Nanosilikanın metakaolin ve uçucu kül tabanlı geopolimer harçlardaki mekanik ve durabilite özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical and durability properties of nano-silica modified metakaolin and fly ash based geopolymer mortars
- Tez No: 992795
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ OUIAME CHAKKOR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Geopolimer kompozitler, Nanosilika, Metakaolin, Uçucu kül, Mekanik durabilite, Asit dayanımı, Yüksek sıcaklık performansı, SEM analizi, XRD analizi, EDS analizi, Mikroyapısal karakterizasyon, Geopolymer composites, Nano-silica, Metakaolin, Fly ash, Mechanical durability, Acid resistance, High-temperature performance, SEM analysis, XRD analysis, EDS analysis, Microstructural characterization
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Aydın Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, nanosilika katkılı metakaolin (MK) ve uçucu kül (UK) tabanlı geopolimer kompozitlerin mekanik durabilite, fiziksel özellikler ve mikroyapısal davranışları agresif çevresel koşullar altında kapsamlı biçimde incelenmiştir. Çalışma kapsamında, iki farklı bağlayıcı tipi (metakaolin ve uçucu kül), iki farklı ince agrega türü (silis kumu ve standart kum) ve %0, %1, %1.5 ve %2 oranlarında nanosilika katkısı kullanılarak geopolimer numuneler üretilmiştir. Üretilen numuneler kür sürecinin ardından hidroklorik asit (HCl) ve sülfürik asit (H₂SO₄) çözeltilerine maruz bırakılarak asidik ortam dayanımları değerlendirilmiştir. Ayrıca geopolimer kompozitlerin yüksek sıcaklık performansı, 300 °C, 600 °C ve 900 °C sıcaklık seviyelerinde gerçekleştirilmiştir. Mekanik durabilite; basınç ve eğilme dayanımı deneyleri ile belirlenirken, fiziksel özellikler su emme, boşluk oranı ve birim hacim ağırlık ölçümleriyle değerlendirilmiştir. Asidik maruziyet ve yüksek sıcaklık etkisiyle oluşan mikroyapısal ve kimyasal değişimler, taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışını difraksiyonu (XRD) ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) kullanılarak analiz edilmiştir. SEM analizleri ile gözenek yapısı, jel sürekliliği, mikro çatlak oluşumu ve termal hasar mekanizmaları incelenmiştir. XRD analizleri, faz dönüşümleri ve amorf faz kararlılığını ortaya koyarken; EDS analizleri elementel bileşim, Si/Al ve Ca/Si oranları ile iyonik difüzyon davranışlarının değerlendirilmesini sağlamıştır. Elde edilen sonuçlar, HCl ortamında çözünme-dominant bir bozunma mekanizmasının etkili olduğunu ve bu mekanizmanın özellikle dealüminasyon ve silika zenginleşmesi ile karakterize edildiğini göstermektedir. Buna karşılık H₂SO₄ ortamında kristallenme-dominant bir rejim baskın olup, sülfat esaslı ikincil kristal fazların oluşumu belirginleşmiştir. Yüksek sıcaklık etkisi altında, 600 °C'ye kadar mikroyapısal kompaktlaşma gözlenirken, 900 °C'de belirgin mikro çatlaklar ve faz kararsızlıkları oluşmuştur. Nanosilika katkısı, jel yapıyı yoğunlaştırarak iyon difüzyonunu sınırlandırmış, hem asidik ortamlara hem de yüksek sıcaklıklara karşı dayanımı önemli ölçüde artırmıştır. En dengeli performans %1–%1.5 nanosilika katkı aralığında elde edilmiş; bu oranlarda mekanik dayanım korunumu, fiziksel bütünlük ve mikroyapısal stabilite maksimum seviyeye ulaşmıştır. %2 nanosilika katkısı ise aşırı kompaktlaşmaya bağlı iç gerilmeler ve lokal mikroyapısal hasarlarla sonuçlanmıştır. Sonuç olarak, nanosilika katkılı MK ve UK tabanlı geopolimer kompozitlerin durabilite davranışının; bağlayıcı tipi, nanosilika oranı, asidik ortam koşulları ve yüksek sıcaklık etkilerinin birlikte değerlendirilmesiyle doğru biçimde anlaşılabileceği ortaya konulmuştur. Bu çalışma, nanosilikanın optimum oranlarda kullanılması hâlinde geopolimer sistemlerin uzun süreli mekanik ve fiziksel kararlılığının önemli ölçüde artırılabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This study investigates the mechanical durability, physical properties, and microstructural evolution of nano-silica-modified metakaolin (MK) and fly ash (FA) based geopolymer composites under aggressive environmental conditions. Geopolymer