Study of the engineering properties of fiber-reinforced ceramic powder and slag-based geopolymer mortar produced with recycled concrete aggregates
Geri dönüştürülmüş beton agregaları ile üretilen lif takviyeli seramik tozu ve cüruf esaslı geopolimer harcının mühendislik özelliklerinin araştırılması
- Tez No: 865084
- Danışmanlar: PROF. DR. ORHAN CANPOLAT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Cüruf, Geopolimerler, Lifler, Seramik tozları, Yeniden kazanma, Slag, Geopolymers, Fibers, Ceramic powders, Recycling
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, Portland çimentosu içermeyen geopolimer harçlar geliştirerek inşaat malzemelerinin sürdürülebilirliğini artırmayı amaçlamaktadır. Araştırma, karbon dioksit emisyonlarını azaltma, geri dönüştürülmüş beton agregası (GBA) kullanarak inşaat atıklarını minimize etme ve yüksek fırın cürufu (YFG) ile seramik atık tozu (SAT) gibi endüstriyel atıkları bağlayıcı malzemeler olarak kullanma stratejileri ile önemli çevresel sorunların üstesinden gelmeyi hedeflemektedir. Araştırmanın birincil hedef noktası, farklı hacim oranlarına sahip (%0,4, %0,8 ve %1,2) bazalt lifleri (BE), polipropilen lifleri (PP) ve polietilen tereftalat lifleri (PET) gibi çeşitli lif türlerinin harçlara eklenmesidir. Lifler ile harçların mühendislik özelliklerini geliştirmeyi ve böylece daha geniş sürdürülebilir inşaat uygulamalarına katkıda bulunmayı hedefler. Çalışma çeşitli lifler içeren geopolimer harçların mühendislik özellikleri üzerindeki etkilerini detaylandırılmıştır. Liflerin eklenmesi, birim ağırlığın azalmasına, gözenekliliğin ve su emiliminin artmasına neden olurken, basınç dayanımında da hafif iyileşmeler sağlamıştır; PP liflerinde %18,62, PET liflerinde %12,31 ve BE liflerinde %11,57 oranında iyileşme görülmüştür. Eğilme mukavemetinde de lif eklenmesiyle olumlu etkiler gözlemlenmiş, özellikle PET 0,4'te %58,10, BE 0,8'de %33,71 ve PP 1,2'de %17,69 iyileşme sağlanmıştır. Ultrasonik ses dalgası yayılımı analizi, PP ve PET lifleri içeren karışımlarda sınırlı iyileşmelerle birlikte olumsuz etkiler göstermiştir. Aşınma direnci açısından, özellikle PP 1.2 ve PET 1.2'de olumlu iyileşmeler görülürken, BE lifleri daha zayıf bir etki göstermiştir. Yüksek sıcaklık testlerinde BE lifleri 200 °C'de basınç dayanımında iyileşme gösterirken, PET lifleri tüm sıcaklık seviyelerinde tutarlı iyileştirmeler sergilemiştir. 200 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda ağırlık kaybı gözlemlenmiş ve donma-çözülme döngüleri, sadece PET lifi ile güçlendirilmiş karışımlarda sınırlı bir dirençle sonuçlanmıştır. Geopolimer harçların sülfat ataklarına karşı direnci incelendiğinde, BE ve PP lifleri ile güçlendirilmiş karışımların özellikle sodyum sülfata karşı kayda değer direnç gösterdiği görülmüştür. Magnezyum sülfatın etkisi, PP ile güçlendirilmiş karışımlarda önemli bir artışa neden olurken, sodyum sülfat tüm karışımlarda eğilme mukavemetinde bir azalmaya yol açmıştır. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDS) analizleri, liflerle güçlendirilmiş numunelerde, özellikle magnezyum sülfat etkisinden sonra, artan çatlak ve boşlukları ortaya çıkarmıştır. X-ışını Kırınımı (XRD) analizi, önemli yüksek kuvars oranlarını ile daha az belirgin kalsit oranlarını göstererek, GBA ve SAT'nin etkisini ortaya koymuştur. Fourier Dönüşümü Kızılötesi (FTIR) Spektroskopisi analizi, sülfat etkisi sonrasında geopolimer matrisindeki silikat bağlarındaki değişiklikleri göstermiştir. Sonuç olarak, bu çalışma sürdürülebilir ve dayanıklı inşaat malzemelerinin geliştirilmesine yönelik önemli bir katkı sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
