THE EFFECT OF ZEOLITE ADDITIVE ON GEOPOLYMER MORTARS

Abstract

The CO2 gas released from the chimneys to the atmosphere during cement production causes global warming and threatens the environment. Therefore, scientists work on fly ash-based polymers to minimize carbon emissions and reduce the need for Portland cement in the construction industry. Today, the use of geopolymer mortars as a partial alternative material to replace cementitious mortars is being investigated. In this study, the effect of zeolite admixture on the mechanical properties of fly ash based geopolymer mortars which are poured into 40x40x160 mm prism molds activated with alkali and heat (90oC) was investigated. Firstly, F type fly ash from "Isken Sugözü Power Plant", NaOH (98% purity) and Na2SiO3 (50% purity) and Rilem-Cembureau Standard Sand were mixed in various proportions and zeolite-free geopolymer mixture ratios with the highest strength were determined. Then, the zeolite additive was applied in various proportions of the fly ash in the geopolymer mortar with the highest strength. In order to increase flexural and compressive strengths with different amounts of zeolite additives, experiments were made by changing the amount of alkali activator and alumina silicate in the mixture. At the end of the research, one-day bending and compressive strengths of all samples were determined, and although adding zeolite as an additive into geopolymer mortar does not give strength-increasing strength parameters, it was found that zeolites can be used as green building mortars with lower environmental harmful effects than cement due to their heavy metal ions removal properties.

Keywords

• Geopolymer Mortar
• Zeolite Contribution
• Aluminosilicate
• Alkaline Activator
• Flexural Strength
• Compressive Strength

GEOPOLİMER HARÇLARDA ZEOLİT KATKISININ ETKİSİ

Abstract

Çimento üretiminde bacalardan atmosfere salınan CO2 gazı, küresel ısınmaya neden olmakta ve çevreyi tehdit etmektedir. Bu nedenle bilim insanları, karbon emisyonunu en aza indirmek ve inşaat endüstrisindeki Portland çimentosuna olan ihtiyacı azaltmak için uçucu kül bazlı polimerler üzerinde çalışmaktadırlar. Günümüzde, çimentolu harçların yerine, geopolimer harçların kısmi alternatif bir malzeme olarak kullanımı araştırılmaktadır. Bu çalışmada, 40x40x160 mm’lik prizma kalıplara dökülen alkali ve ısı (90oC) ile aktifleştirilmiş uçucu kül bazlı geopolimer harçlarda zeolit katkısının mekanik özelliklere olan etkisi araştırılmıştır. Öncelikle "İsken Su gözü Enerji Santrali"'nden alınan F tipi uçucu kül, aktivatör olarak NaOH (%98 saflıkta) ve Na2SiO3 (%50 saflıkta) ile Rilem-Cembureau Standart kumu çeşitli oranlarda karıştırılarak dayanımı en yüksek olan zeolitsiz geopolimer karışım oranları tespit edilmiştir. Ardından en yüksek dayanıma sahip geopolimer harç içindeki uçucu külün ağırlıkça çeşitli oranlarında zeolit katkısı yapılmıştır. Farklı miktarlardaki zeolit katkısı ile eğilme ve basınç dayanımlarını arttırabilmek için karışımdaki alkali aktivatör ve alümina silikat miktarları da değiştirilerek deneyler yapılmıştır. Araştırma sonunda tüm numunelerin bir günlük eğilme ve basınç dayanımları belirlenmiş ve geopolimer harç içine katkı olarak zeolit ilave edilmesi dayanımı arttırıcı mukavemet parametrelerini vermese de zeolitlerin, ağır metal iyonlarını yok etme özelliklerinden dolayı çimentoya göre daha düşük çevresel zararlı etki barındıran yeşil yapı harçları olarak kullanılabileceği bulunmuştur.

Keywords

• Geopolimer Harç
• Zeolit Katkısı
• Alüminosilikat
• Alkali Aktivatör
• Eğilme Dayanımı
• Basınç Dayanımı

