Geri Dön

Effects of corn cob ash and rice husk ash usage in mortar productions

Harç üretiminde mısır koçanı ve pirinç kabuğu külleri kullanımının etkileri

PDF İndir

  1. Tez No: 886726
  2. Yazar: MOHAMAD SRORMALAH
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR EKİNCİOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 113

Özet

Beton, çimento, agrega, su ve katkı maddelerinin karışımıyla üretilen ve inşaatlar için önemli olan düşük maliyeti, yüksek dayanıklılığı ve çevresel koşullara direnci birarada sunan yaygın bir yapı malzemesidir. Bu özellikleri inşaat sektöründe betonu vazgeçilmez kılar. Hızlı nüfus artışı, artan enerji talepleri ve artan inşaat ihtiyaçları nedeniyle 2050 yılına kadar küresel beton talebinin yılda 18 milyar tonu bulması beklenmektedir. Bu artan talep, özellikle doğal kaynakların yoğun kullanımı ve çimento üretiminin neden olduğu büyük miktardaki karbondioksit emisyonları nedeniyle önemli çevresel endişeleri beraberinde getirir. Betonda temel bağlayıcı madde olan Portland çimentosu, üretim süreçleri ve nakliye kayanaklı olarak bu emisyonlara önemli ölçüde katkıda bulunur. Çimento endüstrisi, toplam antropojenik CO2 emisyonlarının yaklaşık %9'unu oluşturarak sera gazı emisyonlarının önemli bir kaynağıdır ve aynı zamanda hava kalitesini, su kaynaklarını ve toprak sağlığını da etkiler. Pozzolanlar, volkanik kül ve diatomlu toprak gibi doğal kaynaklardan elde edilen veya uçucu kül ve granüle yüksek fırın cürufu gibi endüstriyel yan ürünler olarak üretilen, beton üretiminde temel katkı maddeleri olarak hizmet verir. Çimentoyla pozolanik reaksiyonları aracılığıyla, bu malzemeler kalsiyum silikat hidrat (CSH) jelinin oluşumuna katkıda bulunarak betonun dayanıklılığını, mukavemetini ve işlenebilirliğini artırırlar. Puzolanlar Antik Roma mühendisliğinden modern sürdürülebilir inşaat uygulamalarına kadar beton performansını arttırmaya ve çevresel etki kaynaklı sorunları azaltmaya yönelik olarak kullanılmışlardır. Pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külü (CCA) gibi bitkisel kaynaklı atıkların betonda kullanılması çevresel etkileri azaltabilen sürdürülebilir bir yaklaşımdır. Pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külü (CCA) gibi tarımsal atıklar, pozolanik özellikleri, sürdürülebilirlikleri ve karbon emisyonlarını azaltma potansiyelleri nedeniyle özellikle ek katkı maddeleri (SCM) olarak umut vadeden malzemelerdir. Pozolanik malzemeler, çimento hidrasyonu sırasında oluşan kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girerek ek kalsiyum silikat hidrat (C-S-H) oluştururlar, bu da betonun dayanıklılığını ve mukavemetini artırır. Bu malzemelerin kullanılması, Portland çimentosu ihtiyacını azaltarak karbon emisyonlarını ve maliyetleri düşürebilir. Pozolanik reaksiyonu kullanarak, dünya genelinde inşaat endüstrileri daha çevre dostu yaklaşımlar benimseyebilir, kaynak verimliliğini maksimize edebilir ve yapılmış altyapının sürdürülebilirliğini sağlayabilirler. Bu çalışma, ek katkı maddeleri olarak pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külü (CCA) entegrasyonuyla betonun mekanik özelliklerini optimize etmeyi amaçlamaktadır. Araştırma, pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külü (CCA) pozolanik aktivitesinin değerlendirilmesine, artırılmış dayanıklılık için optimal karışım oranlarının belirlenmesine ve