Jeopolimer Betonlarda Sülfürik Asit Etkisinin Araştırılması

Abstract

İnşaat sektörünün önemli malzemelerinden biri olan çimento üretimi için yüksek miktarlarda enerji harcanmaktadır. Çimento üretiminin zararlı etkilerini azaltmaya yönelik araştırmalar yapılmaktadır.  İnşaat sektöründe çok fazla kullanım alanı olan çimentolu kompozitler için alternatif olabilecek çevreci çözümler tercih edilebilir. Çimento kullanılmadan üretilecek yapı malzemeleri çimento üretim miktarını azaltarak küresel ısınmanın zararlı etkilerini azaltacaktır. Üretilecek çevreci ürünlerin dayanım ve durabilite özellikleri açısından hâlihazırda kullanılan yapı malzemelerinin yerine geçebilecek nitelikte olması beklenmektedir. Bu çalışmada demir çelik fabrikalarının bir atığı olan Öğütülmüş Yüksek Fırın Cürufu (ÖYFC), Sodyum Hidroksit (NaOH), Sodyum Silikat (Na2SiO3), agrega, hiperakışkanlaştırıcı ve su kullanılarak yüksek dayanımlı (65-85 MPa) jeopolimer betonlar üretilmiştir. Sertleşmiş jeopolimer numuneler, asit saldırılarına karşı dayanıklılık özelliklerini belirlemek amacıyla 0,5M, 1M ve 1,5 M’lık Sülfürik Asit (SA) çözeltisi içerisinde 1, 7, 14, 21 ve 28 gün süresince asit etkisine maruz bırakılmıştır. Jeopolimer numunelerin ağırlık kayıpları, su emme ve porozite değerleri belirlenmiştir. Sonuç olarak numunelerin asitte kalma süreleri arttıkça su emme, porozite ve ağırlık kayıp oranlarında artış gözlemlenmiştir. Su emme -ağırlık kaybı arasındaki ilişkiye benzer şekilde su emme –porozite arasında da istatiksel olarak doğrusal bir ilişki olduğu görülmüştür.

Keywords

• Asit Etkisi
• Jeopolimer Beton
• Porozite
• Sülfürik Asit
• YFC

Investigation of Sulfuric Acid Effect in Geopolymer Concrete

Abstract

High amounts of energy are used for cement production, which is one of the important materials of the construction sector. Research is carried out to reduce the harmful effects of cement production. For the cementitious composites which have a lot of usage in the construction sector, alternative solutions which may be an alternative may be preferred. Building materials to be produced without the use of cement will reduce the amount of cement production and reduce the harmful effects of global warming. The environmental products to be produced instead of cementitious composites are expected to replace the currently used building materials in terms of strength and durability properties. In this study, high strength (65-85 MPa) geopolymer concretes were produced by using Blast Furnace Slag (BFS), sodium hydroxide (NaOH), sodium silicate (Na2SiO3), aggregate, hyper plasticizer and water. Hardened concrete specimens were subjected to acid effect in 0.5M, 1M and 1.5M Sulfuric Acid (SA) solution for 1, 7, 14, 21 and 28 days to determine their durability to acid attacks. Weight loss, water absorption and porosity values of geopolymer concrete specimen on days 1, 7, 14, 21 and 28 were determined. As a result, increasing acid exposure times increased water absorption, porosity, and weight loss rates. Similar to the relationship between water absorption and weight loss, a statistically linear relationship was found between water absorption and porosity.

Keywords

• Acid Effect
• Geopolymer Concrete
• Porosity
• Sulfuric Acid
• BFS

References

1. [1] Y. Ümit, M. EMİROĞLU, B. ÇOMAK, and M. YÜKSEK, "Kriyojenik Sıcaklık Koşullarının Kendiliğinden Yerleşen Betonların Mekanik Ve Fiziksel Özelliklerine Etkisi," El-Cezeri Journal of Science and Engineering, vol. 3, no. 2, 2016.
2. [2] Ü. YURT and M. EMİROĞLU, "Kendiliğinden Yerleşen Betonların Düşük Sıcaklıklardaki Davranışının Tahribatsız Yöntemlerle İncelenmesi," Akademik Platform Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, vol. 6, no. 3, pp. 8-15, 2018.
3. [3] C. L. Page and M. M. Page, Durability of concrete and cement composites. Elsevier, 2007.
4. [4] V. r. Zivica and A. Bajza, "Acidic attack of cement based materials — a review.: Part 1. Principle of acidic attack," Construction and Building Materials, vol. 15, no. 8, pp. 331-340, 2001.
5. [5] M. Alexander, A. Bertron, and N. De Belie, Performance of cement-based materials in aggressive aqueous environments. Springer, 2013.
6. [6] B. Baradan and S. Aydın, "Betonun Durabilitesi (Dayanıklılık, Kalıcılık)," Beton 2013 Hazır Beton Kongresi, pp. 265-288, 2013.
7. [7] P. Basheer, S. Chidiact, and A. Long, "Predictive models for deterioration of concrete structures," Construction and Building Materials, vol. 10, no. 1, pp. 27-37, 1996.
8. [8] J. Marchand, I. Odler, and J. P. Skalny, Sulfate attack on concrete. CRC Press, 2001.

