Pomza ikameli geopolimer harçların dayanım ve durabilite performanslarının incelenmesi
Investigation of strength and durability performances of pumice substituted geopolymer mortars
- Tez No: 950195
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ANIL NİŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Gelişim Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 148
Özet
Çimento inşaat sektöründe en önemli ve en çok kullanılan bir bağlayıcı yapı malzemesidir. Diğer taraftan çimento sektörünün, gerek milyonlarca ton klinker hammaddesinin arazilerden kazılarak çıkarılması, gerekse klinkerin yüksek sıcaklık fırınlarında yakılırken açığa çıkardığı yüksek miktardaki karbondioksit (CO2) emisyonları sebebiyle çevre ve ekolojik dengeyi olumsuz etkileri olduğu bilinen bir hakikattir. Dünya genelindeki toplam CO2 salınımının yaklaşık %7'sini oluşturan bu endüstriyel süreç, günümüzde çevreye en zarar veren üretim süreçlerinden biri olarak kabul edilmektedir. Bir ton çimento üretimi sırasında yaklaşık 700-760 kilogram CO2 eşdeğeri emisyonun açığa neden olur. Bu gerçekler göz önüne alındığında, araştırmacılar hem çevresel etkileri azaltan hem de uzun vadede maliyet etkinliği yüksek yeni çözümler bulmak için çalışmalar yapmaktadır. İnşaat sektöründe alternatif bağlayıcı geliştirmek için araştırmacılar çaba göstermektedirler. Jeopolımer teknolojisinin inşaat sektöründe sürdürülebilir bir alternatif olarak öne çıktığı oldukça açık. Geopolimerlerin çimentoya göre daha az sera gazı emisyonu yaratması, özellikle iklim değişikliğiyle mücadelede büyük bir potansiyel taşıyor. Portland çimentosunun üretiminde, sürdürülebilirlik ve çevresel etki azaltma hedefiyle atık malzemeler ve endüstriyel yan ürünlerin kullanımı üzerine kapsamlı araştırmalar yapılmıştır. Bu çalışmalar, geleneksel Portland çimentosuna alternatif olarak puzolanik özelliklere sahip, uçucu kül, yüksek fırın cürufu, silis duman gibi yan ürünlerin kısmi veya tam ikamesi ile yeni bağlayıcı sistemler geliştirilmesini amaçlamıştır. Temel olarak, silika-alümina bakımından zengin kaynaklar ve puzolanik malzemeler, jeopolımer teknolojisinin temelini oluşturmaktadır. Bu kaynaklar, Si-O ve Al-O bağlarının oluşumuna olanak sağlayan temel yapı taşlarıdır. Bu malzemelerin özellikleri ve oranları, jeopolımerlerin nihai özelliklerini belirleyen en önemli faktörlerdir. Kimyasal aktivatörlerle birlikte alkalin bir ortamda yeniden aktive edilen bu malzemeler, geleneksel çimento üretimine alternatif sürdürülebilir bir bağlayıcı sistem sunmaktadır. Uçucu kül ve cüruf esaslı geopolimerler, dünya genelinde kapsamlı araştırmalara ve pratik uygulamalara konu olmuştur. Bu malzemeler, endüstriyel atıkların geri dönüşümü ve sürdürülebilir inşaat malzemeleri geliştirilmesi açısından önemli bir potansiyel taşımaktadırlar. Buna karşılık, pomza esaslı geopolimerler henüz yeterince çalışılmamış bir alan olarak karşımıza çıkmaktadır. Dünya genelinde bu konuda çok az sayıda bilimsel çalışma yapılmış olması, pomza bazlı geopolimerlerin keşfedilmemiş bir potansiyel taşıdığını göstermektedir. Bu durum, araştırmacılar için pomza esaslı geopolimerler üzerinde çalışma ve araştırma yapma konusunda önemli bir fırsat alanı oluşturmaktadır. Özellikle pomzanın yerel ve bol miktarda bulunabildiği bölgelerde yapılacak bilimsel araştırmalar pomza malzemesinin beton içerisinde bağlayıcı olarak kullanılımı ile özellikle sürdürülebilirlik ve ekonomi açısından fayda sağlayacağı düşünülmektedir. Bu çalışmada, farklı oranlarda bazaltik pomza tozu içeren uçucu kül ve cüruf bazlı alkali aktive edilmiş harçların, 7, 28 ve 56 günlük kürleme süreleri, 8M, 12M ve 16M sodyum hidroksit konsantrasyonları, 200, 400 ve 600°C sıcaklıklar ve %5 sülfürik asit ile %5 magnezyum sülfat çözeltilerine 56 gün süre ile maruz bırakılma koşullarında elde edilen mekanik dayanım ve durabilitesi bu çalışma kapsamında detaylı olarak incelenmiştir. Basınç dayanımı, eğilme dayanımı ve ultrasonik darbe hızı testleri, yüksek sıcaklıklar ve asit ile magnezyüm sülfat maruziyetinden kaynaklanan makro ölçekteki değişimleri tespit etmek için gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, numunelerde mikro ölçekteki farklılıkları gözlemlemek için taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ve enerji dispersif X-ışını spektroskopisi (EDS) analizleri de yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, bazaltik pomza tozu eklenmesinin harçların basınç dayanımını düşürdüğünü ortaya konmuştur. Sodyum hidroksit (NaOH) miktarının