işlenebilirlik, hava içeriği ve dayanıklılık üzerindeki etkilerin değerlendirilmesine odaklanmaktadır. Pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külü (CCA) içeren harçlardaki kimyasal ve mikroyapısal değişiklikler, X-ışını difraksiyonu (XRD), termogravimetrik analiz (TGA) ve taramalı elektron mikroskopu (SEM) kullanılarak analiz edilmiştir. Üç aşamalı çalışmada, mısır koçanı külü (CCA)'nün pozolanik aktivite indeksini (PAI) artırmak için kalsinasyon sürecini optimize etmeye odaklanıldı. Bu, belirli bir PAI değerine ulaşmak için mısır koçanlarını 400°C ila 700°C arasındaki sıcaklıklara maruz bırakmayı içeriyordu. EN-196-1 standardına göre yapılan basınç testi, farklı yanma sıcaklıklarında ve iyileştirme sürelerinde mısır koçanı külü (CCA)'nün pozolanik aktivitesinde belirgin eğilimleri ortaya koydu. Özellikle, 700°C'de yanmış mısır koçanı külü (CCA) örnekleri, ASTM standartlarını karşılayarak 7 gün sonra %75 ve 28 gün sonra %76 PAI değerleri ile önemli bir pozolanik aktivite artışı sergiledi. Bunun aksine, daha düşük sıcaklıklarda yakılmış mısır koçanı külü (CCA) örnekleri düşük pozolanik aktivite gösterdi ve standart gereksinimlerin altında kaldı. Bu bulgular, daha önceki çalışmaları destekleyerek, yanma sıcaklığı ile silika çıkarma verimliliği arasında doğrudan bir ilişki olduğunu öne sürdü. Ayrıca, araştırma, pirinç kabuğu külü (RHA)'nın pozolanik aktivite indeksini (PAI) değerlendirmeyi de içeriyordu ve 7 gün sonra %89 ve 28 gün sonra %83 PAI değerleri ile %75 sınırını aştı. Faz 2'de, pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külü (CCA) içeren harçların mekanik özelliklerine odaklanıldı. Çalışma, pirinç kabuğu külünün (RHA) mısır koçanı külü (CCA) ile birleştirilmesinin, sadece mısır koçanı külü (CCA) kullanımına kıyasla hem eğilme hem de basınç dayanıklılığını önemli ölçüde artırdığını buldu. Farklı oranlarda pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külü (CCA) içeren karışımlar tutarlı bir şekilde geliştirilmiş performans gösterdi ve en uygun karışım oranı %75 mısır koçanı külü (CCA) ve %25 pirinç kabuğu külü (RHA) olarak belirlendi ve bu oran en yüksek dayanıklılık özelliklerini sağladı. Bu kombinasyon, pirinç kabuğu külünün (RHA) erken yaşta performans avantajlarını ve mısır koçanı külünün (CCA) uzun vadeli dayanıklılık katkılarını birleştirmektedir. Faz 3, harçların işlenebilirliğini, hava içeriğini ve dayanıklılığını değerlendirdi. Pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külü (CCA) ile çimento yerine geçme yüzdesi arttıkça, tüm karışımlarda hava içeriğinde hafif bir artış gözlendi. Bununla birlikte, daha yüksek yerine koyma yüzdesi ile karışımların işlenebilirliği azaldı; bunun nedeni, çimento yerine pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külü (CCA) gibi pozolanik malzemelerin daha yüksek su emme kapasitesine sahip olmasıdır, bu da akıcılığın azalmasına yol açar. Eğilme ve basınç dayanımı sonuçları, çimento yerine geçme yüzdesinin artmasıyla kademeli bir şekilde azaldı. Hem 7 hem de 28 gün boyunca, kontrol örneği en yüksek dayanıklılığı sergilerken, daha yüksek yerine koyma yüzdelerine sahip örnekler daha düşük dayanıklılıklar gösterdi. Bu artan yerine koyma ile dayanıklılıktaki azalma, genellikle pozolanik malzemelerin tipik olarak daha uzun iyileştirme sürelerinden sonra zirve dayanıklılığa ulaşması nedeniyle beklenir