Influence of Potential Modifiers on Sodium Carbonate Activated Slag: Early Age Characterization, Microstructural Evolution and Performance
Potansiyel i̇yileştirici malzemelerin sodyum karbonat ile aktive edilmiş cürufun özelliklerine etkisi: erken yaş karakterizasyonu, i̇çyapi gelişimi ve performansi
- Tez No: 604465
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET BEŞER KIZILKANAT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Yapı Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 2012
Özet
Günümüz çevresel sorunları dikkate alındığında, yapı malzemeleri üretimi minimum enerji tüketimi esas alınarak tasarlanmalı ve uygulanmalıdır. Çimento üretiminin neden olduğu yüksek miktardaki enerji tüketimi ve CO2 emisyonu (5-8%) düşünüldüğünde, daha sürdürülebilir bir yapı malzemesi üretimi ihtiyacı ve önemi giderek artmaktadır. Alkalilerle aktive edilmiş malzemelerin (AAM) üretiminde reaktif silis ve alumin içeren cüruf, uçucu kül gibi endüstriyel atık veya yan ürünlerin ve/veya doğal puzolanların bağlayıcı olarak kullanılması nedeniyle, AAM'ler Portland çimentolu sistemlere göre daha çevre dostu olarak nitelendirilebilirler. Kullanılan bağlayıcı malzemenin inceliği, kimyasal kompozisyonu, aktivatör tipi ve konsantrasyonu ile karıştırma yöntemi ve kür koşulları AAM'lerin özelliklerini belirleyen ana parametrelerdir. pH değerini arttırması ve bağlayıcı malzemenin çözünmesini kolaylaştırması nedeniyle, alkali aktivasyonda genellikle sodyum/potasyum hidroksitler ve sodyum silikatler aktivatör olarak kullanılmaktadır. Ancak bu malzemeler, hızlı priz, yüksek kuruma rötresi ve mikro çatlak oluşumu gibi problemlere neden olabilmektedir. Ayrıca, yüksek üretim maliyeti ve yakıcı yapıları bu malzemeleri daha az tercih edilir kılmaktadır. Bu nedenle, bu çalışmada ana aktivatör olarak doğal yolla da elde edilebilen sodyum karbonatın (NC) kullanılması amaçlanmıştır. NC'nin, çevre dostu, ekonomik ve diğer sentetik alkali hidroksit ve silikatlere göre daha az zararlı olması dikkat çekmektedir. Bununla birlikte, Türkiye'nin dünyada ikinci en büyük NC rezervlerine sahip olması NC'nin bu amaçla kullanılabilme potansiyelini arttırmaktadır. Ancak, uzun priz süresi ve geciken dayanım gelişimi NC ile aktive edilen sistemlerin ana sorunlarıdır. Bu çalışmada, olumsuz yönleri ortadan kaldırılarak cürufun NC ile aktive edilmesi ile oluşturulan, sürdürülebilir, uygulamada kullanılabilir ve durabilitesi yüksek çimentosuz bir yapı malzemesi üretimi amaçlanmıştır. Çalışmanın birinci aşamasında, NC ile aktive edilen cürufun reaksiyon mekanizmasını sodyum hidroksit (NH), kalsiyum hidroksit (CH) gibi potansiyel iyileştiriciler kullanarak hızlandırmaya odaklanılmıştır. Birlikte çalışma potansiyeli olan bu iyileştirici malzemelerin NC ile aktive edilmiş cüruf karışımlarına katkısı araştırılmıştır. Priz süresi, akma dayanımı, plastik viskozite gibi taze hal özellikleri belirlenmiştir. Karışımların dayanım gelişimi ve hidratasyon süreci, faz dönüşümü ve FTIR, X ışını kırınımı gibi faz belirleme teknikleri ve termogravimetrik analiz gibi kantitatif yöntemler kullanılarak belirlenen içyapı özelliklerindeki gelişim ile açıklanmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında normal ve lif takviyeli NC ile aktive edilmiş cüruf harç karışımlarının kırılma davranışı iki parametreli kırılma tokluğu, kırılma enerjisi ve gevreklik indeksi ile incelenmiştir. Ayrıca, karışımların kuruma rötresi, su ve klorür iyonu geçirimliliği de araştırılmıştır. Son olarak, tüm deney sonuçları istatistiksel olarak analiz edilmiş ve çok amaçlı hedefler için optimum karışım oranları belirlenmiştir. Çalışmadan elde edilen sonuçlar birkaç ana fikri işaret etmektedir: (i) İstenilen priz süresini sağlamada potansiyel iyileştirici olarak CH ve NH'ın kullanılabileceği, (ii) İyileştirici malzemelerin mekanik özellikleri geliştirdiği, (iii) İyileştici malzemelerin kullanılması ile, özellikle CH kullanımı, NC ile aktive edilmiş cüruf karışımlarında düşük su ve klorür iyonu geçirimliliğinin elde edilebileceği, (iv) CH ve NH'ın birlikte kullanılması ile dayanım, boşluk yapısı, kuruma rötresi ve permeabilitenin yüksek miktarda geliştiği görülmüştür. Bu çalışmadan elde edilen sonuçların, bu yeni bağlayıcı sistemler ile ilgili henüz çalışılmayan konular hakkında bilgi vereceği düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
