Evaluation of Unit Weight and Compressive Strength of Geopolymer Mortars Obtained with Press Filter Waste and Fly Ash under Different Conditions

Öz

In sugar production industry, the lime obtained from the commercially available limestone is quenched, filtered and used in the production of juice. The excess lime added to the juice is removed from the juice in the carbonation boilers with the help of CO2. The mud part of the remaining muddy juice was precipitated in decanters; filtered with the help of filters. This waste from the filters is called as “Press Filter Waste (PFA)”. In the experimental study, mortar samples were obtained by using standard sand, water, sodium silicate (Na2SiO3), fly ash and PFA in accordance with the literature review performed as preliminary examination. Fresh and hardened mortar properties were evaluated by applying unit weight and compressive strength tests depending on different sieve, curing conditions and water content variables on these mortar samples. Mortar mixtures were prepared with a sand/binder ratio of 3.0. When the compressive strength of PFA10T2S2E1 type samples which are activated with the help of 220 ml alkaline activator and have 75 gr water content and fly ash content passed through 75 µm sieve are evaluated; it has been determined that the compressive strength of 7-day is 18.53 MPa, 28-day is 19.58 MPa and 56-day is 19.78 MPa. When the hardened unit weight of the samples were evaluated (28th day), it was determined that the PFA10T2S2E1 type samples having the highest hardened unit weight were activated with 220 ml Na2SiO3 alkali activator and the fly ash was passed through 75 µm sieve and the water content was 75 gr (1.934 kg/dm3). 

Anahtar Kelimeler

• Waste; press filter waste; geopolymer mortar; unit weight; compressive strength.

Pres Filtre Atığı ve Uçucu Kül ile Elde Edilen Geopolimer Harçların Farklı Koşullar Altında Birim Ağırlığı ve Basınç Dayanımının Değerlendirilmesi

Öz

Şeker üretim endüstrisinde piyasadan temin edilen kireçtaşından elde edilen kireç söndürülerek, süzülür ve üretimde şerbet arıtımında kullanılır. Şerbete ilave edilen fazla kireç ise karbonatlama kazanlarında CO2 yardımı ile şerbetten uzaklaştırılır. Kalan çamurlu şerbetin çamur kısmı ise dekantörlerde çöktürülerek; filtreler yardımı ile süzülür. Filtrelerden çıkan bu atığa “Pres Filtre Atığı (PFA)” adı verilir. Deneysel çalışmada, ön inceleme olarak yapılan literatür taraması doğrultusunda standart kum, su, sodyum silikat (Na2SiO3), uçucu kül ve PFW kullanılarak harç numuneler elde edilmiştir. Bu harç numuneler üzerinde farklı elek, kür koşullarına ve su içeriği değişkenlerine bağlı olarak taze ve sertleşmiş harç özellikleri birim ağırlık ve basınç dayanım testleri uygulanarak, değerlendirilmiştir. Harç numuneler ağırlıkça kum/bağlayıcı oranı 3.0 olacak şekilde hazırlanmıştır. 220 ml alkali aktivatör yardımı ile aktive edilen ve 75 gr su içeriğine ve 75 µm elekten geçen uçucu kül içeriğine sahip olan PFA10T2S2E1 tipi numunelerin basınç dayanımı değerlendirildiğinde; 7 günlük basınç dayanımının 18.53 MPa, 28 günlük 19.58 MPa ve 56 günlük 19.78 MPa olduğu tespit edilmiştir. Numunelerin sertleştirilmiş birim ağırlığı değerlendirildiğinde (28. gün), en yüksek sertleştirilmiş birim ağırlığa 220 ml Na2SiO3 alkali aktivatörü ile aktive edilen, 75 µm elekten geçen uçucu kül ve 75 gr su içeriğine sahip PFA10T2S2E1 tipi numunelerin sahip olduğu tespit edilmiştir (1.934 kg/dm3).

Anahtar Kelimeler

• Atık,Pres Filtre Atığı,Geopolimer Harç,Birim Ağırlık,Basınç Dayanımı

Kaynakça

1. Referans1 Ateşin, Ö., Topçu İ. B., Yüksek dozajda kimyasal katkı kullanımın mikro beton özelliklerine etkisinin analiz ve modellenmesi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Doktora Tezi, 2017, 1.
2. Referans2 Saka R. C., Gökdemir A., Subaşı S., Sepiyolit İkameli Çimentolu Karışımların Mekanik ve Fiziksel Özelliklerinin İncelenmesi, El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, 2018, 5 (2), 682.
3. Referans3 Bashar I. I., Alengaram U. J., Jumaat M. Z., Islam A., Development of sustainable geopolymer mortar using industriaL waste materials, Advances in Functional Materials Conference Proceeding 3, 2016, 125.
4. Referans4 Vejmelkova, E., Konakova, D., Kulovana, T., Keppert, M., Zumar, J., Rovnanikova, P., Kersner, Z., Sedlmajer, M., Cerny, R., Engineering properties of concrete containing natural zeolite as supplementary cementitious materal: Srength, tuoghness, durability, and hygrothermal performance, Cement & Concrete Composites, 2015, 55, 259.
5. Referans5 Sarıbaş İ., Geri Dönüşümlü Agrega Katkılı Beton için Gerilme-Şekil Değiştirme Modeli, El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, 2019, 6 (1), 157.
6. Referans6 Teixeira E.R, Mateus R, Camoes A. F, Bragança L, Branco F. G, Comparative environmental life-cycle analysis of concretes using biomass and coal fly ashes as partial cement replacement material, Journal of Cleaner Production, 2016, 112, 2222-2224.
7. Referans7 Mijarsh M.J.A., Megat Johari M.A., Ahmad Z. A., Compressive strength of treated palm oil fuel ash based geopolymer mortar containing calcium hydroxide, aluminum hydroxide and silica fume as mineral additives, Cement & Concrete Composites, 2015, (60), 65.
8. Referans8 Mallikarjuna Rao G., Gunneswara Rao T.D., Final Setting Time and Compressive Strength of Fly Ash and GGBS-Based Geopolymer Paste and Mortar, Arabian Journal for Science and Engineering, 2015, (40), 3067.

