Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2018
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: YURDAKUL AYGÖRMEZ
Danışman: Orhan Canpolat
Özet:
Günümüzde inşaat sektöründe en çok kullanılan bağlayıcı malzeme çimentodur. Fakat üretimde kullanılan enerji, ekonomik ve çevresel problemleri de ortaya çıkarmıştır. Dünyada oluşan toplam CO2 salınımının ortalama %7'sinin çimento üretiminden kaynaklandığı bilinmektedir. Bu yüzden Portland çimentosuna alternatif bağlayıcı üretmek güncel araştırma konuları arasında yer almaktadır. Geopolimer, geleneksel Portland çimentosuna alternatif olan ve çok az CO2 salınımı yapan yeni nesil yapı malzemesidir. Geopolimerler kimyasal reaksiyonlarda CO2 açığa çıkarmazlar ve üretim tekniklerinden dolayı geleneksel Portland çimentolarına göre, enerji olarak daha tasarruflu ve çevre dostu oldukları bilinmektedir. Geopolimer çimentoların üretiminde kullanılan toplam enerji, geleneksel Portland çimentosu üretiminde kullanılan enerjiye göre yaklaşık %40 daha az olmaktadır. Bu çalışmada, metakaolin kısmi olarak silis dumanı ve kolemanit ile %40 oranına kadar ikame edilmiş ve bu malzemelerin, elde edilen geopolimer kompozitlerin davranışına etkisi, mekanik ve durabilite özellikleri açısından incelenmiştir. İlk adım olarak, birim hacim ağırlık, ağırlıkça su emme ve boşluk oranı değerleri araştırılmış, daha sonra polipropilen lifli ve lifsiz numunelerin basınç ve eğilme davranışı, aşınma direnci ve ultrases geçiş hızı deneyleri ile bir karşılaştırma yapılmıştır. Genel olarak, sonuçlar, ikame malzemelerinin faydalı olduğunu kanıtlamıştır. Karşılaştırma amacıyla CEM I 42.5R çimentosundan üretilen numuneler kullanılmıştır. Genel olarak, tüm numunelerde basınç ve eğilme dayanımı açısından önemli bir iyileşme sağlanmıştır, örneğin, 28 günlük sonuçlarda %100 metakaolin tabanlı geopolimer numuneler ile karşılaştırıldığında %10 kolemanit ve %20 silis dumanı katkılı numunelerde basınç dayanımı davranışında sırasıyla %2.02 ve %11.48'lik bir artış görülürken eğilme dayanımındaki artış ise %14.61 ve %29.44 olmuştur. Polipropilen lif takviyeli numuneler ile ilgili olarak, eğilme dayanımında önemli bir iyileşme görülmüş, fakat basınç dayanımında önemli bir artış elde edilmemiştir. Polipropilen liflerin eklenmesi genellikle, numunelerin eğilme dayanımının ve aşınma direncinin geliştirilmesine yardımcı olmuştur. Geopolimer harçların mekanik özelliklerinin yanı sıra dayanıklılık özellikleri de araştırılmıştır. Bu kapsamda %100 metakaolin geopolimer numuneleri ile beraber %20 oranına kadar silis dumanı ve kolemanit katkılı numunelerde durabilite deneyleri yapılmıştır. Bu çalışmada 56 döngüden oluşan donma-çözülme deneyi uygulanmıştır. Donma çözülme deneyinde numuneler hava sürükleyicili ve sürükleyicisiz olmak üzere iki şekilde üretilmiştir. Geopolimer karışımlarının donma çözülme etkisinde dayanım sonuçlarında azalma yerine bir artış oluşmuştur, bu durum esas olarak geopolimerik matrisin kompakt olması, donma ve çözülme etkisine karşı dirençli hale getiren iyi bir adezyon derecesine sahip olması ile ilgilidir. Buna ek olarak, donma-çözülme döngüleri sayesinde matrisin bir ilerleme süreci oluşur. Hava sürükleyici katkı, geopolimer numunenin iç yapısı gereği kompakt olmasından dolayı Portland çimentolarına göre daha az etki yapmıştır. Geopolimer harç numunelerine 300oC, 600oC, 900oC sıcaklıklar uygulanmıştır. Yüksek sıcaklık deneyleri için polipropilen lifli ve lifsiz numuneler üretilmiştir. Deneylerin sonunda ağırlık kaybı, basınç ve eğilme dayanımı ve ultrases geçiş hızı sonuçlarına bakılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre yüksek sıcaklıklarda geopolimer harçlar Portland çimentosu harçlarından daha iyi sonuç vermiştir. 900oC'de bile metakolin tabanlı geopolimer numuneler daha kararlı yapı göstermiştir. Lif takviyeli numunelerde lifsiz numunelere göre yüksek sıcaklık etkisinde basınç dayanımı sonuçlarında hafif bir düşüş görülürken eğilme dayanımı sonuçlarında artış görülmüştür. %10 sülfürik ve hidroklorik asit, magnezyum ve sodyum sülfat, sodyum klorür çözeltilerinde numuneler 3, 6 ve 12 ay bekletilmiş olup ağırlık değişimi, basınç ve eğilme dayanımı ve ultrases geçiş hızı sonuçlarına bakılmıştır. Geopolimer numunelerde asit etkisi sonucu dayanımda önemli bir azalma görülmüştür. Fakat 1 yıllık süre sonunda geopolimer numuneler yapısını korurken Portland çimentosu numuneleri 3 ay sonra dağılmıştır. Sülfürik asit hidroklorik asitten daha güçlü olduğundan daha fazla dayanım kaybı oluşturmuştur. Geopolimer numuneler, magnezyum sülfat, sodyum sülfat ve sodyum klorür etkilerine maruz bırakıldığında 3 aylık sürede dayanımda artış görülürken 6 aydan itibaren azalmalar görülmüştür. Bu durum bu çözeltilerin, 3 aylık sürede numunenin içyapısına girerek geopolimerizasyon sürecinin devamına katkı sağlamasından kaynaklanmaktadır, devam eden süreçte mikro çatlakların oluşması ile dayanımda azalmalar görülmeye başlamıştır. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve XRD analizleri ile birlikte mikroyapısal analiz genel olarak iyi bir geopolimerizasyon bağı, matrisin sahip olduğu kabul görmüş bir kompaktlığı ve geopolimerik sistem içinde uyumlu bir şekilde davranan malzemeleri göstermiştir.