Geri Dön

Kalsine killerden geopolimer üretimi ve termal enerji depolama potansiyellerinin tespiti

Production of geopolymers from calcined clay and determination of thermal energy storage potentials

PDF İndir

  1. Tez No: 993151
  2. Yazar: EMRAH TURAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MERAL OLTULU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: kalsine kil, geopolimer, termal performans, enerji depolama, calcined clay, geopolymer, thermal performance, energy storage
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Atatürk Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Amaç: Bu çalışmada, kalsine edilmiş farklı mineralojik yapıdaki doğal killerin geopolimer üretiminde alternatif bir alüminosilikat kaynağı olarak kullanımının araştırılması; aktivatör çeşidi ve derişimi, kür sıcaklığı ve karışım yönteminin belirlenmesi ve bu parametrelerin geopolimerlerin mekanik ile termal performansları (enerji depolama ve termal konfor) üzerindeki etkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Yöntem: Çalışma dört ana aşamada yürütülmüştür. İlk aşamada, farklı mineralojik yapıdaki killerin ideal kalsinasyon sıcaklık ve süreleri belirlenmiştir. İkinci aşamada, geopolimer üretiminde kullanılan parametrelerin belirlenmesi ve üretim koşullarının basınç dayanımı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Üretim sürecinde farklı kür sıcaklıkları (ortam ve 60 ℃) denenmiş, ortam küründe priz alması ve basınç dayanımının iyileşmesi amaçlanmıştır. Üçüncü aşamada, üretilen geopolimerin fiziko-mekanik ve mikroyapısal özellikleri değerlendirilmiştir. Belirlenen üretim parametreleri ile geopolimer üretimi yapılmış, basınç dayanımları ortam küründe 3, 7, 28 ve 90 gün sonunda belirlenmiştir. SEM-EDS, XRD ve FT-IR analizleri ile de geopolimerlerin iç yapıları incelenmiştir. Son aşamada ise, geopolimerlerin termal performansı iki farklı (doğrusal ve radyal) deney düzeneği kullanılarak incelenmiştir. Geopolimerlerin yapı elemanlarında (duvar ve yerden ısıtma) kullanımını araştırmak için gerçek boyutlarda model oluşturulup nümerik analizleri yapılmıştır. Deney ve nümerik analizler sonunda enerji depolama potansiyelleri belirlenmiştir. Bulgular: Elde edilen sonuçlar, kalsine kil bazlı geopolimerlerin basınç dayanımı ve termal performanslarının kullanılan kil türüne, kalsinasyon koşullarına ve üretim parametrelerine bağlı olarak önemli ölçüde değiştiğini ortaya koymuştur. Kaolin ve illit esaslı kilden üretilen geopolimerlerin yüksek basınç dayanımı, yoğun mikroyapı özellikleri ve düşük termal iletkenlik değerleri sergilediği belirlenmiştir. Smektit esaslı killerin basınç dayanımı ve termal performanslarında değişkenlik göstermiştir. Baskın minerallerin yanında diğer minerallerin ve metal oksitlerin, basınç dayanımı ve termal performanslarında belirleyici bir rol oynadığı görülmüştür. İllit ve bazı smektit grubu killerden üretilen geopolimerlerin enerji depolama potansiyellerinin referansa göre daha yüksek potansiyele sahip olduğu belirlenmiştir. Sonuç: Beş farklı minerolojideki doğal killerin kalsine hallerinin kullanıldığı geopolimerlerde, kil minerolojisinin termal enerji depolama ve basınç dayanımında belirleyici olduğu görülmüştür. Kalsine kaolin ve illit kil grupları ile üretilen geopolimerler en yüksek basınç dayanımına sahip olurken, kalsine smektit grubu killerden üretilen geopolimerlerin daha düşük basınç dayanımına sahip olmuştur. Termal enerji depolamada illit ve smektit esaslı kil gruplarından üretilen geopolimerler daha üstün performans sergilemişlerdir. COMSOL Multiphysics'de yapılan gerçek boyutlu termal analizler sonucunda yapı elemanının konumu ve fonksiyonuna bağlı olarak seçilecek kalsine kil geopolimerinin termal enerjinin etkin kullanılmasına olanak sağlayacağı tespit edilmiştir. Çimento esaslı referans grubuna kıyasla karbondioksit salımı ve termal enerji depolama yönünden kalsine kil geopolimerlerin daha iyi performans sergilediği belirlenmiştir.

