Geopolimer Beton Atıklarından Elde Edilen Agregaların Geopolimer Betonda Kullanılabilirliğinin Araştırılması

Öz

Çevresel bozulmalar, artan sera gazları, hammaddelerin bilinçsizce ve hızla tüketilmesi gibi sorunlar toplumları sürdürülebilir yeşil bina ve inşaat malzemeleri üretmeye zorlamaktadır. Sürdürülebilir kalkınma ve döngüsel ekonominin çevresel ve finansal faydaları büyük ölçüde atıkların yeniden kullanılması, geri dönüştürülmesi veya bertaraf edilmesine bağlıdır. Bu bağlamda geopolimer beton üstün mekanik ve durabilite özellikleri ve birçok atığı öncül olarak kullanma yetenekleri nedeniyle çevre dostu bir malzeme olarak son yıllarda ilgi görmüştür. Düşük karbon ayak izine sahip olması ve uçucu kül, öğütülmüş granül yüksek fırın cürufu gibi endüstriyel yan ürünlerin ve volkanik esaslı küllerin kullanılması, geopolimer betonun (GPC) geleneksel betona sürdürülebilir bir alternatif olmasını sağlar. Katı atık tesislerinde artan inşaat yıkım atıkları ve doğal kaynakların aşırı kullanımı ekolojik denge için endişe verici seviyeye ulaşmıştır. Bu nedenle beton atıkların geri dönüşümü; katı atık problemlerini çözmenin, ekolojik dengeyi sağlamanın ve doğal hammaddeleri korumanın en etkili yöntemlerinden biridir. Fakat literatürde; geleneksel beton için geri dönüşüm ve yeniden kullanım gibi yaşam sonu stratejileri geniş çapta araştırılmış olsa da bu tür stratejilerin geopolimer beton için uygulanabilirliği yeterli düzeyde araştırılmamıştır. Bu makale, geri dönüştürülmüş geopolimer agregaların fiziksel özelliklerini ve geri dönüştürülmüş agrega ile üretilen geopolimer betonun mekanik özelliklerini inceleyen araştırmaları sunmaktadır. Literatür araştırmaları sonucunda; aynı tane boyutundaki doğal agregalara göre geri dönüştürülmüş geopolimer agregaların su emme oranının yüksek, tane yoğunluğunun düşük, Los Angeles aşınma direncinin düşük, pH değerinin yüksek, potansiyel ASR reaktivitesinin düşük olduğu gözlemlenirken, geri dönüştürülmüş agrega ile üretilen geopolimer betonun mekanik özelliklerinin geleneksel betonun mekanik özelliklerinden daha düşük olduğu gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Sürdürülebilirlik
• geopolimer beton
• geri dönüştürülmüş geopolimer agrega
• beton ve yıkım atığı
• sürdürülebilir yapı malzemeleri

Investigation of Usability of Aggregates Obtained from Geopolymer Concrete Wastes in Geopolymer Concrete

Öz

Problems such as environmental disturbances, increasing greenhouse gases, unconscious and rapid consumption of raw materials force societies to produce sustainable green buildings and construction materials. The environmental and financial benefits of sustainable development and the circular economy largely depend on the disposal of waste or the ability to transform waste into new products. In this context, geopolymer concrete has attracted attention in recent years as an environmentally friendly material due to its superior mechanical and durability properties and ability to use many wastes as a precursor. Having a low carbon footprint and the use of industrial by-products such as fly ash, ground granulated blast furnace slag, and volcanic-based ash make geopolymer concrete (GPC) a sustainable alternative to conventional concrete. Increasing construction demolition wastes and excessive use of natural resources in solid waste facilities have reached an alarming level for the ecological balance. Therefore, recycling of concrete waste; it is one of the most effective methods of solving solid waste problems, maintaining ecological balance, and protecting natural raw materials. But in the literature; although end-of-life strategies such as recycling and reuse for conventional concrete have been widely investigated, the applicability of such strategies for geopolymer concrete has not been adequately investigated. This article presents research examining the physical properties of recycled geopolymer aggregates and the mechanical properties of geopolymer concrete produced with recycled aggregates. As a result of literature research; compared to natural aggregates of the same grain size, it was observed that the water absorption rate of the recycled geopolymer aggregates was high, the grain density was low, the Los Angeles abrasion resistance was low, the pH value was high, and the potential ASR reactivity was low while it was observed that the mechanical properties of geopolymer concrete produced with recycled aggregates were higher than the mechanical properties of conventional concrete.