9. Referans9 Budh C.D., Warhade N.R., Effect of Molarity on Compressive Strength of Geopolymer Mortar, International Journal of Civil Engineering Research, 2014, (5), 83.
10. Referans10 Özdemir İ., Koçak Y., Pirinç Kabuğu Külü İkameli Çimentoların Fiziksel ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması, El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, 2020, 7 (1), 160.
11. Referans11 Juenger Maria C.G, Siddique R, Recent advances in understanding the role of supplementary cementitious materials in concrete, Cement and Concrete Research, 2015, 78, 71.
12. Referans12 Kürklü G., Oda Sıcaklığında Kür Edilen Granüle Yüksek Fırın Cüruflu Geopolimer Harçların Fiziksel ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2016, 16 (025604), 357.
13. Referans13 Yıldırım K., Sümer M., Subaşı S., Hafif Beton Üretiminde Granüle Edilmiş Fındık Kabuğunun Kullanılabilirliğinin Araştırılması, El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, 2018, 5 (2), 510.
14. Referans14 Singh B., Ishwarya G., Gupta M., Bhattacharyya S.K., Geopolymer concrete: A review of some recent developments, Construction and Building Materials, 2015, (85), 79.
15. Referans15 Djobo J. N. Y., Elimbi A., Tchakouté H. K., Kumar S., Mechanical properties and durability of volcanic ash based geopolymer mortars, Construction and Building Materials 124, 2016, 606.
16. Referans16 Izquierdo, M., Querol, X., Davidovits, J., Antenucci, D., Nugteren, H., Fernandez-Perei, C., Coal fly ash-slag-based geopolymers: microstructure and metal leaching, J. Hazard. Mate, 166, 2009, 562.
17. Referans17 Van Deventer, J.S.J., Provis, J.L., Duxson, P., Lukey, G.C., Reaction mechanisms in the geopolymeric conversion of inorganic waste to useful products, J. Hazard.Mater 139, 2007, 508.
18. Referans18 Li Z., Ding Z., Zhang Y., Development of sustainable cementitious materials, International Workshop on Sustainable Development and Concrete Technology Conference Proceedings, 2004, 56.
19. Referans19 Montes C., Allouche E. N., Evaluation of the potential of geopolymer mortar in the rehabilitation of buried infrastructure, Structure and Infrastructure Engineering, Maintenance, Management, Life-Cycle Design and Performance 8, (1), 2012, 90.
20. Referans20 Bondar D., Lynsdale C. J., Milestone N. B., Hassani N., Ramezanianpour A. A., Engineering Properties of Alkali-Activated Natural Pozzolan Concrete, Aci Materials Journal Technical Paper, 2011, 108-M08, 1.
21. Referans21 Ghafoori N., Najimi M., Radke B., Natural Pozzolan-based geopolymers for sustainable construction, Environmental Earth Sciences, 2016, 75, (1110), 2.
22. Referans22 Topçu, İ. B., Canbaz, M., Alkali aktivite edilmiş yüksek fırın cüruflu harçlarda donma çözülme, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2018, 2, 1-16.
23. Referans23 Görhan G., Kürklü G., Alkali Tuz İçeriğinin Geopolimer Cephe Kaplama Malzemesi Özelliklerine Etkisi, 7. Ulusal Çatı & Cephe Sempozyumu, Yıldız Teknik Üniversitesi, Beşiktaş – İstanbul, 3– 4 Nisan 2014, 2.
24. Referans24 Binici H., Eken M., Aksoğan O., Cüruf, Uçucu Kül, Silis Kumu ve Pomza Esaslı Geopolimerlerin Fiziksel, Mekanik Ve Radyasyon Geçirgenlik Özellikleri, Yapı Teknolojileri Elektronik Dergisi 2012, 8 (2), 13.
25. Referans25 Wazien, A. Z. W., Abdullah M. M. A. B., Razak R. A., Mohd Remy Rozainy M.A.Z., Tahir M. F. M., Strength and Density of Geopolymer Mortar Cured at Ambient Temperature for Use as Repair Material, International Conference on Innovative Research, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 133, 2016, 2.
26. Referans26 Atiş, C. D., İlkentapar S., Görür E. B., Karahan, O., Alkali ile aktifleştirilen uçucu kül geopolimer harcın mekanik özellikleri üzerine ısıl kür süresinin etkisi, 9. Ulusal Beton Kongresi, 2015, 273-281.
27. Referans27 Topçu, İ. B., Toprak M. U., Alkalilerle aktive edilen taban küllü hafif harç üretimi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2009, 2, 153-164.
28. Referans28 Huseien, G., F., Mirza, J., Ismail, M., Hussin, M., W., Influence of different curing temperatures and alkali activators on properties of GBFS geopolymer mortars containing fly ash and palm-oil, Construction and Building Materials, 2016, 125, 1229-1240.
29. Referans29 Arenas-Piedrahita J.C., Montes-Garcia P., Mendoza-Randel J.M., Lopez-Calvo H.Z., Valdez Tamez P.L., Martinez-Reyes J., Mechanical and durability properties of mortars prepared with untreated sugarcane bagasse ash and untreated fly ash, Construction and Building Materials, 2016, 105, 69-75.