artırılması ve kürleme süresinin uzaması ise basınç dayanımını artırmıştır. En düşük dayanım, %50 pomza içeren ve 7 gün kürlenen harçlarda gözlenirken, en yüksek dayanım pomzasız ve 56 gün kürlenen harçlarda elde edilmiştir. Pomza parçacıklarının tam olarak reaksiyona girmesi için daha uzun bir süre gerekmesi nedeniyle, pomza içeren harçların tam potansiyeline ulaşması için daha uzun kürleme sürelerine ihtiyaç duyulduğu anlaşılmıştır. NaOH miktarındaki artış, genel olarak dayanımı artırmış olsa da yüksek sıcaklıklara maruz kalan harçların dayanım kaybı üzerindeki etkisi sınırlı olmuştur. Bu durum, (8M) NaOH konsantrasyonlarının ekonomik açıdan daha uygun olabileceğini göstermektedir. %30'a kadar pomza ilavesi, yüksek sıcaklık etkilerine karşı harçların dayanımını önemli ölçüde düşürmeden kullanılabileceğini göstermiştir. Bu sonuçlar, cüruf ve uçucu kül bazlı alkali aktifleşmiş harçlarda yüksek sıcaklık direnci için pomzanın uygun bir katkı malzemesi olduğunu desteklemektedir. %5 sülfürik asite ve %5 magnezyum sülfata maruz bırakılan basınç dayanımları, pomza içeriği arttıkça kaybın azaldığını göstermektedir. %50 pomza ikamesi ile bu etki belirginleşmektedir. Dayanım kaybı, sülfürik asit ve magnezyum sülfat maruziyeti nedeniyle alumina-silikat bağlarının bozulmasından kaynaklanmaktadır. Elde edilen deneyler sonucunda, pomza içeren numuneler, pomza içermeyenlere göre daha iyi durabilite performansı sergilemekte, 12M geopolimer örnekleri ise %5 sülfürik asit ve %5 magnezyum sülfat ortamlarında 8M ve 16M örneklerine göre daha iyi performans göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Cement is the most important and widely used binding material in the construction industry. However, the Portland cement industry has significant adverse environmental impacts, including the extraction of millions of tons of clinker raw materials and the high levels of carbon dioxide (CO2) emissions released during the high-temperature production of clinker. This industrial process, which accounts for approximately 7% of global CO2 emissions, is considered one of the most environmentally damaging production processes today. Approximately 700-760 kilograms of CO2 equivalent emissions are released during the production of one ton of Portland cement. In the light of these facts, researchers are working to find new solutions that are both environmentally friendly and cost-effective in the long term. Researchers are striving to develop alternative binders in the construction sector. Geopolymer technology has emerged as a sustainable alternative in the construction industry. The lower greenhouse gas emissions of geopolymers compared to Portland cement offer significant potential, especially against climate change. Extensive research has been conducted on the use of waste materials and industrial by-products in the production of Portland cement to reduce environmental impact and promote sustainability. These studies have aimed to develop new binding systems by partially or fully replacing traditional Portland cement with by-products having pozzolanic properties, such as fly ash, ground granulated blast furnace slag, and silica fume. Fundamentally, silica-rich and alumina-rich sources and pozzolanic materials form the basis of geopolymer technology. These sources are the building blocks that enable the formation of Si-O and Al-O bonds. The properties and proportions of these materials are the most critical factors determining the final properties of geopolymers. When reactivated with chemical activators in an alkaline environment, these materials provide a sustainable alternative binding system to traditional cement production. Fly ash and slag-based geopolymers have been the subject of extensive research and practical applications worldwide. These materials have significant potential for recycling industrial waste and developing sustainable construction materials. In contrast, pumice-based geopolymers are a relatively unexplored area. The limited number of scientific studies on this topic worldwide indicates that pumice-based geopolymers have great potential for structural utilization. This situation presents a significant opportunity for researchers to work on and investigate pumice-based geopolymers. Especially in regions where pumice is abundant and locally available, such studies can be of great importance both scientifically and industrially. This study investigated the mechanical performance and durability of