Alkali-aktif yüksek fırın cürufu bağlayıcılı hafif agrega ile üretilen kendiliğinden yerleşen harçların mühendislik özellikleri
Engineering properties of self-compacting alkali-activated blast furnace slag mortars produced with lightweight pumice aggregate
Yazar: MURAT DENER
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET KARATAŞ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHRZAD MOHABBI
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Alkali-aktif malzemeler = Alkali-active materials ; Hafif agrega = Lightweight aggregate ; Sülfat saldırısı = Sulfate attack ; Yapı malzemeleri = Building materials ; Yüksek fırın cürufları = Blast furnace slags ; Yüksek sıcaklık = High temperature

Özet:
Geliştirilmesinden bu yana betonda rakipsiz bir şekilde bağlayıcı malzeme olarak kullanılan Portland çimentosu insan faaliyetleri kaynaklı CO2 emisyonun %8'inden sorumludur. Alüminosilikat esaslı malzemelerin alkali aktivatör vasıtasıyla aktif hale getirilmesi esasına dayanan alkali-aktif malzemeler inşaat sektöründe çevresel kazanımlar elde etmeye yönelik geliştirilen bir bağlayıcıdır. Alkali-aktif malzemelerle arzu edildiği takdirde farklı niteliklere sahip harç/betonların üretilebilmesi bu malzemelerin inşaat sektöründe kullanılması yönündeki endişelerin giderilmesine yardımcı olacaktır. Bu çalışmada öncelikle Na2SiO3/NaOH aktivatör oranının, Portland çimentosu ikame oranının ve kür sıcaklığının basınç dayanımına etkisi üretilen 34 seri hamur karışımı ile incelenmiştir. Bilahare pomza agragası kullanılarak 48 seri harç karışımı hazırlanmış, en iyi basınç dayanımına ve yayılma çapına sahip karışımlar yüksek sıcaklık ve sülfat saldırısı deneyleri için seçilmiştir. Harç numunelerinin yüksek sıcaklık direnci basınç deneyi, ultra ses hızı ölçümü, taramalı elektron mikroskobu, fourier dönüşümlü kızılötesi ve x-ışını difraktometresi analizleri yapılarak incelenmiştir Sülfat çözeltilerine maruz bırakılan numunelerin sülfat direnci görsel muayene, basınç dayanımında ve ağırlıkta meydana gelen değişimlerinin ölçülmesinin yanı sıra fourier dönüşümlü kızılötesi analizi ile araştırılmıştır. Hafif ağırlıklı agrega kullanılarak üretilen alkali-aktif harç 240 mm yayılma çapına erişmiştir. 1000 °C sıcaklığa maruz bırakılan numunelerde bile dökülme meydana gelmediği görülmüştür. 800 °C sıcaklığa kıyasla 1000 °C sıcaklıktan sonra numunelerin dayanımında artış meydana gelmiştir. Dış görünümde meydana gelen değişimlere paralel olarak MgSO4 çözeltisinde altı ay bekletilen numunelerin dayanımı önemli ölçüde azalırken aynı süre boyunca Na2SO4 çözeltisinde bekletilen numunelerin dayanımı % 21.4 ile %37 arasında değişen değerlerde artmıştır. Yüksek sıcaklık direncinde olduğu gibi bağlayıcı olarak tamamen cüruftan oluşan numunelerin sülfat direnci Portland çimento ikameli emsallerine kıyasla daha yüksek olmuştur.

Abstract:
Portland cement, which has been used as an unrivaled binder material since its development is responsible for 8% of CO2 emissions from human activities. Alkali-activated materials based on the principle of activating aluminosilicate-based materials by means of alkali activators are a binder developed for environmental gains in the construction industry. The production of mortars/concrete having different properties with alkali-activated materials may eliminate the concerns about the use of these materials in the construction industry. Firstly, the effects of Na2SiO3/NaOH ratio, Portland cement replacement ratio and curing temperature on the compressive strength were investigated with 34 series of paste mixes produced. 48 series of mortar mixtures were produced using pumice aggregate. Mixtures having best compressive strength and flow diameter were determined. The mixtures determined were reproduced for high temperature and sulfate attack tests. The high temperature resistance of the mortar specimens was investigated by compressive strength test, UPV measurement, scanning electron microscop, fourier-transform infrared spectroscopy and X-ray diffraction analysises. Sulfate resistance of the mixtures, on the other hand, was investigated by performing fouriertransform infrared spectroscopy analysis as well as compressive strength test, weight change measurement and visual inspection of the specimens immersed in 5% concentrated Na2SO4 and MgSO4 solutions. In this study the alkali-activated mortar produced using light-weight aggregate reached a flow diameter of 240 mm. It was observed that there was no spalling occurred even in the specimens exposed to 1000 °C. There was an increase in the strength of the specimens after 1000 °C temperature exposure compared to 800 °C temperature exposure. In accordance with the changes in the visual appearance, the strength of the specimens immersed in MgSO4 solution decreased significantly at the end of six months, while the strength of the specimens immersed in Na2SO4 solution for the same period increased by values ranging from 21.4% to 37%. The sulfate resistance of the specimens, which consisted entirely of slag as binder, was higher than their Portland cement substituted counterparts, as was the high temperature resistance.