Engineering properties and microstructural analysis of a new developed geopolymer mortar
Yeni geliştirilen geopolimer harçların teknik özellikleri ve mikroyapı analizi
- Tez No: 517629
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ORHAN CANPOLAT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 154
Özet
Son zamanlarda, artan endüstrileşme eğilimi, küresel ısınmanın başlıca nedenlerinden biri olarak kabul edilmektedir. Bu durum esas olarak sera gazlarının salınımlarına dayanır, bu gazlar bazı ana metallerin ve malzemelerin bir ürünü olarak oluşur. Portland çimentosu üretimi, bu süreçlerden biridir ve üretim sonrası emisyonlar açısından sürdürülebilir ürünler arasında sınıflandırılmamıştır. Dünyadaki toplam CO2 salınımının yaklaşık %7'sini oluşturan çimento üretim süreci günümüzde çevreye en zararlı üretim sürecinden biri olarak sunulmaktadır. Bir ton çimento üretiminde yaklaşık bir ton CO2 açığa çıkar. Bu gaz salınımı, inşaat sektörüne olan kaçınılmaz ihtiyaç nedeniyle daima artacaktır. Bu gerçekler ışığında, araştırmacıların, dayanıklılık, uzun vadeli özellikler, çevreye zarar vermeyen ve ekonomik kullanım açısından uygun olan sürdürülebilir alternatifler üretme imkanının araştırılmasına neden olmuştur. Portland çimentosu atık malzemeler ve endüstriyel yan ürünlerle kısmi veya tam ikame edilerek pek çok araştırma gerçekleştirilmiştir, böylece çimentolu sistemle kıyaslanabilir bir bağlayıcı sistem elde edilmiştir. Bazı atık malzemeler ve endüstriyel yan ürünler, yukarıda belirtilen amaçlara ulaşmak için yararlı olan puzolanik özelliklere sahiptir. Pozzolanik reaktivite, iyi özelliklere ve önemli uygulama kolaylığına sahip bir bağlayıcı elde etmek için yararlıdır. İncelenen alternatif bağlayıcı maddeler arasında, jeopolimer, her yönüyle çimentolu sisteme tercih edilebileceği için ümit vaat eden bir bağlayıcı olarak sunulmuştur. Bu inorganik polimerler, mukavemet, uzun vadeli özellikler ve sürdürülebilirlik özellikleri açısından önemli bir gelişme göstermiştir. xiv Silika-alümina açısından zengin bir kaynak olan, jeopolimerlerin üretim sürecinde gerekli olan temel jeopolimer bağları, yani Si-O ve Al-O bağlarını oluşturmak için gerekli olan ana maddelerdir. Bu, daha önce sözü edilen puzolanik malzemelerin, bu işlemde kullanılacak en uygun malzemeler olduğu anlamına gelir. Daha sonra, ana malzeme olan kimyasal aktivatörlerle karıştırmak suretiyle oluşan bir alkalin ortamda yeniden aktive edilir. İnşaat sektöründe en reaktif puzolanlardan biri olan uçucu kül, sahip olduğu iyi bağlayıcı özelliklerinden dolayı jeopolimer üretiminde başarılı bir şekilde kullanılmaktadır, ayrıca kullanılabilirliği bu hususta teşvik edici bir faktördür. Bu araştırmada dolgu malzemeleri, kimyasal aktivatör dozajı, silis dumanıyla kısmi ikame ve liflerlerin nihai uçucu kül esaslı jeopolimer harçların performansına katılması gibi farklı parametrelerin etkisini değerlendirmek amacıyla bir araştırma yapılmıştır. Bu araştırmada yapılan testler; mukavemet özellikleri, fiziksel özellikler, aşınma direnci, tahribatsız ultra ses testi, donma-çözülme testi, rötre testi ve eğilmede tokluk testi. Ayrıca, jeopolimerik matrisin iç yapısını gözlemlemek ve doluluk derecesini belirlemek için bir mikroyapısal karakterizasyon, taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışını kırınımı (XRD) ve X-ışını mikro-CT tarama testleri bu amaçla gerçekleştirilmiştir. Araştırma sonuçlarına dayanarak, araştırma üç kısma ayrılmıştır. İlk aşamada, çeşitli dolgu mazlemeleri ve iki farklı aktivatör konsantrasyonunun etkisi araştırılmış, ikinci aşamada silis dumanının uçucu kül ile kısmi ikame edilerek kullanılmasının etkisi incelemiş, üçüncü aşamada ise matrisin davranışı liflerin dahil edilmesi ile araştırılmıştır. Tüm araştırma aşamalarında, sonuçlar çimentolu bir kontrol numunesi ile karşılaştırıldı. Genel olarak sonuçlar, jeopolimerin tüm özellikler açısından Portland çimentosuna aktif bir alternatif olduğu gerçeğini ortaya çıkarmış, üretilen matrisin bileşenleri arasındaki mikroyapısal bağ derecesi, çimentolu nümunelere kıyasla daha iyi özelliklere sahip olmuştur. Yapılan testlerin sonuçları, jeopolimer numunelerin üretilmesinin, üstün özelliklere ve uygulanabilir üretim sürecine sahip bir bağlayıcı sistemi olduğu sonucunu ortaya çıkarmıştır.