Özet (Çeviri)

Purpose: This study aims to investigate the use of calcined raw clays with different mineralogical structures as an alternative aluminosilicate source in geopolymer production; to determine the type and concentration of activator, curing temperature, and mixing method; and to determine the effects of these parameters on the mechanical and thermal performance (energy storage and thermal comfort) of geopolymers. Method: The study was conducted in four main stages. In the first stage, the ideal calcination temperatures and durations for clays with different mineralogical structures were determined. In the second stage, the parameters used in geopolymer production were determined, and the effects of production conditions on compressive strength were investigated. Different curing temperatures (ambient and 60°C) were tested during the production process, aiming to achieve setting and improve compressive strength in ambient curing. In the third stage, the physicomechanical and microstructural properties of the produced geopolymer were evaluated. Geopolymer production was carried out using the determined production parameters, and the compressive strengths were determined at the end of 3, 7, 28, and 90 days in ambient curing. The internal structures of the geopolymers were also examined using SEM-EDS, XRD, and FT-IR analyses. In the final stage, the thermal performance of the geopolymers was investigated using two different (linear and radial) experimental setups. To investigate the use of geopolymers in structural elements (wall and floor heating), full-scale models were created and numerical analyses were performed. The energy storage potentials were determined at the end of the experiments and numerical analyses. Findigs: The results obtained reveal that the compressive strength and thermal performance of calcined clay-based geopolymers vary significantly depending on the type of clay used, calcination conditions, and production parameters. It has been determined that geopolymers produced from kaolin and illite-based clays exhibit high compressive strength, dense microstructure properties, and low thermal conductivity values. The compressive strength and thermal performance of smectite-based clays showed variability. It was observed that, in addition to the dominant minerals, other minerals and metal oxides play a decisive role in their compressive strength and thermal performance. It was determined that geopolymers produced from illite and some smectite group clays have a higher energy storage potential compared to the reference. Results: In geopolymers using calcined forms of five different natural clays, it has been observed that clay mineralogy is decisive in thermal energy storage and compressive strength. Geopolymers produced with calcined kaolin and illite clay groups have the highest compressive strength, while geopolymers produced from calcined smectite group clays have lower compressive strength. In thermal energy storage, geopolymers produced from illite and smectite-based clay groups have shown superior performance. Full-scale thermal analyses conducted in COMSOL Multiphysics revealed that the calcined clay geopolymer selected based on the location and function of the structural element would enable the efficient use of thermal energy. Compared to the cement-based reference group, calcined clay geopolymers have been found to perform better in terms of carbon dioxide emissions and thermal energy storage.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    534829

    Termik santral ve metalurjik tesis artıklarından yapay zeolit ve geopolimer malzemelerin eldesi

    Production of synthetic zeolite and geopolymer materials from the tailings derived from thermal power plants and metallurgical plants

    SONER TOP

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Polimer Bilim ve TeknolojisiÇukurova Üniversitesi

    Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN VAPUR

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MİNE TAYKURT DADAY

  2. Tez No

    818341

    Properties of limestone-calcined clay incorporated cement-based materials (LC3)

    Kalsine edilmiş kil ve kalker tozu içeren çimento esaslı bağlayıcı malzemelerin geliştirilmesi (LC3)

    MUHAMMAD RAFI AZIMI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ÜNAL ANIL DOĞAN

  3. Tez No

    959861

    Sustainable zeolite production via solar calcination of kaolin and halloysite: structural evolution, phase control, and co₂ adsorption efficiency

    Kaolin ve halloysit'in güneşle kalsinasyonu ile sürdürülebilir zeolit üretimi: Yapisal gelişim, faz kontrolü ve co₂ adsorpsiyon verimliliği

    PELİN PAŞABEYOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)

    PROF. DR. BURCU AKATA KURÇ

    PROF. DR. DEREK KEITH BAKER

  4. Tez No

    408717

    Demir, krom metal yüklemeli sütunlu kil katalizörlerinin sentezi ve karakterizasyonu

    Production and characterization of iron, chromium metal installed pillared clay catalysts

    BAŞAK IŞIKSOY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    Kimya MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SUNA BALCI

  5. Tez No

    880978

    Kullanılmış lityum iyon pillerden metalik değerlerin geri kazanımı

    Metal recovery from end-of-life li-ion batteries

    ELİF GÜLOĞLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖKHAN ORHAN

Geri Dön