Farklı Bağlayıcı ve Otoklavlanmış Gazbeton Atığı İçeren Geopolimer Harçların Dayanım ve Mikroyapı Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

ÖZET: Bu tez çalışması, geleneksel Portland çimentosunun çevresel etkilerini en aza indirmek ve sürdürülebilir inşaat malzemeleri geliştirmek için atık malzemelerin beton üretimindeki potansiyelini değerlendirerek yeniden kullanılması için önemli çıkarımların sağlanması amacıyla hazırlanmıştır. Bu bağlamda, farklı bağlayıcı ve otoklavlanmış gazbeton atıklarının geopolimer harç üretiminde doğal ince agrega yerine kısmen kullanımının, geopolimer harçların dayanımının ve mikroyapısındaki değişimlerine olan etkisinin kapsamlı olarak araştırılması amaçlanmıştır. Bu nedenle, iki farklı prekürsör tipine göre, üç farklı gazbeton atığı agrega tane boyutu dağılımına sahip (0,125-1 mm; 0,125-2 mm; 0,125-4 mm), altı farklı gazbeton atığı agrega ikame seviyesi için toplam 38 geopolimer harç karışımı (2’si kontrol, 36’sı geri dönüşüm gazbeton agregası içeren) tasarımı yapılmıştır. Bu çalışmada, geopolimer harç üretiminde doğal kum yerine geri dönüştürülmüş gaz beton agregaları kullanılmıştır. İkame seviyeleri hacimce %10, %20, %30, %40, %50 ve %60 olarak belirlenmiştir. Karışımların 19’unda (bir kontrol ve 18 gazbeton atığı agregası içeren), prekürsör olarak sadece F sınıfı uçucu kül kullanılmıştır. Kalan 19 karışımda (bir kontrol ve 18 gazbeton atığı agregası içeren), öncül olarak %90 F sınıfı uçucu kül ve %10 silis dumanı kombinasyonu kullanılmıştır. Geopolimer harçların üretiminde alkali aktivatör olarak ise NaOH ve Na2SiO3 karışımı kullanılmıştır. Geopolimer harçların 28 günlük basınç ve yarmada çekme dayanımları belirlenmiştir. Tüm karışımlarda kontrol karışımlarına göre geri dönüşüm gazbeton agregasının ikame seviyesinin artması ve incelik oranının artması ile dayanım performansının düştüğü görülmüştür. Ayrıca geopolimer harç karışımlarının mikroyapıları, geopolimer hamur yapısı ile agregalar arasındaki bağlanma derecesinin tespiti, karışımların matrislerindeki elementlerin dağılımının belirlenmesi ve bu elementlerin dağılımının görselleştirilmesi ve karışımların amorf ve kristal yapılarının incelenmesi için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Dağılımlı X-Işını Spektrometresi (EDX), haritalama (mapping) ve X-ışınları Difraktometresi (XRD) analizleri yapılmıştır. SEM/EDX, haritalama ve XRD analizleri ile yapılan mikroyapısal incelemede gazbeton atığı agregasının ikame seviyesindeki artış, geopolimerik matrisin kompaktlığını önemli ölçüde azaltarak malzemenin genel performansını olumsuz etkilemiştir.

ABSTRACT: The objective of this thesis is to assess the potential of waste materials in concrete production with a view to reducing the environmental impact of conventional Portland cement and to develop sustainable construction materials. In this context, it was aimed to comprehensively investigate the effect of partial use of different binders and autoclaved aerated concrete wastes instead of natural fine aggregate in geopolymer mortar production on the strength and microstructural changes of geopolymer mortars. Therefore, a total of 38 geopolymer mortar mixtures (2 control and 36 containing recycled aerated concrete aggregate) were designed for six different aerated concrete waste aggregate substitution levels with three different aerated concrete waste aggregate grain size distributions (0.125-1 mm; 0.125-2 mm; 0.125-4 mm) according to two different precursor types. In this study, recycled aerated concrete aggregates were employed as a replacement for natural sand in the production of geopolymer mortar. The replacement levels were 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, and 60% by volume. In 19 of the mixtures (comprising one control and 18 including aerated concrete waste aggregates), only F-class fly ash was employed as a precursor. In the remaining 19 mixtures (comprising one control and 18 including aerated concrete waste aggregates), a combination of 90% F-class fly ash and 10% silica fume was used as the precursor. NaOH and Na2SiO3 mixture was used as alkali activator in the production of geopolymer mortars. It was observed that the strength performance of all mixtures decreased with the increase in the substitution level of recycled aerated concrete aggregate and the fineness ratio, in comparison to the control mixtures. Furthermore, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectrometry (EDX), mapping and X-ray diffraction (XRD) analyses were conducted to determine the microstructure of the geopolymer mortar mixtures, the degree of bonding between the geopolymer paste structure and the aggregates, the distribution of the elements in the matrices of the mixtures and to visualise the distribution of these elements, and the amorphous and crystalline structures of the mixtures. Microstructural examination by SEM/EDX, mapping, and XRD analyses showed that the increase in the substitution level of aerated concrete waste aggregate significantly decreased the compactness of the geopolymeric matrix and negatively affected the overall performance of the material.