Hibrit yüksek fırın cürufu ve toz perlit bağlayıcılı hafif geopolimer kompozitlerde manyetize suyun etkisi
Effect of magnetized water on hybrid blast furnace slag and light geopolymer composites with powder perlite binding
Yazar: SERDAR KORKMAZ
Danışman: PROF. DR. İLHAMİ DEMİR
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Geopolimer teknoloji = Geopolymer technology ; Geopolimerler = Geopolymers ; Lifli kompozitler = Fiber composites ; Polimer kompozitler = Polymer composites

Özet:
İnşaat sektörünün son otuz yılda yaklaşık üç kat büyüdüğü araştırmacılar tarafından ortaya konmaktadır. İnşaat sektöründe en çok kullanılan malzemelerden biri olan betonun bileşenlerinden en önemlisi çimentodur. Çimento üretimi sırasında kil ve kireçtaşı yaklaşık 1500 ℃ sıcaklığında işlem görür. Bu işlemler sırasında ortaya çıkan çimento üretimi kaynaklı CO2 emisyonu küresel CO2 emisyonu toplamının %5-%7' sini oluşturmaktadır. Bu nedenle çimento üretiminin sürdürülebilirlik açısından değerlendirilmesi, alternatif malzeme ve alternatif üretim teknikleri geliştirmenin önemi büyüktür.  Günümüzde geopolimer üretimi çimentoya alternatif bağlayıcılardan biri olarak görülmektedir. 
Bu çalışmada endüstri atıkları ve doğadan temin edilebilen malzemeler kullanılarak CO2 emisyonu düşük, ekonomik, ısı ve ses yalıtımı özellikleri olan, işlenebilirlik ve mekanik özellikleri standartlara uygun geopolimer ve hafif geopolimer kompozit üretilmesi amaçlanmıştır. Isı kürü uygulaması ile kısa sürede yüksek mekanik dayanım sağlayan geopolimer kompozit üretimi için gerekli olan optimum koşullar belirlenmiştir. Isı kürü koşulu için optimum molarite, optimum kür süresi ve optimum kür sıcaklığı belirlenerek yüksek fırın cürufu yerine ham perlit tozu ikamesinin mekanik özelliklere ve mikro yapı özelliklerine etkileri açıklanmıştır. Ortam kürü koşulu için optimum molarite, kür süresinin mekanik özelliklere etkisi, yüksek fırın cürufu yerine ham perlit tozu ikamesinin etkileri, manyetize suyun ve polipropilen lif kullanımının mekanik ve mikro yapı özelliklerine etkileri açıklanmıştır. 
Geopolimer kompozitler ısı kürü ve ortam kürü olmak üzere iki farklı kür ortamında üretilmiştir. Geopolimer kompozitlerde en yüksek basınç dayanımı değerleri 14 molaritede 24 saat boyunca 110 ℃ ısı küründe olgunlaştırılan örneklerden elde edilmiştir. Isı küründe olgunlaştırılan geopolimer kompozitlerde ham perlit tozunun %10 ikame edilerek bağlayıcı malzeme olarak kullanılabileceği tespit edilmiştir. 20-23 ℃ ortam kürü uygulanan geopolimer kompozitlerde en yüksek basınç dayanımı değerleri 6 molarite ile üretilen örneklerden elde edilmiştir.
Manyetize su kullanımı CEN standart kum içeren geopolimer kompozitlerin basınç dayanımlarına 7 ve 28 günlük ortam kürü koşulunda (20-23 ℃) sırasıyla %20 ve %40 oranları üzerinde artış sağlamıştır. Manyetize su kullanımı genleştirilmiş perlit agregası içeren geopolimer kompozitlerin basınç dayanımlarında aynı oranlarda artış etkisi göstermemiştir. Bu durum manyetize su kullanımının CEN standart kum içeren geopolimer kompozitlerde matris yapısını güçlendirmesinden ve genleştirilmiş perlit agregasının matris yapısında en zayıf halka olmasından kaynaklanmaktadır.
Geopolimer kompozitlerde polipropilen lif kullanımının mekanik özelliklere olumlu etki ettiği ve geopolimer kompozitlerde harçla uyumlu bir çalışma gösterdiği belirlenmiştir. Polipropilen lif kullanımının 7 ve 28 gün ortam kürü koşulunda olgunlaştırılan genleştirilmiş perlit agregası içeren geopolimer kompozitlerin mekanik özelliklerine %6-%18 aralığında, aynı koşullarda olgunlaştırılan CEN standart kum içeren geopolimer kompozitlerin mekanik özelliklerine ise %22-%31 aralığında olumlu etki sağladığı tespit edilmiştir.