This study emphasizes the commitment to sustainability in construction materials by developing cement-free geopolymer mortars. Through strategies like mitigating carbon dioxide emissions, reducing demolition wastes by incorporating recycled concrete aggregate (RCA), and employing industrial waste as substitute binding materials such as slag (GGBFS) and ceramic waste powder (CWP). The primary focus on integrating various fibers, namely basalt fibers (BF), polypropylene fibers (PPF), and polyethylene terephthalate fibers (PETF) with different volume proportions (0.4%, 0.8%, and 1.2%), offers valuable insights into enhancing the engineering properties of geopolymer mortars, thorough investigation into cement-free geopolymer mortars incorporating various fibers reveals diverse effects on their engineering properties. While the addition of fibers inversely impacts unit weight, exacerbates water absorption, and increases porosity. However, it achieved slight improvements in compressive strength, notably in PP fibers by 18.62%, PET fibers by 12.31%, and B fibers with an 11.57% improvement compared to the control mixture without fibers. Flexural strength positively impacts adding fibers, notably in PETF 0.4 by 58.10%, BF 0.8 by 33.71%, and PPF 1.2 by 17.69%, respectively. Ultrasonic Pulse Velocity analysis indicates limited improvements and adverse effects in PP and PET fiber mixtures. Abrasion resistance sees modest enhancements, primarily in PPF 1.2 and PETF 1.2, with BF demonstrating a weaker role. BF 0.4 exhibits the sole improvement in compressive strength at 200 °C at elevated temperatures, while PET fibers display consistent enhancements across all temperature levels. Weight loss is notable above 200 °C, and freeze-thaw cycles result in limited resistance, with only PET fiber-reinforced mixtures showing improvement. The geopolymer mortar demonstrates commendable resistance to sulfate attacks, particularly against sodium sulfate, with BF and PPF-reinforced mixes achieving noteworthy improvement ratios. Magnesium sulfate attacks result in marginal enhancement, particularly in PPF-reinforced mixes, while sodium sulfate attacks cause a decrease in flexural strength across all mixes. Scanning Electron Microscopy reveals increased cracks and voids in fiber-reinforced samples post-magnesium sulfate attack, and energy-dispersive X-ray Spectroscopy confirms the presence of various elements. X-ray Diffraction indicates significant peaks of quartz and less pronounced peaks of calcite, revealing the influence of RCA and CWP. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) highlights changes in silicate bonding within the geopolymer matrix post-sulfate attack. This study provides valuable insights for developing sustainable and durable construction materials.
Benzer Tezler
- S-allümina (Saffil) takviyeli ZA 12 esaslı kompozit malzemelerin infiltrasyon yöntemi ile üretim ve özelliklerinin incelenmesi
Production of saffil (S-AlzO3) fibre reinforced Zinc-Aluminum Alloy (ZA12) matrix composites using infiltration technique and study of their properties
SÜLEYMAN CAN KURNAZ
- Parçacık takviyeli karma malzemelerdeki artık gerilmelerin sonlu elemanlar yöntemiyle analizi
The finite elements analysis of the thermal residual stresses in the particulate reinforced metal matrix composites
ALİ CANSUN
- Metal infiltre edilmiş mikro poroz karbon kompozitlerin aşınma ve sürtünme davranışının karakterizasyonu
Başlık çevirisi yok
GÜLTEKİN GÖLLER
Doktora
Türkçe
1997
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN TEKİN
- Gaz enjeksiyon ve elementel karbon ilavesi yöntemleri ile tic takviyeli alüminyum matrisli kompozit üretimi
Başlık çevirisi yok
IŞIL ÇEVİKER KERTİ
Doktora
Türkçe
1998
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. H. ERMAN TULGAR
- Hidroksiapatit seramiklerinin mekanik özelliklerinin zirkonya ilavesiyle geliştirilmesi
İmproving of mechanical properties of hydroxyapatite ceramics with addition zirconia
ALPER OZAN KESKİN
- Kompozit malzemelerin kaplanabilirliğinin incelenmesi
The investigation of coating ability of the composite materials
YELDA AKÇİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Makine MühendisliğiUşak ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN ASİ