Kapiler su emme testleri, zamanla tüm yerine koyma yüzdelerinde su emmenin arttığını gösterdi. Başlangıçta, tüm karışımlar için su emme değerleri nispeten düşüktü, ancak daha uzun süreli test süreleriyle artmaya başladı. Bu su emmedeki artış, pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külü (CCA) gibi pozolanik malzemelerin gözenekli doğasına bağlanır; bu malzemeler daha fazla su emme eğilimindedir. Hızlandırılmış harç çubuğu testleri (AMBT), kontrol örneğine kıyasla artan yerine koyma yüzdeleri ile Alkali-Silika Reaksiyonu (ASR) genleşme seviyelerinde hafif bir azalma olduğunu gösterdi. Tüm örnekler bir dereceye kadar ASR kaynaklı genleşme sergiledi, ancak daha yüksek yerine koyma yüzdeleri biraz daha düşük genleşme değerleri gösterdi, bu da pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külü (CCA) gibi ek katkı maddelerinin ASR'yi hafifletme potansiyeline işaret etmektedir; ancak daha fazla araştırma gereklidir X-ışını kırınımı (XRD) analizi, yerine koyma yüzdelerinin artmasıyla mineralojik bileşimde değişiklikler olduğunu ortaya koydu. Kalsiyum hidroksit (CH) içeriğinde azalma ve kuvars içeriğinde artış gözlendi, bu da iyileştirilmiş çimento özelliklerini ve pozolanik aktiviteyi işaret etmektedir. Termogravimetrik analiz (TGA) sonuçları, kontrol seviyesinin ötesinde CH içeriğinde bir azalma olduğunu gösterdi ve bu, karışımların iyileştirilmiş çimento özelliklerini desteklemektedir. Taramalı elektron mikroskopu (SEM) görüntüleri, mikroyapısal değişiklikleri, artan C-S-H oluşumu ve azalan CH partiküllerini içeriyordu; bu da, daha yüksek yerine koyma yüzdeleri ile geliştirilmiş mekanik özellikler ve stabiliteyi işaret etmektedir. Çalışma, pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külü (CCA)'nün etkili ek katkı maddeleri (SCM) olduğunu ve birçok fayda sunduğunu göstermektedir. Bu faydalar arasında, Portland çimentoya olan bağımlılığı azaltarak çevresel etkiyi azaltma, harçların eğilme ve basınç dayanıklılığını önemli ölçüde artırma ve çimento sistemlerinin mikroyapısını iyileştirme bulunmaktadır. Ancak, daha yüksek yerine koyma yüzdeleri işlenebilirliği azaltır, ancak uzun vadeli dayanım ve dayanıklılık avantajlarıyla dengelenir. Pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külünün (CCA) beton performansı üzerindeki uzun vadeli etkilerini araştırmak ve büyük ölçekli uygulama olanaklarını incelemek için daha fazla araştırma önerilmektedir. Bu sürdürülebilir uygulamaları benimseyerek, inşaat endüstrisi daha dayanıklı ve çevre dostu bir yapı ortamına katkıda bulunabilir. Özetle, araştırma, pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külü (CCA)'nün beton üretiminde Portland çimento için sürdürülebilir alternatifler olarak potansiyelini vurgulamaktadır. Bu tarımsal atıklar, betonun mekanik özelliklerini ve dayanıklılığını artırmakla kalmaz, aynı zamanda çimento üretiminin yarattığı çevresel zorluklara da bir çözüm sunar. Bulgular, pirinç kabuğu külü (RHA) ve mısır koçanı külü (CCA)'nün beton karışımlarına entegre edilmesinin daha çevre dostu inşaat uygulamalarına yol açabileceğini, sürdürülebilir altyapı gelişimine katkıda bulunabileceğini öne sürmektedir. Araştırmanın sonuçları, ek katkı maddelerinin kullanımında devam eden keşif ve yeniliklerin, inşaat talepleri ile çevresel sürdürülebilirlik arasında bir denge sağlanmasının önemini vurgulamaktadır.

