Geopolimer betonda pirinç kabuğu külü ve atık seramik tozu kullanımının araştırılması

Abstract

Giderek artan katı atık kapasitelerinin azaltılmasında karşılaşılan depolama sorununun çözümü, ya atıkların yeniden kullanımı ya da kaynağında azaltılarak alternatif bir kaynağa dönüştürülmesi ile mümkündür. Bu sayede, doğada kendisini yenileyemeyen kaynaklarının ve enerjinin verimli kullanımı sonucu depolamanın çevreye verdiği zararlar azaltılabilir. Beton, dünyada en yaygın olarak kullanılan, yenilenemeyen kaynakların en fazla kullanıldığı, hatta katı atık depolamasında da önemli bir yere sahip olan yapı malzemelerinden birisidir. Bağlayıcısı olan çimento ise üretimindeki CO2 emisyon seviyeleri ile çevresel zararlarda önemli bir paya sahiptir. Depolama alanlarının yükünü hafifletilmesinde yada çevresel olumsuz etkiler noktasında yapı malzemesi üretiminde bu alanlardaki atıkların kullanılması bir alternatif olarak düşünülebilir. Geopolimer malzemeler ise geleneksel beton üretiminin aksine, çevrenin korunması için daha az maliyetli olduğu bilinen, sürdürülebilir bir gelişmede kullanılması avantajlar sağlayabilecek yeni bir beton türüdür. Bu çalışma kapsamında tamamen çimentoya alternatif bir bileşen olarak özellikleri daha iyi olan, depolama alanlarında önemli bir miktarda yer kaplayan atıklardan yüksek fırın cürüfu (YFC), seramik tozu (ST) ve pirinç kabuğu külü (PK) kullanımının geopolimer beton karışımlarında kullanımının araştırılmasıdır. Bu amaçla YFC'nin %0, %5, %10 ve %15' oranında PK ile %0, %10, %20 ve %30 oranında ST'nin geopolimer beton üretiminde kullanılmıştır. Ayrıca geopolimer üretiminde önemli bir malzeme olan NaOH'in 12, 14, 16 ve 18 molalite olarak hazırlanması ile oluşturulan Taguchi L16 matrisi ile gruplar belirlenmiştir. Karışımların yayılma çapları, yoğunlukları, porozite ve su emme oranları, basınç dayanımları ile yüksek sıcaklık etkisi altındaki davranışları istatiksel olarak incelenmiştir. Sonuçlar; ST ve PK kullanılarak üretilen geopolimerlerde PK kullanılmasının yayılma çapı ve su emme oranları üzerinde negatif bir etkisi olduğu, ST kullanımının olumlu etkisi ile yoğunluğu ve porozitesi fazla olan geopolimerler elde edildiği görülmüştür. Ayrıca 70 MPa üzeri dayanımların 14-16 molalite ile %2 PK veya %15 ST kullanılması durumunda elde edilebileceği belirlenmiştir. Yüksek sıcaklık etkilerine bakıldığında; geopolimer betonların yüksek sıcaklıklara dayanım değerlerinin normal betonlara kıyasla düşük olduğu, geopolimer malzemeler üzerinde ST kullanımının etkisinin daha çok olacağı, 450 ºC'yi aşan değerlerde özel önlemler alınması gerektiği belirlenmiştir.

The solution of the storage problem encountered in reducing the increasing of solid waste capacities is either the reuse of the waste or the conversion of it to an alternative source by reducing it from its source. By this way, as a result of the efficient use of resources and energy that cannot renew itself in nature, that influence on the environment which caused by storage can be reduced. Concrete is one of the most widely used building materials in the world, the most widely used of nonrenewable resources, and even has an important place in solid waste storage. Cement, as the major binder in concrete has a significant impact in CO2 emission levels and environmental influences through its production. The usage of waste in these fields can be considered as an alternative in the lightening of the load of landfills or in the production of building materials at the point of environmental adverse effects. In contrast to traditional concrete production, geopolymer materials are a new type of concrete that is known to be less costly for the protection of the environment and can provide advantages for use in a sustainable development. The aim of this study is to investigate the use of blast furnace slag (GGBFS), ceramic powder (CP) and rice husk ash (RHA) from wastes that occupy a significant amount of space in landfills, which have better properties as an alternative component to cement in geopolymer concrete mixtures. For this purpose, GGBFS 0%, 5%, 10% and 15%' RHA with 0%, 10%, 20% and 30% CP was used in the production of geopolymer concrete. mixes were also identified with the Taguchi L16 matrix formed by the preparation of NaOH as 12, 14, 16 and 18 molalites, an important material in geopolymer production. Flow, densities, porosity and water absorption, compressive strength and behavior of mixtures under the influence of elevated temperatures were statistically analyzed. Results indicated that RHA has adverse effect on flow and water absorption capacity, and CP has a positive effect to achieve higher density and improve the prosity of geopolymer concrete. Furthermore, it was determined that strengthup to 70 MPa can be achieved if 2% RHA or 15% CP is used with 14-16 of molality. In term of elevated temperature effects, it was determined that the resistance values of Geopolymer concretes to high temperatures were lower compared to normal concretes, that the use of CP on geopolymer materials would be more effective, and that special precautions should be taken at values exceeding 450 º C.