Alüminotermit kaynak atığı katkılı çimento esaslı ağır kompozit malzemelerin radyasyon zırhlama özelliklerinin araştırılması
Investigation of the radiation shielding properties of cement-based heavy composite materials incorporating aluminothermite welding slag
- Tez No: 1004324
- Danışmanlar: PROF. DR. NABİ YÜZER, DR. BURCU DİNÇ ŞENGÖNÜL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Nükleer, tıbbi ve koruyucu altyapılarda radyasyon zırhlama malzemelerine yönelik artan talep, geleneksel ağır agrega türlerine sürdürülebilir alternatiflere olan ilgiyi artırmıştır. Bu çalışma, 2200–3000 °C sıcaklık aralığında oluşan, yoğun ve oksit açısından zengin bir endüstriyel yan ürün olan alüminotermit kaynak cürufunun (AWS), yüksek performanslı betonlarda (HPC) ağır agrega olarak değerlendirilmesini incelemektedir. Çalışma kapsamında, su/bağlayıcı oranı 0,18 sabit tutulmak üzere, %0–100 AWS içeren altı farklı beton karışımı hazırlanmış; lif içermeyen ve %0,6 hacim oranında çelik lif içeren seriler birlikte ele alınmıştır. Betonların mekanik performansı, kırılma davranışı, mikroyapısı, kılcal su emme özellikleri ile gama ve nötron radyasyon zırhlama performansları sistematik olarak değerlendirilmiştir. Tam ikame oranına sahip karışım (ALM100), 2624 kg/m³ etüv kurusu birim ağırlığa ve 117 MPa 28 günlük basınç dayanımına ulaşmış olup, bu değer çelik lifli referans karışıma kıyasla yaklaşık %12,5'lik bir artışa karşılık gelmektedir. Eğilme dayanımı ve kırılma enerjisi sırasıyla 16 MPa ve 1205 N/m seviyelerine yükselmiş; bu durum çatlak sonrası sünekliğin belirgin biçimde iyileştiğini göstermiştir. 0,662 MeV enerjili Cs-137 kaynağı kullanılarak gerçekleştirilen gama ışını zırhlama deneylerinde, doğrusal zayıflatma katsayısının referans karışımda 0,139 cm⁻¹ iken ALM100 karışımında 0,167 cm⁻¹'e yükseldiği ve buna paralel olarak yarı değer tabakası (HVL) ile onda bir değer tabakası (TVL) kalınlıklarının azaldığı belirlenmiştir. AWS oranının artmasıyla birlikte nötron zayıflatma performansında da iyileşme gözlenmiştir. SEM–EDS analizleri, matris yoğunlaşmasını ve mekanik performans ile radyasyon zayıflatma kapasitesinden sorumlu olan Fe–Al–Mn oksitçe zengin kümelerin oluşumunu doğrulamıştır. Beşikten kapıya (cradle-to-gate) CO₂ değerlendirmesi, AWS esaslı ağır betonların, barit, manyetit ve hematit esaslı geleneksel ağır betonlara kıyasla yaklaşık %21–29 daha düşük gömülü karbon ayak izine sahip olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, Eko-Dayanım Verimliliği (Eco-Strength Efficiency, ESE) analizi, AWS-HPC karışımlarının birim gömülü karbon başına en yüksek mekanik performansı sağladığını göstermiştir. Sonuç olarak, elde edilen bulgular, AWS'nin yapısal ve radyasyon zırhlama amaçlı çok işlevli ağır betonların üretiminde teknik açıdan uygulanabilir ve çevresel açıdan verimli bir agrega olduğunu doğrulamaktadır.
Özet (Çeviri)
The growing demand for radiation-shielding materials in nuclear, medical, and protective infrastructures has intensified interest in sustainable alternatives to conventional heavyweight aggregates. This study investigates the valorization of aluminothermite welding slag (AWS), a dense oxide-rich industrial by-product generated at 2200–3000 °C, as a heavyweight aggregate in high-performance concrete (HPC). Six concrete mixtures incorporating 0–100 % AWS were produced at a constant water-to-binder ratio of 0,18, including both fiber-free and steel-fiber reinforced (0,6 vol %) series. Mechanical performance, fracture behavior, microstructure, capillary water absorption, and gamma and neutron radiation shielding performance were systematically evaluated. The full-replacement mixture (ALM100) achieved an oven-dry density of 2624 kg/m³ and a 28-day compressive strength of 117 MPa, representing a 12,5 % increase compared to the fiber reinforced reference. Flexural strength and fracture energy increased to 16 MPa and 1205 N/m, respectively, indicating enhanced post-cracking ductility. Gamma-ray shielding tests using a 0,662 MeV Cs-137 source showed that the linear attenuation coefficient increased from 0,139 cm⁻¹ (REF) to 0,167 cm⁻¹ (ALM100), accompanied by reduced half- and tenth-value layers. Neutron attenuation also improved with increasing AWS content. SEM–EDS analyses confirmed matrix densification and the formation of Fe–Al–Mn oxide-rich clusters responsible for both mechanical enhancement and radiation attenuation. A cradle-to-gate CO₂ assessment revealed that AWS-based heavyweight concrete exhibits approximately 21–29 % lower embodied carbon than conventional barite-, magnetite-, and hematite-based concretes. Furthermore, an Eco-Strength Efficiency (ESE) analysis demonstrated that the AWS-HPC achieved the highest mechanical performance per unit of embodied carbon among the investigated mixtures. Overall, the results confirm that AWS is a technically viable and environmentally efficient aggregate for producing multifunctional heavyweight concretes for structural and radiation shielding applications.
Benzer Tezler
- Demiryollarında aluminotermit kaynak ile yakma alın kaynak yöntemlerinin teknik ve ekonomik yönden karşılaştırılması
Technical and economical comparison of flash-butt and aluminothermic welding methods in railways
MUSTAFA ONAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Metalurji MühendisliğiBahçeşehir ÜniversitesiUlaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. VEYSEL ARLI
- Demiryollarında kullanılan ray kaynak yöntemlerinden yakma alın ve alüminotermit kaynak yöntemlerinin mekanik özelliklerinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of mechanical features of rail welding methods as flash butt welding and aluminothermit welding used for railways
SERDAR KAHRAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiNiğde Ömer Halisdemir ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YÜKSEL KAPLAN
- Demiryollarında ray birleştirme yöntemlerinin incelenmesi, alüminotermit ve yakma alın kaynak yöntemlerinin karşılaştırılması
Investigation of rail joining methods, comparison of aluminothermic and flash-butt welding methods in railways
FATİH ÖZKUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZÜBEYDE ÖZTÜRK
- Raylı sistemlerde kullanılan alüminotermit kaynağının kalitesinin arttırılması
Improving the quality of aluminothermitc rail welding
KENAN BAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKİ ÇİZMECİOĞLU
- Process design optimization for the post-weld controlled accelerated cooling of r350ht head hardened rail joints
Mantarı sertleştirilmiş ray kaynaklarının kaynak sonrası kontrollü hızlı soğutulması için proses tasarımı eniyileştirilmesi
NIZAR J. SASI ABD. RAMADAN
Doktora
İngilizce
2018
Metalurji MühendisliğiAtılım ÜniversitesiMühendislik Sistemlerinin Modellenmesi ve Tasarımı Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KAZIM TUR
YRD. DOÇ. DR. ERKAN KONCA