References

1. Basha S, M., ve Reddy Ch, B., K, V., (2016). Strength behaviour of geopolymer concrete replacing fine aggregates by M- sand and E-waste. International Journal of Engineering Trends and Technology 40(7): 401–7, Doi: 10.14445/22315381/IJETT-V40P265.
2. Bhushan H. Shinde., Dr. Kshitija N. Kadam., (2015). Properties of Fly Ash based Geopolymer Mortar. International Journal of Engineering Research And V4(07), Doi: 10.17577/IJERTV4IS070750.
3. Bi̇ngöl, A , Balanejı, H . (2019). Yüksek Fırın Cürufu Ve Zeolit Katkılı Betonların Sülfat Direncinin Belirlenmesi . Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi , 7 (2) , 254-264 . DOI: 10.21923/jesd.454132
4. Bondar, D., Lynsdale, C.J., Milestone, N.B., Hassani, N., Ramezanianpour, A.A., (2010). Engineering properties of alkali activated natural pozzolan concrete. 2nd International Conference on Sustainable Construction Materials and Technologies: 1093–102, Doi: 10.14359/51664217.
5. Gordes Zeolite., n.d. Clinoptilolite Technical data sheet, (2020). http://zeoproducts.com/assets/catalogues/tech_data_sheet/en/clinoptilolite.pdf.
6. Gülen, J., Zorbay, F., Arslan Yıldız Teknik Üniversitesi, S., Fakültesi, K.-M., Mühendisliği Bölümü, K., (2012). Zeolitler ve Kullanım Alanları. vol. 2.
7. Kaplan, G., Öztürk, A.U., Uğur Kaplan A.B. (2020). Çimento ve Uçucu Kül Bünyesindeki Ağır Metallerin Etkilerinin Hidratasyon ve Çevre Sağlığı Açısından İncelenmesi, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 8(1), 305-313
8. Komisyon., (2001). Sekizinci Beş Yıllık Kalkınma Planı, Madencilik Özel İhtisas Komisyonu Raporu, Endüstriyel Hammaddeler Alt Komisyonu Genel Endüstri Mineralleri II (Mika-Zeolit-Lületaşı) Çalışma Grubu Raporu.

9. M. I. Abdul Aleem, P.D.A., 2012. geopolymer concrete a review 1(2): 20–6, Doi: 10.7323/ijeset/v1.
10. Nikolov, A., Nugteren, H., Rostovsky, I., (2020). Optimization of geopolymers based on natural zeolite clinoptilolite by calcination and use of aluminate activators. Construction and Building Materials 243: 118257, Doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.118257.
11. Nikolov, A., Rostovsky, I., Nugteren, H., 2017. Geopolymer materials based on natural zeolite. Case Studies in Construction Materials 6: 198–205, Doi: 10.1016/j.cscm.2017.03.001.
12. Ortega, E.A., Cheeseman, C., Knight, J., Loizidou, M., 2000. Properties of alkali-activated clinoptilolite. Cement and Concrete Research 30(10): 1641–6, Doi: 10.1016/S0008-8846(00)00331-8.
13. Palomo, A., Grutzeck, M.W., Blanco, M.T., 1999. Alkali-activated fly ashes. Cement and Concrete Research 29(8): 1323–9, Doi: 10.1016/S0008-8846(98)00243-9.
14. Panagiotopoulou, C., Kontori, E., Perraki, T., Kakali, G., (2007). Dissolution of aluminosilicate minerals and by-products in alkaline media. Journal of Materials Science 42(9): 2967–73, Doi: 10.1007/s10853-006-0531-8.
15. Rangan, B.V., 2008. Studies on fly ash-based geopolymer concrete. Malaysian Construction Research Journal 3(2): 1–20.
16. Robina Kouser Tabassum, I., Khadwal, A., 2015. A Brief Review on Geopolymer Concrete. International Journal of Advanced Research in Eduation Technology (IJARET) 2(3): 70–3.
17. Shaikh, F.U.A., (2016). Mechanical and durability properties of fly ash geopolymer concrete containing recycled coarse aggregates. International Journal of Sustainable Built Environment 5(2): 277–87, Doi: 10.1016/j.ijsbe.2016.05.009.
18. Singh, N.B., (2018). Fly ash-based geopolymer binder: A future construction material. Minerals 8(7), Doi: 10.3390/min8070299.
19. Tekin, I., Gencel, O., Gholampour, A., Oren, O. H., Koksal, F., & Ozbakkaloglu, T. (2020). Recycling zeolitic tuff and marble waste in the production of eco-friendly geopolymer concretes. Journal of Cleaner Production, 122298.
20. Terzi̇, S , Büyükdoğaç, E . (2018). Evaluatıon of Zeolıte And Pumıce Waste as Mıneral Aggregate and Fıller for Producıng Lıghtweıght Asphalt Concrete Mıxtures . Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi , 6 (1) , 118-123 . DOI: 10.21923/jesd.311826
21. Türk Standartları Enstitüsü., n.d. TS EN 1015-11 (2020). Kagir harcı - Deney metotları - Bölüm 11: Sertleşmiş harcın basınç ve eğilme dayanımının tayini, n.d.
22. Türk Standartları Enstitüsü., n.d. TS EN 12390-3 ,(2020). Beton - Sertleşmiş beton deneyleri - Bölüm 3: Deney numunelerinin basınç dayanımının tayin, n.d.
23. Villa, C., Pecina, E.T., Torres, R., Gómez, L., (2010). Geopolymer synthesis using alkaline activation of natural zeolite. Construction and Building Materials 24(11): 2084–90, Doi: 10.1016/j.conbuildmat.2010.04.052.
24. Yılmaz, H , Sallı Bi̇deci̇, Ö , Bi̇deci̇, A . (2018). Pomza Agregalı Hafif Beton Özelliklerine Kalsiyum Alüminat Çimentosunun Etkisi Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi , 6 (1) , 154-160 . DOI: 10.21923/jesd.400770
25. Zeolyst International., (2020). Zeolite FAQ’s. https://www.zeolyst.com/about-us/faqs.html. [accessed February 28, 2020].