Özet (Çeviri)
Recently, the increasing trend of industries is considered one of the major reasons for global warming. This phenomenon is mainly based on the emissions of greenhouse gases, those gases are formed as a by-product of some main metals and materials. Portland cement production is one of those production processes and is not classified among the sustainable products in terms of emissions after production. While considered responsible for about 7% of the total CO2 emissions around the world, the process of producing cement is presented nowadays as one of the most environmentally harmful production processes. Producing one ton of cement emits almost one ton of CO2. This emission pattern is always prone to increase due to the inevitable need for construction works. These facts led the research community to investigate the possibility of manufacturing sustainable alternatives which are satisfactory in terms of strength, long-term properties, environmental feasibility and economical use. So many research attempts have been carried out in order to achieve a partial or a complete replacement to Portland cement with waste materials and industrial by-products, thus, acquiring a binding system which is comparable to the cementitious one. Some waste materials and industrial by-products possess pozzolanic properties which are used to achieve the aforementioned goals. Pozzolanic reactivity is used to obtain a binder with good properties and significant ease of application. Among the alternative binding matrices which were investigated, Geopolymers was presented as a promising binder since they were comparable to the cementitious system in all aspects. Those inorganic polymers have exhibited a significant improvement in terms of strength, long-term properties, and sustainability characteristics. xii A silica-alumina rich source is the main precursor which is required in the production process of geopolymers in order to form the main geopolymeric bonds, namely Si-O and Al-O bonds. This means that the previously mentioned pozzolanic materials are the most proper materials to be used in this process. the precursor is then reactivated in an alkaline medium which is formed by mixing the precursor with chemical activators. Fly ash, as one of the most reactive pozzolans in the construction section, has been used successfully in producing geopolymers due to the good properties that it has, also, its availability represents an encouraging factor in this concern In this research, an investigation will be made in order to evaluate the effect of different parameters such as filling materials, the dosage of chemical activator, partial replacement with silica fume and inclusion of fibers on the performance of the final produced fly ash based geopolymer mortars. The tests which were performed in this investigation were strength properties tests, physical aspects tests, abrasion resistance, non-destructive ultrasonic pulse velocity test, resistance to freeze-thaw cycles, drying shrinkage test and energy absorption rate. Also, a microstructural characterization was conducted in order to observe the internal composition of the geopolymeric matrix and identify the degree of compactness, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction and X-ray micro-CT scan tests were performed for this purpose. Based on the investigation parameters, the research was categorized into three parts. the first category investigated the effect of using various filling materials and two different activator concentrations, the second category studied the effect of using silica fume as a partial replacement with fly ash, whereas the third category evaluated the behavior of the matrix with the inclusion of fibers. In all of the studied categories, the results were compared were compared to a cementitious control sample. In general, the results revealed the fact that geopolymer was an active alternative to Portland cement in terms of all properties, the degree of microstructural bonding between the parts of the manufactured matrix resulted in better properties when compared to those of the cementitious sample. The results of the performed tests indicated that fabricating geopolymer samples results in a binding system with outstanding properties and applicable production process.
Benzer Tezler
- Influence of self healing on the mechanical properties of geopolymer binder composites
Kendiliğinden iyileşmenin jeopolimer bağlayıcılı kompozitlerin mekanik özellikleri üzerine etkileri
BEHLÜL FURKAN ÖZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
İnşaat MühendisliğiHacettepe Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN
- Kendiliğinden ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi ile W2FeB2 ve W2FeB2-Fe bazlı kompozitlerin üretimi ve malzeme karakterizasyonu
Synthesis of W2FeB2 and W2FeB2-Fe based composites by self-propagating high temperature synthesis and material characterization
ECE SOYLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVAT BORA DERİN
- Production and properties of alkali activated binders from industrial waste materials
Endüstriyel atıklardan alkali aktive edilmiş bağlayıcıların üretimi ve özellikleri
GÜLDEN ÇAĞIN ULUBEYLİ
Doktora
İngilizce
2022
Metalurji MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RECEP ARTIR
- Kompakt grafitli dökme demirde frezeleme işlemi sonrası kalıntı gerilmelerin incelenmesi ve kesme parametreleri için süreç optimizasyonu
Investigation of residual stresses induced by milling in compacted graphite iron and process optimization for cutting parameters
MEHMET EMRE KARA
Doktora
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAKKAL
- Tek duvarlı karbon nanotüp takviyeli ultra yüksek performanslı betonların özelliklerinin araştırılması
Investigation of the properties of single-walled carbon nanotube reinforced ultra high performance concretes.
MUHAMMET SEİS
Doktora
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiDüzce ÜniversitesiDisiplinlerarası Kompozit Malzeme Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERKAN SUBAŞI