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
- Kısa cam elyaf ve kalsit dolgulu polipropilen hibrit kompozitlerin fiziksel ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Analysing mechanical and physical properties of short glass fiber and calcite reinforced polypropylene hybrid composites
OĞUZKAN ŞENTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM MEHMET PALABIYIK
- Farklı karbür fazı içeren partikül takviyeli al matrisli kompozitlerin toz metalurjisi yöntemiyle üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of various carbide particulate reinforced aluminium matrix composites produced by powder metallurgy method
RİFAT ONUR ÜLKÜSEVEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK ÖZKAL
- Optimization of fragmentation behaviour of brittle phase in a ductile matrix during mechanical alloying for the production of nano composite powders and final products
Mekanik alaşımlama sırasında gevrek fazın sünek matris içerisindeki ufalanma davranışlarının optimize edilmesi ve nano kompozit tozu nihai ürün üretimi
AYDIN ŞELTE
Doktora
İngilizce
2019
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK ÖZKAL
- SBS kompozit malzemenin ara yüzey etkileşim ve mekaniksel dayanım özelliklerinin incelenmesi
Researching interface interaction and mechanical resistance features of SBS composite material
CEYDA YILMAZ
- Oksit partikül takviyeli alüminyum alaşımlarının mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi
Improvement of the mechanical properties of oxide particle reinforced aluminum alloys
SALİH BİLAL ÇETİNKAL
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ACARER
DOÇ. DR. İLYAS ŞAVKLIYILDIZ