alkali-activated mortars based on fly ash and slag containing different proportions of basaltic pumice powder. The mechanical performance and durability were evaluated under curing conditions of 7, 28, and 56 days, with 8M, 12M, and 16M sodium hydroxide concentrations, at temperatures of 200, 400, and 600°C, and in 5% sulfuric acid and 5% magnesium sulfate solutions. Compressive strength, flexural strength, and ultrasonic pulse velocity tests were performed to determine the macroscopic changes caused by high temperatures and exposure to 5% sulfuric acid and 5% magnesium sulfate. In addition, scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analyses were conducted to observe microscopic differences in the samples. The study found that the addition of basaltic pumice powder decreased the compressive strength of mortars. Increasing the amount of sodium hydroxide (NaOH) and extending the curing period increased the compressive strength. The lowest strength was observed in mortars containing 50% pumice and cured for 7 days, while the highest strength was achieved in pumice-free mortars cured for 56 days. It was understood that pumice-containing mortars require longer curing times to reach their full potential due to the longer time required for the pumice particles to fully react. Although the increase in the amount of NaOH generally increased the strength, it had a limited effect on the strength loss of mortars exposed to high temperatures. This situation indicates that 8M NaOH concentrations may be more suitable in terms of economy. The addition of pumice up to 30% has shown that it can be used without significantly reducing the strength of mortars against high temperature effects. These results support that pumice is a suitable additive material for high temperature resistance in slag and fly ash-based alkali-activated mortars. Compressive strengths exposed to 5% sulfuric acid and 5% magnesium sulfate showed that the strenght loss decreases as the pumice content increases. This effect becomes more pronounced with 50% pumice substitution. Strength loss is due to the degradation of alumina-silicate bonds due to 5% sulfuric acid and magnesium sulfate exposure. Pumice-containing samples exhibited better durability performance than the pumice-free samples, while 12M geopolymer samples perform better than 8M and 16M samples in 5% sulfuric acid and 5% magnesium sulfate environments.
Benzer Tezler
- Atık polietilen tereftalat içeren kendiliğinden yerleşen hafif geopolimer harçların taze ve sertleşmiş özelliklerinin incelenmesi
Investigation of fresh and hardened properties of lightweight self-compacting geopolymer mortars containing waste polyethylene terephthalate
MEHMET EMİN KİYAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiHarran Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KASIM MERMERDAŞ
- Alkali ile aktive edilmiş pomza agregalı hafif harçların mekanik özelliklerine bağlayıcı türü ve aktivatör oranının etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of binder type and activator ratio on the mechanical properties of alkaline activated pumice aggregate light mortars
RECEP ALİ GELDİM
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiErciyes Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERHAN İLKENTAPAR
- Pomza agregası kullanılarak üretilen hafif geopolimer harçların fiziksel ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the physical and mechanical properties of light geopolymer mortars manufactured using pumice aggregate
ABDULLAHI NUR BARKHADLE ABDULLAHI NUR BARKHADLE
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiErciyes Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERHAN İLKENTAPAR
- Diatomit ve pomza ikameli çimentoların hidratasyon reaksiyonlarının ve yüzey özelliklerinin spektroskopik yöntemlerle araştırılması
Diatomite and pumice replaced cements investigation of hydratation reactions and surface properties byspectroscopic methods
İBRAHİM PINARCI
Doktora
Türkçe
2022
İnşaat MühendisliğiDüzce ÜniversitesiKompozit Malzeme Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILMAZ KOÇAK
- Yapay zeka tabanlı uygulamalarla diatomit ve pomza ikameli çimento harçlarının basınç dayanımlarının tahmini
Estimation of compressive strength of diatomite and pumice substituted cement mortars with artificial intelligence based applications
BURAK KOÇAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDüzce ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR GÜVENÇ