9. [9] Y. Fan, Z. Hu, and H. Luan, "Deterioration of tensile behavior of concrete exposed to artificial acid rain environment," Interaction and multiscale mechanics, vol. 5, no. 1, pp. 41-56, 2012.
10. [10] M. Santhanam, M. D. Cohen, and J. Olek, "Sulfate attack research—whither now?," Cement and concrete research, vol. 31, no. 6, pp. 845-851, 2001.
11. [11] B. Dündar, İ. İ. Atabey, And Y. Ümit, "Osmaniye İlinde Hazir Beton Santrallerinde Üretilen Beton Kalitelerinin İstatistiksel Olarak Değerlendirilmesi," Selçuk-Teknik Dergisi, vol. 16, no. 2, pp. 71-86, 2017.
12. [12] H. Toutanji, L. Zhao, and Y. Zhang, "Flexural behavior of reinforced concrete beams externally strengthened with CFRP sheets bonded with an inorganic matrix," Engineering Structures, vol. 28, no. 4, pp. 557-566, 2006.
13. [13] H. Toutanji and Y. Deng, "Comparison between organic and inorganic matrices for RC beams strengthened with carbon fiber sheets," Journal of Composites for Construction, vol. 11, no. 5, pp. 507-513, 2007.
14. [14] J. L. Provis and J. S. Van Deventer, Alkali activated materials: state-of-the-art report, RILEM TC 224-AAM. Springer Science & Business Media, 2013.
15. [15] J. S. van Deventer, J. L. Provis, P. Duxson, and D. G. Brice, "Chemical research and climate change as drivers in the commercial adoption of alkali activated materials," Waste and Biomass Valorization, vol. 1, no. 1, pp. 145-155, 2010.
16. [16] C. Shi, D. Roy, and P. Krivenko, Alkali-activated cements and concretes. CRC press, 2003.
17. [17] M. Zhang, M. Zhao, G. Zhang, D. Mann, K. Lumsden, and M. Tao, "Durability of red mud-fly ash based geopolymer and leaching behavior of heavy metals in sulfuric acid solutions and deionized water," Construction and Building Materials, vol. 124, pp. 373-382, 2016.
18. [18] B. B. Jindal, "Investigations on the properties of geopolymer mortar and concrete with mineral admixtures: A review," Construction and Building Materials, vol. 227, p. 116644, 2019.
19. [19] T. Bakharev, "Durability of geopolymer materials in sodium and magnesium sulfate solutions," Cement and Concrete Research, vol. 35, no. 6, pp. 1233-1246, 2005.
20. [20] M. Komljenović, Z. Baščarević, N. Marjanović, and V. Nikolić, "External sulfate attack on alkali-activated slag," Construction and Building Materials, vol. 49, pp. 31-39, 2013.
21. [21] F. Shahrajabian and K. Behfarnia, "The effects of nano particles on freeze and thaw resistance of alkali-activated slag concrete," Construction and Building Materials, vol. 176, pp. 172-178, 2018.
22. [22] Z. Sun, X. Lin, and A. Vollpracht, "Pervious concrete made of alkali activated slag and geopolymers," Construction and Building Materials, vol. 189, pp. 797-803, 2018.
23. [23] Y. J. Patel and N. Shah, "Enhancement of the properties of Ground Granulated Blast Furnace Slag based Self Compacting Geopolymer Concrete by incorporating Rice Husk Ash," Construction and Building Materials, vol. 171, pp. 654-662, 2018.
24. [24] Beton-Sertleşmiş beton deneyleri-Bölüm 4: Basınç dayanım Deney makinelerinin özellikleri, 2002.
25. [25] Ön yapımlı beton mamuller-Cam elyaf takviyeli çimento (ctc) deney metodu-Bölüm 6: Suya daldırma yoluyla su emme ve kuru yoğunluk tayini 1999.
26. [26] S. T. YILDIRIM, "Lif takviyeli betonların performans özelliklerinin araştırılması/The investigation of performance characteristics of reinforced concretes," 2002.