specimens were produced using two different aluminosilicate binders (metakaolin and fly ash), two fine aggregate types (silica sand and standard sand), and varying nano-silica contents of 0%, 1%, 1.5%, and 2%. After curing, the specimens were exposed to hydrochloric acid (HCl) and sulfuric acid (H₂SO₄) solutions to evaluate acid resistance mechanisms. In addition, high-temperature performance was assessed by subjecting the geopolymer composites to elevated temperatures of 300 °C, 600 °C, and 900 °C. Mechanical durability was evaluated through compressive and flexural strength tests, while physical properties were assessed via water absorption, porosity, and unit weight measurements. Microstructural and chemical changes induced by acid exposure and thermal loading were systematically examined using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). SEM analyses were employed to investigate morphological features, pore structure, microcrack development, and thermal damage characteristics. Phase transformations and amorphous phase stability were analyzed by XRD, with particular emphasis on changes in the amorphous hump and secondary crystalline phase formation. Elemental composition, elemental ratios (Si/Al, Ca/Si), and ionic redistribution were evaluated using EDS. The results indicate that hydrochloric acid exposure promotes a dissolution-dominant degradation regime characterized by dealumination and silica enrichment, whereas sulfuric acid exposure leads to a crystallization-dominant regime involving the formation of sulfate-based secondary phases. High-temperature exposure resulted in progressive microstructural densification up to 600 °C, followed by microcracking and phase instability at 900 °C. Nano-silica addition significantly enhanced gel compactness, restricted ionic diffusion, and improved both acid resistance and thermal stability. Optimal performance was consistently achieved at nano-silica contents of 1–1.5%, where mechanical strength retention, physical integrity, and microstructural stability were maximized. Excessive nano-silica content (2%) caused over-compaction, increased internal stress, and localized microstructural damage. Overall, this study demonstrates that the durability of geopolymer composites is governed by the coupled effects of nano-silica content, binder type, acid exposure, and thermal loading. The findings highlight the critical importance of optimizing nano-silica dosage to achieve long-term mechanical and physicochemical stability in geopolymer systems.
Benzer Tezler
- Nano-silika katkısının sodyum karbonatla aktive edilmiş cüruf-reaktif MgO esaslı sistemlerin mekanik ve içyapı özellikleri üzerindeki etkileri
Effects of nano-silica on the mechanical and microstructural properties of sodium carbonate activated slag-reactive MgO based systems
ÖMER CAN ÖZEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DİDEM OKTAY
DR. ÖĞR. ÜYESİ BÜŞRA AKTÜRK
- Mitigating alkali silica reaction using waste glass powder
Alkali silika reaksiyonunun azaltılması için atık cam tozu kullanımı
ABED ALİOGLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR EKİNCİOĞLU
- Influence of cellulose nanocrystals and nanosilica on microstructural and mechanical performance of cementbased materials
Selüloz nanokristalleri ve nanosilikanın çimento esaslı malzemelerin içyapı ve mekanik performansına etkisi
ALI SATAR JABER AL-ASKARY
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DİDEM OKTAY
- Nanosilika'nın bitüm ve bitümlü sıcak karışımların özelliklerine etkisinin araştırılması
Investigation of the effect nanosiLica on properties of bitumen and hot mix bituminous
EDA TÜZÜN ÖZPINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat Mühendisliğiİnönü Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TACETTİN GEÇKİL
- Performance of the nanosilica filled neat epoxy and carbon fiber filament wound composites
Nanosilika dolgulu epoksi ve karbon elyaf takviyeli filaman sargı ile üretilmiş kompozitlerin performansı
ERDAL SAPANCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECATİ ÖZKAN