Mechanochemical activation of waste brick powder: Producing sustainable geopolymer binders for grouting and deep mixing
Atık tuğla tozunun mekanokimyasal aktivasyonu: Enjeksiyon ve derin karıştırma için sürdürülebilir geopolimer bağlayıcıların üretimi
- Tez No: 960299
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALTUĞ SAYGILI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 161
Özet
Bu araştırma, mekanokimyasal aktivasyon yöntemi kullanılarak çevre dostu ve kullanıcı dostu geopolimer bağlayıcıların enjeksiyon ve derin karıştırma uygulamaları için geliştirilmesini ve karakterizasyonunu incelemektedir. Sentez aşamasında, atık tuğla tozu (WBP), öğütülmüş yüksek fırın cürufu (GGBS) ve alkali aktivatörler (sodyum hidroksit veya sodyum silikat) bir bilyalı değirmende iki saat boyunca kuru öğütme işlemine tabi tutulmuştur. Bu mekanokimyasal aktivasyon, yalnızca su ilavesiyle geopolimerizasyon reaksiyonunu başlatabilen bir bağlayıcı elde edilmesini sağlamıştır. Yöntemin etkinliğini değerlendirmek için, elde edilen bağlayıcı geleneksel yöntemle aktive edilmiş bir geopolimer bağlayıcı ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca, farklı WBP/GGBS oranlarının geopolimer enjeksiyon malzemesinin özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Kapsamlı bir karakterizasyon çalışması yapılarak taze özellikler (mini-slump akışı, priz süresi), mekanik özellikler (serbest basınç dayanımı, yoğunluk, gerinim-gerilme davranışı) ve mikroyapısal analizler (X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM)) gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, GGBS'nin %15-45 oranlarında WBP ile ikame edilmesinin geopolimer enjeksiyon malzemesinin taze, mekanik ve mikroyapısal özelliklerini önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermiştir. Özellikle, mekanokimyasal aktivasyon (MG) yöntemi, geleneksel aktivasyon yöntemine (CG) kıyasla %10-27 daha düşük mini-slump akışı, %9-25 daha kısa priz süresi ve %7-30 daha yüksek dayanım sağlamıştır. Ayrıca, çalışmada mekanokimyasal aktivasyonla üretilen geopolimer (MAG) ve geleneksel yöntemle üretilen geopolimer (CAG) ile stabilize edilmiş derin karıştırma (DSM) numunelerinin mekanik ve dayanıklılık performansları değerlendirilmiştir. Numuneler, 28 gün boyunca sülfürik asit ve sodyum sülfat maruziyetine tabi tutulmuş ve ıslak-kuru (W-D) döngü testleri ile dayanıklılıkları analiz edilmiştir. MAG ile stabilize edilmiş zemin, daha yoğun bir mikroyapı ve iyi bağlı jel benzeri bir matris sergilerken, CAG ile stabilize edilmiş zemin daha gevşek bir mikroyapı ve reaksiyona girmemiş parçacıklar göstermiştir. Sonuç olarak, özellikle %45 cüruf ikamesi seviyesinde, MAG ile stabilize edilmiş zemin kimyasal saldırılara karşı daha yüksek direnç ve gelişmiş dayanıklılık sergilemiştir. Bu bulgular, geopolimerlerin mekanokimyasal aktivasyonunun, enjeksiyon ve derin karıştırma uygulamaları için sürdürülebilir ve yüksek performanslı bağlayıcılar geliştirmede umut verici bir yöntem olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This research investigates the development and characterization of eco-friendly and user-friendly geopolymer binders for grouting and deep soil mixing applications utilizing a mechanochemical activation approach. The synthesis involved dry-grinding waste brick powder (WBP), ground granulated blast furnace slag (GGBS), and alkali activators (sodium hydroxide or sodium silicate) in a ball mill for two hours. This mechanochemical activation yielded a binder requiring only water addition to initiate the geopolymerization reaction. To assess the efficacy of this method, the resulting binder was compared to a conventionally activated geopolymer binder. The influence of varying WBP/GGBS ratios on the properties of the geopolymer grout was also examined. A comprehensive characterization was conducted, encompassing fresh properties (mini-slump flow, setting time), mechanical characteristics (unconfined compressive strength, density, stress-strain behavior), and microstructural analysis (X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM)). The results indicated that replacing GGBS with WBP at ratios of 15-45% significantly enhanced the fresh, mechanical, and microstructural properties of the geopolymer grout. Notably, the mechanochemical activation (MG) technique yielded a 10-27% reduction in mini-slump flow, a 9-25% decrease in final setting time, and a 7-30% increase in strength compared to the conventional activation method (CG). Furthermore, the research evaluated the mechanical and durability performance of deep soil mixing (DSM) specimens stabilized with both mechanochemically activated geopolymer (MAG) and conventionally activated geopolymer (CAG). Specimens were subjected to sulfuric acid and sodium sulfate exposure for 28 days and wet-dry (W-D) cycling to assess their durability. MAG-stabilized soil exhibited a denser microstructure with a well-connected gel-like network, while CAG-stabilized soil displayed a looser microstructure with unreacted particles. Consequently, MAG-stabilized soil demonstrated superior resistance to chemical attack and enhanced durability, particularly at a 45% slag replacement level. These findings suggest that mechanochemical activation of geopolymers presents a promising avenue for developing sustainable and high-performance binders for grouting and deep soil mixing applications.
Benzer Tezler
- Düşük kaliteli Elbistan linyitinin boya giderimindeki etkinliğinin incelenmesi
Investigation of the effectiveness of low quality Elbistan lignite in dye removal
CEM ÖZBEY
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Maden Mühendisliği ve Madencilikİnönü ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSA SARIKAYA
- Production and characterization of W-Ni matrix composites reinforced with CeB6, NdB6, ErB4 particulates by powder metallurgy methods
CeB6, NdB6, ErB4 partikülleri ile takviye edilmiş W-Ni matris kompozitlerin toz metalurjisi yöntemleri ile üretimi ve karakterizasyon çalışmaları
BURÇAK BOZTEMUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DUYGU AĞAOĞULLARI
- Production of cerium hexaboride by molten salt electrolysis
Ergimiş tuz elektrolizi ile seryum hegzaborür üretimi
KEMAL KAĞAN HEPER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLDEM KARTAL ŞİRELİ
- Donör-akseptör siklopropanların çeşitli heterosiklik bileşiklerle mekanokimyasal aktivasyon tepkimelerinin incelenmesi
Investigation of mechanochemical activation reactions of donor-acceptor cyclopropanes with various heterocyclic compounds
SÜMEYYE ATİŞ
- Development and characterization of eco-and user-friendly binder for grouting and deep mixing via mechanochemical activation of slag/fly ash-based geopolymer
Geopolimer tabanlı cüruf/küllük bileşikliğin mekanokimyasal aktivasyonu yoluyla grontaj ve derin karıştırma için ekolojik ve kullanıcı dostu bağlayıcı geliştirme ve karakterizasyonu
MUKHTAR HAMID ABED
Doktora
İngilizce
2023
İnşaat MühendisliğiGaziantep Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANİFİ ÇANAKCI