The Influence of Using Basaltic Pumice Powder as a Binder on the Mechanical Strength of Geopolymer Mortars

Öz

In this study, the influence of 20% and 40% volcanic origin basaltic pumice on the mechanical properties of geopolymer mortars was examined. F-type fly ash and ground granulated blast furnace slag were used as binders, and sodium silicate and sodium hydroxide were used as alkali activators. Compressive and bending strengths, and ultrasonic pulse velocities of geopolymers produced with pumice (P) at 20% and 40% ratios were examined on the 7., 28., and 56. days. Also, effects of different sodium hydroxide molarities (8M, 12M and 16M) on mechanical strengths were investigated. It was found that compressive strength decreases as pumice ratio increases, and compressive strength enhances as sodium hydroxide molarity increases. The highest compressive strength was obtained as 61.62 MPa in the P0-16M sample, while the lowest compressive strength was obtained as 44.14 MPa in the P40-8M sample at 56 days. Geopolymers up to 40% pumice provide the minimum C25/30 concrete compressive strength class that can be used in the construction of structures specified in current standards.

Anahtar Kelimeler

• Basaltic pumice
• Geopolymer
• Compressive strength
• Flexural strength
• Ultrasonic pulse velocity (UPV)

Bağlayıcı Olarak Bazaltik Pomza Tozu Kullanımının Geopolimer Harçların Mekanik Dayanımına Etkisi

Öz

Bu çalışmada, %20 ve %40 oranlarında volkanik kökenli bazaltik pomza kullanımı ile üretilen geopolimer harçların mekanik özelliklerine olan etkisi incelenmiştir. Geopolimer numuneler üretilirken bağlayıcı olarak F-tipi uçucu kül ile yüksek fırın cürufu, alkali aktivatör olarak ise sodyum silikat ile sodyum hidroksit kullanılmıştır. Çalışmada %20 ve %40 oranlarında bağlayıcı malzeme yerine kullanılan pomza (P) ile üretilmiş numunelerin 7., 28., ve 56. günlerde basınç ve eğilme dayanımları, ultrasonik ses geçiş hızları irdelenmiştir. Ayrıca farklı sodyum hidroksit molaritelerinin (8M, 12M ve 16M) mekanik dayanımına olan etkisi araştırılmıştır. Sonuçlara göre, pomza oranı arttıkça basınç dayanımının azaldığı, sodyum hidroksit molaritesi arttıkça da basınç dayanımının arttığı bulunmuştur. 56. günde en yüksek dayanım değerleri P0-16M numunelerinde 61.62 MPa bulunurken, en düşük dayanımsa P40-8M numunelerinde 44.14 MPa bulunmuştur. Bağlayıcı olarak cüruf ve uçucu kül yerine %40 oranlarına kadar bazaltik pomza kullanılarak üretilen geopolimer numuneler, mevcut standartlarda belirtilen yapıların inşasında kullanılabilecek minimum C25/30 beton basınç dayanımı sınıfını sağlamaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Bazaltik pomza
• Geopolimer
• Basınç dayanımı
• Eğilme dayanımı
• Ultrasonik ses geçiş hızı (UPV)

Kaynakça

1. 1. Munir, Q., Abdulkareem, M., Horttanainen, M. & Kärki, T. (2023). A comparative cradle-to-gate life cycle assessment of geopolymer concrete produced from industrial side streams in comparison with traditional concrete. Science of the Total Environment, 865, 161230.
2. 2. Qureshi, L.A., Ali, B. & Ali, A. (2020). Combined effects of supplementary cementitious materials (silica fume, GGBS, fly ash and rice husk ash) and steel fiber on the hardened properties of recycled aggregate concrete. Construction and Building Materials, 263, 120636.
3. 3. Çevik, A. & Niş, A. (2023). Introduction to fiber-reinforced alkali-activated composites. In Advanced Fiber-Reinforced Alkali-Activated Composites, 1-21, Elsevier.
4. 4. Yazıcıoğlu, S., Arıcı, E. ve Gönen, T. (2003). Pomza taşının kullanım alanları ve ekonomiye etkisi, Fırat Üniversitesi DAUM Dergisi, 1, 118-123.
5. 5. Öz, E. (2007). Nevşehir dolaylarında yüzeylenen asidik pomzanın hafif beton agregası olarak kullanılabilirliği. Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, 71.
6. 6. Dolgun, O. (2010). Kendiliğinden yerleşen betonlarda öğütülmüş pomza kullanılabilirliğinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Niğde Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Niğde, 88.
7. 7. Pınarcı, İ. & Kocak, Y. (2022). Hydration mechanisms and mechanical properties of pumice substituted cementitious binder. Construction and Building Materials, 335, 127528.
8. 8. Elmastaş, N. (2012). Türkiye ekonomisi için önemi giderek artan bir maden: Pomza (sünger taşı). Journal of International Social Research, 5(23), 197-206.