In view of today's environmental issues, the production process of construction materials must be designed and applied on the basis of minimum energy consumption. Considering the large amount of energy consumption and CO2 emissions (5-8%) caused by cement production, the necessity and importance of more sustainable material production have been increased over time. Alkali activated materials (AAMs) can be regarded as more environmental-friendly systems than ordinary Portland cement-based systems, since industrial wastes or byproducts such as slag, fly ash and/or natural pozzolanas that contain reactive silica and alumina have been used as raw materials in AAM production. Fineness and chemical composition of the precursor, type and concentration of the alkali activator, mixing procedure, and curing conditions are the main parameters affecting the characteristics of AAMs. The most common activators used in alkali activation are sodium/potassium hydroxides and sodium silicate as they have the dual effect of raising the pH and facilitating the dissolution of raw material. However, use of these activators may cause rapid setting, high drying shrinkage, and micro-cracking issues in practice. Moreover, high production costs and caustic nature make them less preferable. Therefore, in this study, it is aimed to use the naturally available sodium carbonate (NC) as main activator. NC is gaining attention as it is cost-effective, eco-friendly, and less harmful alternative to synthetic alkali hydroxides and silicates. Moreover, Turkey has the second largest NC reserves which increase the potential to use within this concept. However, prolonged setting time and delayed strength development are the main drawbacks of NC-activated systems. The aim of the current study is to produce a sustainable, applicable, and durable cementless construction material by utilizing slag and NC by overcoming the main drawbacks of NC. The first phase of the work focuses on accelerating the reaction mechanism of NC-activated slag (NCAS) by incorporating potential modifiers such as sodium hydroxide (NH) and calcium hydroxide (CH). The nature of the potential synergistic benefit of the modifiers is explored. The fresh-state characteristics such as setting time, yield stress, and plastic viscosity were determined. Strength development and the progress of hydration of the mixes are explained with the phase transformation and development of microstructural features through quantitative techniques such as thermogravimetric analysis and phase-identification techniques such as FTIR, and X-ray diffraction. The second phase of the work investigates the fracture response of plain and fiber-reinforced NCAS mortars through the double-K fracture toughness, fracture energy, and brittleness index. Moreover, drying shrinkage, water and chloride ion permeability of NCAS mixes are also investigated. Finally, all test results are statistically analysed and the optimum mixing proportions are obtained considering the desired multi-objective aims. The results of this work indicate several key ideas: • CH and NH can be potential modifiers for achieving the desired setting time, • Mechanical properties are improved with the incorporation of the modifiers, • Low water and chloride ion permeability can be obtained for NCAS with the presence of the modifiers, especially CH, • A substantial improvement is observed in terms of strength, pore structure, drying shrinkage and permeability in case of the incorporation of CH along with NH. It is anticipated that the results obtained from this study will provide as yet unknown details on these novel binding systems.
Benzer Tezler
- Modification of polysulfones by ring opening polymerization processes
Halka açılması polimerizasyonu prosesiyle polisülfonlar?ın modifikasyonu
ŞAHİN ATEŞ
- Biyotelemetri sistemi
Biotelemetry systems
SÜLEYMAN ÖZKAPTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. MEHMET KORÜREK
- Potansiyel anti-alzheimer 1,4-dihidropiridin türevleri üzerinde sentez ve biyoaktivite çalışmaları
Synthesis and anti-alzheimer activity studies of potential 1,4-dihydropyridine derivatives
SÜLÜNAY PARLAR