Özet (Çeviri)

The cement industry faces serious environmental challenges, with emissions like air pollutants and cement dust posing health risks to nearby communities and contributing to global issues such as climate change. As environmental awareness about possible adverse effects has significantly expanded, using agricultural and industrial waste by-products has become an increasingly desirable option for waste disposal. This study focused on enhancing the environmental friendliness of concrete mixtures by using and evaluating the performance of mortars incorporating corn cob ash (CCA) and rice husk ash (RHA) as part of Ordinary Portland Cement (OPC) to create more sustainable cement mortar composites. The experimental methodology in this study involves three phases aimed at exploring the potential of corn cob ash (CCA) and rice husk ash (RHA) as a Supplementary Cementitious Material (SCM) in improving the environmental sustainability and performance of mortar. Phase 1 focuses on evaluating the pozzolanic activity index of both corn cob ash (CCA) and rice husk ash (RHA). The Pozzolanic Activity Index (PAI) is a measure used in cementitious materials to assess the reactivity of pozzolanic materials, a high PAI indicates a higher reactivity of the pozzolanic material, meaning it can contribute more effectively to the strength and durability. The optimal burning temperature for corn cob ash (CCA) was also identified in this phase by burning corn cobs at temperatures from 400°C to 700°C. Phase 2 focuses on identifying the optimal mix ratio between corn cob ash (CCA) and rice husk ash (RHA) that offers the best balance between pozzolanic activity and mechanical properties. In Phase 3, the main objective is to determine the optimum percentage replacement of cement with corn cob ash (CCA) and rice husk ash (RHA) mixtures. based on the findings from the previous phases, different percentages of cement replacement (5%, 10%, 15%, and 20%) are investigated. An X-ray fluorescence test (XRF) was used to determine the chemical composition of the cement, rice husk ash (RHA), and corn cob ash (CCA) used in the production. Various tests were carried out to determine the impact of CCA-RHA combinations on mortar characteristics. During the production phase, the workability of mortars incorporating corn cob ash (CCA) and rice husk ash (RHA) was evaluated through a flowability test. Additionally, the air content of mortars with varying proportions of corn cob ash (CCA) and rice husk ash (RHA) was calculated. To measure the expansion of each mortar, an accelerated mortar bar test was performed with varying replacement percentages. Furthermore, flexural and compressive strength tests were conducted at 7 and 28 days. X-ray diffraction analysis, thermogravimetric analysis (TGA), and scanning electron microscopy (SEM) tests were performed to examine the pozzolanic reaction in order to investigate the effect of corn cob ash (CCA) and rice husk ash (RHA) on calcium hydroxide (CH) consumption, calcium silicate hydrate (C-S-H) formation, and quartz formation with an increasing cement replacement percentage. The study's deep investigation reveals that rice husk ash (RHA) and corn cob ash (CCA) hold promise as effective supplementary materials for enhancing the mechanical and microstructure properties of mortar paste. Optimal calcination temperatures and mix ratios were identified, with a 5% cement replacement showing the most favorable mortar performance. X-ray diffraction (XRD) analysis indicates enhanced cementitious properties and pozzolanic activity with increasing replacement percentages, supported by thermogravimetric analysis (TGA) showing a decline in calcium hydroxide (CH) content. Scanning electron microscopy (SEM) images depict microstructural changes indicative of improved mechanical properties and stability with higher replacement percentages. Rice husk ash (RHA), and corn cob ash (CCA) are therefore regarded as an effective cement replacement material.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    547007

    Farklı katı ve sıvı biyogaz atıklarının mısır (Zea mays L.) bitkisinin verim ve kalitesi üzerine etkisi

    The effects of different solid and liquid biogas wastes on corn (Zea mays L.) yield and quality

    AYŞE İBİL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    ZiraatAydın Adnan Menderes Üniversitesi

    Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OSMAN EREKUL

  2. Tez No

    682914

    Yüksek sıcaklığa maruz kalmış mısır koçanı külü katkılı harçların analizi

    Analysis of corn cob ash additives exposed to high temperature

    EMRAH ÇELİK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Mühendislik BilimleriFırat Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OĞUZHAN KELEŞTEMUR

    DR. ERDİNÇ ARICI

  3. Tez No

    392479

    Farklı çinko dozlarının mısır (Zea mays L.) çeşitlerinde verim ve tane kalitesi üzerine etkisi

    Effect of different zinc doses on yield and grain quality of corn (Zea mays L.) varieties

    NAZLI HİLAL ÇAĞLAYAN DUMRAL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    ZiraatAdnan Menderes Üniversitesi

    Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OSMAN EREKUL

  4. Tez No

    689883

    Bazı mısır (Zea mays L.) çeşitlerinde humik asit ve solucan gübresi uygulamalarının verim ve verim bileşenlerine etkileri

    The effects of some corn (Zea mays L.) humic acid and worm fertilizer applications on yield and yield components

    YILMAZ FİLİZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    ZiraatUşak Üniversitesi

    Tarım Bilimleri Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ NURDOĞAN TOPAL

  5. Tez No

    707533

    Sorel çimentolu hafif malzemeli levhaların mekanik ve yalıtım özelliklerinin incelenmesi

    Investigation of the mechanical and insulation properties of light material sheets with sorel cement

    ERGİN TANDIRCI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    İnşaat MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN TEMİZ

Geri Dön