullanılarak üretilen ve sürdürülebilir bir beton türü olan geopolimer betona odaklanmaktadır. Çalışmada, Taguchi deneysel tasarım yöntemi kullanılarak geopolimer betonda kullanılan her bir bileşenin etkisi ayrı ayrı incelenmiş ve bu sayede geopolimer beton literatürüne önemli bilgiler sunulmuştur. Araştırma, öğütülmüş yüksek fırın cürufu (ÖYFC), uçucu kül (UK) ve atık pencere camı tozu (ACT) gibi endüstriyel yan ürünler kullanılarak üretilen geopolimer betonun mekanik ve dayanıklılık özelliklerini incelemeyi hedeflemektedir. Bu amaçla; yüksek fırın cürufu ve uçucu kül alüminosilikat kaynak malzemeleri kullanılarak farklı oranlarda hazırlanan bağlayıcı karışımlar, atık cam tozuyla birleştirilmiştir. Ayrıca dört farklı oranda, atık cam tozu (%40, %30, %20, %10), sodyum hidroksit molaritesi (6M, 8M, 10M, 12M) ve ısıl kuru kürleme sıcaklığı (45°C, 60°C, 75°C ve 90°C) kullanılarak geopolimer beton numuneleri üretilmiştir. Üretilen beton numuneleri üzerinde slump (çökme), basınç dayanımı, yarmada çekme dayanımı, yoğunluk, su emme, kılcal su emme, magnezyum sülfat atağı direnci, dinamik elastisite ve statik elastisite deneyleri gerçekleştirilmiş, mikroyapı analizi için Scanning Electron Microscope (SEM) ve Energy Dispersive X-Ray (EDX) kullanılmıştır. Ayrıca, maliyet analizi ve CO2 emisyonu analizi yapılarak geopolimer betonların çevresel ve ekonomik etkileri değerlendirilmiştir. Taguchi deneysel tasarım yöntemiyle, elde edilen deney sonuçları üzerinden her bir deney için ayrı ayrı optimum parametreler belirlenmiştir. Bulunan optimum değerler ile genel performans değerlendirmesi yapılarak optimum beton karışımı belirlenmiş ve üretilmiştir. Üretilen optimum geopolimer beton üzerinde deneyler tekrarlanarak sonuçların doğruluğu kontrol edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, karışımlarda ÖYFC içeriğinin artmasıyla mekanik özelliklerin, UK içeriğinin artmasıyla işlenebilirlik özelliklerinin iyileştirilebildiğini göstermiştir. Bununla birlikte, belirli oranlarda ACT içeriğinin kullanılmasıyla mekanik özelliklerin iyileştirilebileceği tespit edilmiştir. Ek olarak, kür sıcaklığının da mekanik sonuçlar üzerinde önemli bir etkisi olduğu ortaya konmuştur. Genel olarak, elde edilen sonuçlar, geopolimer betonun geleneksel betona önemli bir alternatif olduğunu göstermektedir.

Abstract:
This study focuses on geopolymer concrete, a sustainable type of concrete produced entirely using industrial by-products. The research investigates the individual effects of various components used in geopolymer concrete by employing the Taguchi experimental design method, thereby prouiding significant contributions to the geopolymer concrete literature. The study aims to examine the mechanical and durability properties of geopolymer concrete produced using industrial by-products such as blast furnace slag, fly ash, and waste glass powder from windows. With this aim, binder contents prepared with different proportions of blast furnace slag and fly ash as aluminosilicate source materials were combined with waste glass powder. Additionally, geopolymer concrete specimens were produced using four different percentages of waste glass powder (40%, 30%, 20%, 10%), sodium hydroxide molarity (6M, 8M, 10M, 12M), and thermal curing temperatures (45°C, 60°C, 75°C, 90°C). The produced concrete samples were subjected to various tests including slump, compressive strength, split tensile strength, density, water absorption, capillary water absorption, resistance to magnesium sulfate attack, dynamic elasticity, and static elasticity. Microstructure analyse were conducted using SEM and EDX techniques. Furthermore, cost analysis and CO2 emission analysis were performed to assess the environmental and economic impacts of geopolymer concrete. Through the Taguchi experimental design method, optimal parameters were determined for each experiment based on the obtained results. The overall performance evaluation and determination of the optimum concrete mixture were conducted using these optimal values, resulting in the production of optimized geopolymer concrete. The experiments were repeated on the produced optimized geopolymer concrete to validate the results. The findings indicate that increasing the content of blast furnace slag improves the mechanical properties, while increasing the content of fly ash enhances workability properties in the mixtures. Moreover, it was found that specific proportions of waste glass powder can improve the mechanical properties. Additionally, the curing temperature is identified as a significant factor influencing the mechanical results. Overall, the obtained results demonstrate the significant potential of geopolymer concrete as an alternative to conventional concrete.