Geopolimer kompozit plakaların birim hacim ağırlıkları ile ısıl iletkenlik katsayıları ve geopolimer kompozit plakaların basınç dayanımı ile ısıl iletkenlik katsayıları arasında %85 oranı üzerinde güçlü bir ilişki olduğu ortaya konmuştur. En iyi ısıl iletkenlik özellikleri ham perlit tozu ikamesi olmadan manyetize su kullanılarak üretilen genleştirilmiş perlit agregalı ve polipropilen lif içeren LG-H0-MS kodlu seriden elde edilmiştir. Karışım süresi kısaltılarak aynı seri tekrar üretildiğinde geopolimer kompozit plakada boşluk miktarının arttığı buna bağlı olarak ısıl iletkenlik özelliklerinin olumlu etkilendiği, basınç dayanımının ise azalma gösterdiği tespit edilmiştir.
Sonuç olarak manyetize su kullanımı geopolimer kompozitlerde matris yapısına olumlu etki etmiş ve geopolimer kompozit mekanik özelliklerini iyileştirmiştir.

Abstract:
It is revealed by researchers that the construction sector has grown approximately three times in the last thirty years. The most important component of concrete, one of the most widely used materials in the construction industry, is cement. During cement production, clay and limestone are processed at a temperature of about 1500℃. The CO2 emissions from cement production during these processes constitute 5%-7% of the global CO2 emissions. Therefore, it is important to evaluate cement production in terms of sustainability and to develop alternative materials and alternative production techniques.  Today, geopolymer production is seen as one of the alternative binders to cement. 
In this study, it is aimed to produce geopolymer and lightweight geopolymer composites with low CO2 emission, economical, heat and sound insulation properties, processability and mechanical properties in accordance with the standards by using industrial wastes and materials available from nature. The optimum conditions required for the production of geopolymer composites that provide high mechanical strength in a short time with heat curing application were determined. The optimum molarity, optimum curing time and optimum curing temperature for the heat cure curing condition were determined and the effects of raw perlite powder substitution instead of blast furnace slag on mechanical properties and microstructure properties were explained. The optimum molarity for ambient curing condition, the effect of curing time on mechanical properties, the effects of raw perlite powder substitution instead of blast furnace slag, the effects of magnetized water and polypropylene fiber use on mechanical and microstructure properties were explained. 
Geopolymer composites were produced in two different curing environments: heat curing and ambient curing. The highest compressive strength values of geopolymer composites were obtained from samples matured in 110 ℃ heat curing for 24 hours at 14 molarity. It was determined that raw perlite powder can be used as a binder material with 10% substitution in geopolymer composites matured in heat curing. The highest compressive strength values in geopolymer composites subjected to 20-23 ℃ ambient curing were obtained from samples produced with 6 molarity.
The use of magnetized water increased the compressive strength of geopolymer composites containing CEN standard sand by more than 20% and 40% at 7 and 28 days ambient curing condition (20-23℃), respectively. The use of magnetized water did not increase the compressive strength of geopolymer composites containing expanded perlite aggregate at the same rates. This is due to the fact that the use of magnetized water strengthens the matrix structure in geopolymer composites containing CEN standard sand and expanded perlite aggregate is the weakest link in the matrix structure.
It was determined that the use of polypropylene fiber in geopolymer composites had a positive effect on mechanical properties and showed a compatible operation with mortar in geopolymer composites. It was determined that the use of polypropylene fiber had a positive effect on the mechanical properties of geopolymer composites containing expanded perlite aggregate matured under 7 and 28 days ambient curing conditions in the range of 6%-18%, and on the mechanical properties of geopolymer composites containing CEN standard sand matured under the same conditions in the range of 22%-31%.
It was revealed that there is a strong correlation between the unit volume weights and thermal conductivity coefficients of geopolymer composite plates and between the compressive strength and thermal conductivity coefficients of geopolymer composite plates above 85%. The best thermal conductivity properties were obtained from the series coded LG-H0-MS with expanded perlite aggregate and polypropylene fibers produced using magnetized water without raw perlite powder substitution. When the mixing time was shortened and the same series was produced again, it was determined that the amount of void space in the geopolymer composite plate increased and accordingly the thermal conductivity properties were positively affected, while the compressive strength decreased.
As a result, the use of magnetized water had a positive effect on the matrix structure of geopolymer composites and improved the mechanical properties of geopolymer composites.