Nanomalzeme içeren metakaolin ve uçucu kül tabanlı 3B yazıcı ile üretilen geopolimer harçların mekanik ve durabilite özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical and durability properties of geopolymer mortars produced with a 3D printer based on metakaolin and fly ash containing nanomaterial
Yazar: MAKSUT SELOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET EMİN ÖNCÜ ; PROF. DR. HARUN TANYILDIZI
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Çok büyük özgül yüzey alanına sahip olan ve kimyasal aktiviteleri oldukça yüksek olan nano boyutlu malzemeler, çok az miktarda bile geopolimer harçlara eklendiklerinde mekanik dayanım ve durabilite özelliklerinin geliştirilmesine katkı sağlamaktadırlar. Bu doktora tez çalışmasında, farklı nanomalzemeler içeren 3B yazıcı ile üretilen geopolimer harçların mekanik dayanım ve donma-çözülme durabilite özellikleri araştırılmıştır. Kompozitlerde bağlayıcı olarak metakaolin (MK) ve uçucu kül (UK)  kullanılmıştır. Alkali aktivatör olarak sodyum metasilikat (Na2SiO3) ve sodyum hidroksit çözeltisi (NaOH) kullanılmıştır. Tezde nanomalzemeler olarak çok duvarlı karbon nanotüp (MW-CNT) ve nano-SiO2 (NS) kullanılmıştır. Nanomalzeme içermeyen geopolimer harç numuneleri kontrol numuneleri olarak belirlenmiş ve 3B yazıcı ile ağırlıkça %0.25, %0.5 ve %0.75 oranlarda MW-CNT ve NS içeren geopolimer harç numuneleri üretilmiştir. Üretilmiş olan tüm numuneler 7, 28 ve 90 gün boyunca 20±2 °C laboratuvar koşullarında kür edilmiştir. Kürü tamamlanan 3B yazıcı ile üretilen geopolimer harç numuneleri, mekanik dayanım testlerine tabi tutulmuştur. Nanomalzeme içeren bütün 3B yazıcı ile üretilen geopolimer harç numunelerinin mekanik dayanımı test sonuçları kontrol numunelerine göre artış göstermiştir. En yüksek mekanik dayanım NS içeren 3B yazıcı ile üretilen geopolimer harç numunelerinden elde edilmiştir. Bu numuneleri MW-CNT içeren geopolimer harç numuneleri takip etmiştir. Ayrıca 20±2 °C laboratuvar koşullarında 28 gün kür edilmiş tüm numuneler, TS EN 15177 standartına göre donma-çözülme durabilitesine maruz bırakılmıştır. 3B yazıcı ile üretilen geopolimer harç numunelerinin donma-çözülme durabilitesine maruz bırakılmadan önceki ve maruz bırakıldıktan sonraki mekanik özellikleri de karşılaştırılmıştır. Donma-çözülme durabilitesi sonrası en yüksek mekanik dayanım NS içeren geopolimer harç numunelerinden elde edilmiş ve numune %97.26 dayanımını korumuştur. Bu numuneleri MW-CNT içeren 3B yazıcı ile üretilen geopolimer harç numuneleri takip etmiştir.

Abstract:
Nano-sized materials, which have a very large specific surface area and have very high chemical activities, contribute to the improvement of mechanical strength and durability properties when added to geopolymer mortars even in small amounts. This Ph.D. thesis study investigated the mechanical strength and freeze-thaw durability properties of geopolymer mortars produced with a 3D printer containing different nanomaterials. Metakaolin (MK) and fly ash (FA) were used as binders in the composites. Sodium metasilicate (Na2SiO3) and sodium hydroxide solution (NaOH, 12 M.) were used as alkali activators. Multi-walled carbon nanotube (MW-CNT), and nano-SiO2 (NS) were used as nanomaterials in the thesis. Geopolymer mortar samples without nanomaterials were determined as control samples and 3D-printed geopolymer mortar samples containing 0.25%, 0.5%, and 0.75% MW-CNT, and NS were produced. All produced samples were cured at 20±2 °C laboratory conditions for 7, 28, and 90 days. The cured 3D-printed geopolymer mortar samples were subjected to mechanical strength tests. The mechanical strength test results of all 3D-printed geopolymer mortar samples containing nanomaterials showed an increase compared to the control samples. The highest mechanical strength was obtained from 3D-printed geopolymer mortar samples containing NS. These samples were followed by geopolymer mortar samples containing MW-CNT. In addition, all samples cured at 20±2 °C laboratory conditions for 28 days were exposed to freeze-thaw durability according to TS EN 15177 standard. The mechanical properties of geopolymer mortar samples produced with a 3D printer before and after exposure to freeze-thaw durability were also compared. The highest mechanical strength after freeze-thaw durability was obtained from geopolymer mortar samples containing NS and the sample preserved its strength of 97.26%. These samples were followed by geopolymer mortar samples produced with a 3D printer containing MW-CNT.