9. 9. Aksay, E.K. (2005). İzmir-Menderes yöresi pomza cevherinin kullanımına yönelik teknolojik özelliklerinin araştırılması. Doktora Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, 289.
10. 10. Yıldırım, A.N. (2007). Pomza ve uçucu kül kullanılarak imal edilen hafif betonların agresif su ortamlarında mekanik özelliklerinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 118.
11. 11. Khandaker, M. & Hossain, A. (2002). Properties of volcanic pumice-based cement and lightweight concrete. Cement and Concrete Research, 2478.
12. 12. Yasar, E., Atis, C.D., Kilic, A. & Gulsen, H. (2003). Strength properties of lightweight concrete made with basaltic pumice and fly ash. Materials Letters, 57(15), 2267-2270.
13. 13. Gülşen, H. (2004). Bazaltik pomzanın hafif yapı malzemesi olarak kullanılabilirliği. Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, 73.
14. 14. Türkel, S. & Kadiroğlu, B. (2007). Pomza agregali taşiyici hafif betonun mekanik özelliklerinin incelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 13(3), 353-359.
15. 15. Zeyad, A.M., Tayeh, B.A. & Yusuf, M.O. (2019). Strength and transport characteristics of volcanic pumice powder based high strength concrete. Construction and Building Materials, 216, 314-324.
16. 16. Tahwia, A.M., Aldulaimi, D.S., Abdellatief, M. & Youssf, O. (2024). Physical, mechanical and durability properties of eco-friendly engineered geopolymer composites. Infrastructures, 9(11), 191.
17. 17. Yadollahi, M.M., Benli, A. & Demirboğa, R. (2015). The effects of silica modulus and aging on compressive strength of pumice-based geopolymer composites. Construction and Building Materials, 94, 767-774.
18. 18. Safari, Z., Kurda, R., Al-Hadad, B., Mahmood, F. & Tapan, M. (2020). Mechanical characteristics of pumice-based geopolymer paste. Resources, Conservation and Recycling, 162, 105055.
19. 19. Tahwia, A.M., Abdellatief, M., Salah, A. & Youssf, O. (2025). Valorization of recycled concrete powder, clay brick powder, and volcanic pumice powder in sustainable geopolymer concrete. Scientific Reports, 15(1), 11049.
20. 20. Vafaei, M. & Allahverdi, A. (2016). Influence of calcium aluminate cement on geopolymerization of natural pozzolan. Construction and Building Materials, 114, 290-296.
21. 21. Kurtoglu, A.E., Alzeebaree, R., Aljumaili, O., Nis, A., Gulsan, M.E., Humur, G. & Cevik, A. (2018). Mechanical and durability properties of fly ash and slag based geopolymer concrete. Advances in Concrete Construction, 6(4), 345.
22. 22. Erol, F., Al-mashhadani, M.M., Aygörmez, Y. & Niş, A. (2023). Effect of ceramic waste powder content and sodium hydroxide molarity on the residual mechanical strength of alkali-activated mortars. Materials Chemistry and Physics, 309, 128403.
23. 23. Olivia, M. & Nikraz, H. (2012). Properties of fly ash geopolymer concrete designed by Taguchi method. Materials & Design, 36, 191-198.
24. 24. Balun, B. & Karataş, M. (2021). Influence of curing conditions on pumice-based alkali activated composites incorporating Portland cement. Journal of Building Engineering, 43, 102605.
25. 25. Kabay, N., Mert, M., Miyan, N. & Omur, T. (2021). Pumice as precursor in geopolymer paste and mortar. Journal of Civil Engineering and Construction, 10(4), 225-236.
26. 26. Bakharev, T. (2005). Geopolymeric materials prepared using Class F fly ash and elevated temperature curing. Cement and Concrete Research, 35(6), 1224-1232.
27. 27. Palomo, A., Grutzeck, M.W. & Blanco, M.T. (1999). Alkali-activated fly ashes: A cement for the future. Cement and Concrete Research, 29(8), 1323-1329.
28. 28. Thunuguntla, C.S. & Rao, T.G. (2018). Effect of mix design parameters on mechanical and durability properties of alkali activated slag concrete. Construction and Building Materials, 193, 173-188.
29. 29. Al-Antaki, T.S.W. & Niş, A. (2025). The influences of sulfuric acid and magnesium sulfate attacks on pumice powder incorporated alkali-activated mortars with different sodium hydroxide molarities. Construction and Building Materials, 493, 143136.
30. 30. Neville, A.M. (1995). Properties of concrete. 4th Edition, Addison Wesley Longman Ltd., Essex.
31. 31. Mehmetoğlu, M. (2023). Strength investigation of slag-based geopolymer composites incorporating different amounts of colemanite waste and silica fume under different exposure conditions. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 38(3), 841-849.
32. 32. Gündüz, L. & Kalkan, Ş.O. (2022). Anhidrit III katkısının çimento esaslı harcın performansına etkisi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 37(4), 959-972.