Anahtar Kelimeler

• Geopolymer Concrete
• Recycled Geopolymer Aggregate
• Concrete and Demolition Waste
• Sustainability
• Sustainable Building Materials

Kaynakça

1. Agrawal, U. S., Wanjari, S. P. ve Naresh, D. N. (2017). Characteristic study of geopolymer fly ash sand as a replacement to natural river sand, Construction and Building Materials,150, pp-681-688.
2. Agrawal, U. S., Wanjari, S. P. ve Naresh, D. N. (2019). Impact of replacement of natural river sand with geopolymer fly ash sand on hardened properties of concrete,Constr. Build. Mater., 209, pp. 499-507.
3. Akbarnezhad, A., Ong, K. C. G., Tam, C. T. ve Zang, M. H. (2013). Effects of the parent concrete properties and crushing procedure on the properties of coarse recycled concrete aggregates, J. Mater. Civ. Eng., 25 (12), pp.1795-1802.
4. Akbarnezhad, A., Mesgari, M. H. S. ve Castel, A. (2015). Recycling of geopolymer concrete, Construction and Building Materials, 101,Part 1, pp. 152-158.
5. Almutairi, A. L., Tayeh, B. A., Adesina, A., Isleem, H. F. ve Zeyad, A. M. (2021). Potential applications of geopolymer concrete in construction: A review, Case Studies in Construction Materials, (15) e00733.
6. Anonim. (2020). K.T.Ü. Maden Mühendisliği Bölümü Maden İşletme Laboratuvarları Eğilme Dayanımı Deneyi, 2019-2020 güz dönemi, https://www.ktu.edu.tr/dosyalar/maden_79937.pdf
7. Anonim. (2019). ALLPLAN; Geopolymer Concrete for the Precast Construction, https://www.bft-international.com/en/artikel/bft_Geopolymer_Concrete_for_the_Precast_Construction_3306843.html
8. Bagheri, A. R. ve Zanganeh, H. (2012). Comparison of rapid tests for evaluation of chloride resistance of concretes with supplementary cementitious materials, J. Mater. Civ. Engg., 64, pp. 1175-1182.

