Alkalilerle aktive edilmiş çimentosuz cüruflu betonların mekanik ve geçirimlilik özellikleri ve üretim optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, sodyum konsantrasyonu, silikat modülü, kür sıcaklığı ve kür süresi bağımsız değişkenlerine bağlı olarak üretilen alkalilerle aktive edilmiş cüruflu betonların (AAECB) mekanik (basınç, yarmada çekme dayanımı, aşınma miktarı, çekip çıkarma yükü, ultrasonik dalga hızı) ve geçirimlilik (basınçlı su geçirimliliği, kılcal su emme, su emme oranı, gaz ve hızlı klor geçirimliliği, ısı iletkenlik) özellikleri incelenmiştir. Deneysel tasarım, deney tasarımı yöntemlerinden olan Tepki Yüzeyi Yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Belirtilen bağımsız değişkenlerle 0.52 alkali çözelti-cüruf oranı, 400 kg/m3 cüruf dozajı ve 202 cm çökme değeri elde edilebilecek 21 farklı karışım tasarlanmıştır. Bağımsız değişkenlere bağlı olarak elde edilen bağımlı değişkenler (mekanik ve geçirimlilik özellikleri) istatistiksel olarak analiz edilerek, bağımlı değişkenlerle bağımsız değişkenler arasındaki ilişkiyi ortaya koyabilecek regresyon modelleri elde edilmiştir. Elde edilen regresyon modelleri kullanılarak belirlenen objektif fonksiyonlar (mekanik özellikleri maksimum, geçirimlilik özelliklerini minimum) belirlenen kısıtlar altında çoklu objektifli olarak optimize edilmiş ve optimum bağımsız değişken parametreleri belirlenmiştir. Optimum bağımsız değişken değerleri ile laboratuvar ortamında yeniden üretimler gerçekleştirerek teorik olarak elde edilen optimum sonuçların laboratuvar şartlarında ne kadar uygulanabilir olduğu belirlenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda, AAECB mekanik ve geçirimlilik özellikleri üzerinde en etkin bağımsız değişkenin sodyum konsantrasyonu olduğu, gerçekleştirilen çalışmanın kısıtları altında, en optimum üretim koşullarının, sodyum konsantrasyonu %5.92, silikat modülü 1.82, kür sıcaklığı 48.3°C ve kür süresinin de 8.28 saat olduğu belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Alkali Aktivasyonu, Öğütülmüş Granüle Yüksek Fırın Cürufu, Tepki Yüzeyi Yöntemi, Çoklu Objektifli Optimizasyon

In this thesis, mechanical (compressive and split tensile strength, abrasion resistance, pullout capacity and ultrasonic pulse velocity) and transport properties (water permeability depth under pressure, sorptivity, water absorption, gas and chloride ion permeability and thermal conductivity) of alkali activated slag concretes were investigated depend on the independent variables such as sodium concentration, silicate modulus, curing temperature and curing time. An experimental program was conducted by using central composite design method. By keeping constant the alkali solution-slag ratio and slag dosage at 0.52 and 400 kg/m3, respectively, twenty one different concrete mixtures were designed. To find out the relations between the independent and dependent variables, statistically significant regression models were developed. Using the developed regression models, multi objective optimization studies were performed to find out the optimum independent variables values under the defined objective functions and constraints. Verification tests were carried out by using the optimum independent variables to reveal the how theoretically obtained optimum values might be implement in real laboratory conditions. Test results revealed that sodium concentration was the most influential independent variable on the mechanical and transport properties of alkali activated slag concretes. Moreover, it was investigated that optimum values of the sodium concentration, silicate modulus, curing temperature and curing times were %5.92, 1.82, 48.3°C and 8.28 hours, respectively, within the range of current research. Key Words: Alkali activation, Ground granulated blast furnace slag, Response surface method, Multi objective optimization