9. Das, S., Saha, P., Jena, S. P. ve Panda, P. (2021). Geopolymer concrete: Sustainable green concrete for reduced greenhouse gas emission – A review, Materialstoday Proceedings.
10. Davidovits, J. (1991). Geopolymers J. Therm. Anal., 37, pp. 1633-1656.
11. Dezfouli, H. R. ve Rangaraju, P. R. (2021). Study on the effect of selected parameters on the alkali-silica reaction of aggregate in ground glass fiber and fly ash-based geopolymer mortars, Construction and Building Materials, 271, pp.121549.
12. Gharzouni, A., Vidal, L., Esseadi, N., Joussein, E. ve Rossignol, S. (2016). Recycling of geopolymer waste: Influence on geopolymer formation and mechanical properties, Materials & Design, 94, pp.221-229.
13. Gökçe, H. S. ve Can, Ö. (2009). Pomza agregasının farklı zamanlardaki su emmelerinin hafif betonun mekanik ve fiziksel özelliklerine etkisi, Journal of Polytechnic, Vol: 12 No: 4 pp.293-298.
14. Göksu, Ç., Akkaya, Y., Sarıbaş, İ. ve İlki, A. (2018). Geri dönüştürülmüş agrega ile elde edilen betonun mekanik özellikleri, Actual Problems in Manufacturing Building Materials and Ways of Their Solution Baku.
15. Hassan, A., Arif, M. ve Shariq, M. (2019). Use of geopolymer concrete for a cleaner and sustainable environment A review of mechanical properties and microstructure-Review, Journal of Cleaner Production, 223, pp.704-728.
16. Ma, C. K., Awang, A. Z. ve Omar, W. (2018). Structural and material performance of geopolymer concrete: a review, Constr. Build. Mater., 186, pp. 90-102.
17. Mesgari, S., Akbarnezhad, A. ve Xiao, J. Z. (2020). Recycled geopolymer aggregates as coarse aggregates for Portland cement concrete and geopolymer concrete: Effects on mechanical properties, Construction and Building Materials 236, pp-117571.
18. Neupane, K. (2022). Evaluation of environmental sustainability of one-part geopolymer binder concrete, Cleaner Materials, 6, pp.100138.
19. Rahman, S. K. ve Al-Ameri, R. (2021). A newly developed self-compacting geopolymer concrete under ambient condition,Constr. Build. Mater., 267, pp.121822.
20. Ramos, F. J. H. T. V., Reis, R. H. M., Grafova, I., Grafov, A. ve Monteiro, S. N. (2020). Eco-friendly recycled polypropylene matrix composites incorporated with geopolymer concrete waste particles, Journal of Materials Research and Technology, 9-3, pp- 3084-3090.
21. Ramos, F. J. H. T. V., Silva, M. H. P., Grafova, I., Grafov, A. ve Monteiro, S. N. (2020). Recycled polypropylene matrix nanocomposites reinforced with silane functionalized geopolymer concrete waste, Journal of Materials Research and Technology, 9-4, pp-7540-7550.
22. Shehata, N., Mohamed, O. A., Sayed, E. T., Abdelkareem, M. A. ve Olabi, A. G. (2022). A Reveiw- Geopolymer concrete as green building materials: Recent applications, sustainable development and circular economy potentials, Science of The Total Environment, 836, pp.155577.
23. Torgal, P. F., Gomes, C. J. ve Jalali, S. (2008). Alkali-activated binders: A review: Part 1. Historical background, terminology, reaction mechanisms and hydration products, J. Constr. Build. Mater., 22, pp.1305-1314. TS EN 1097-6, 2013. Agregaların mekanik ve fiziksel özellikleri için deneyler bölüm 6: Tane yoğunluğu ve su emme oranının tayini. Türk Standardları Enstitüsü. Ankara.
24. TS 706 EN 12620 +A1, 2009. Beton agregaları. Türk Standardları Enstitüsü. Ankara.
25. Tunç, E. T. ve Alyamaç, K. E. (2020). The Effect of Aggregate Type on Los Angeles Abrasion Loss for Different Test Parameters, Fırat Üniversitesi Müh. Bil. Dergisi, 32(1), 1-10.
26. Uygunoğlu, T. (2009). Examination of Alkali-Silica Reaction (ASR) Development in High Ratio Silica Fume Blended Mortars, Electronic Journal of ConstructionTechnologies Vol: 5, No: 2, 2009 (9-16).
27. Younis, K. H., Salihi, K. A. ve Ibrahim, T. K. (2020). An overview of geo-polymer concrete including recycled aggregate, Int. J. Sci. Technol. Res., 9, pp. 6239-6245.
28. York, I. N. ve Europe, I. (2021) Concrete needs to lose its colossal carbon footprint, Nature, 597, pp. 593-594. Zhu, P., Hua, M., Liu, H., Wang, X. ve Chen, C. (2020). Interfacial evaluation of geopolymer mortar prepared with recycled geopolymer fine aggregates, Construction and Building Materials, 259, pp-119849.