Properties of super absorbent polymer added alkali activated geopolymer mortars

Abstract

Usage of slags which is released in large quantities in the Iskenderun Region is important in terms of providing sustainable geopolymer production. In this study, Granulated Blast Furnace Slag (YFC) was activated with alkalis and internal curing effect was investigated with addition of Super Absorbent Polymer (SEP), decreasing drying cracks and contribution to the development of strength were investigated. Water impressed sodium polyacrylate-based SEP to the degree of saturation was added 50 gr, 100 gr and 150 gr into geopolymer mixtures. YFC was activated with alkaline solutions with a constant silicate modulus (1.5) and sodium concentration changed to 4%, 6%, 8%. The flow diameter, flexural and compressive strengths and water absorption capacities of the SEP added geopolymers were determined in fresh state of mortar. It was determined that the water absorption rate of 100 gr SEP added geopolymer samples at 6% sodium concentration increased, while their compressive strength was comparable to the control samples. According to the results, it is a BS2/60ºC/50gr sample with a high water absorption capacity (7.4%) and a compressive strength (26.8 MPa), containing 50 gr SEP and cured at 60°C. Sustainable geopolymer samples with a high water absorption rate namely high void content were produced by making use of the water absorption ability of SEP with the strength of YFC with alkali activation.

Keywords

• Super absorbent polymer
• Internal curing
• Geopolymer mortar
• Sustainable production
• Alkaline activation

Süper emici polimer katkılı alkalilerle aktive edilen geopolimer harçların özellikleri

Öz

İskenderun Bölgesi'nde büyük miktarlarda açığa çıkan cürufların kullanımı sürdürülebilir geopolimer üretiminin sağlanması açısından önemlidir. Çalışma kapsamında Granüle Yüksek Fırın Cürufu (YFC) alkalilerle aktive edilmiş ve Süper Emici Polimer (SEP) ilavesi ile içten kürlenme etkisi gerçekleştirilerek kuruma çatlaklarının sayısı ve boyutunun azaltılması ile dayanım artışına katkı sağlanması araştırılmıştır. Sodyum poliakrilat esaslı SEP taneciklerine doyma derecesine kadar su emdirildikten sonra 50 gr, 100 gr ve 150 gr olacak şekilde harç karışımlarına eklenmiştir. Silikat modülü sabit olan (1.5) ve sodyum konsantrasyonu %4, %6, %8 olarak değiştirilen alkali çözeltiler ile YFC aktive edilmiştir. Alkalilerle aktive edilen SEP katkılı harçların taze halde yayılma çapı ve sertleşmiş halde eğilme ve basınç dayanımları ile su emme kapasiteleri belirlenmiştir. %6 sodyum konsantrasyonunda 100 gr SEP içeren geopolimer numunelerin su emme kapasiteleri artarken basınç dayanımlarının kontrol numuneleri ile kıyaslanabilir olduğu belirlenmiştir. Deney sonuçlarına göre hem su emme kapasitesi (%7.4) hemde basınç dayanımı (26.8 MPa) yüksek olan, 50 gr SEP içeren ve 60°C’de kür edilen BS2/60ºC/50gr kodlu numunedir. YFC’nin alkali aktivasyonu ile dayanım kazanması ile SEP’in su emme kabiliyetinden faydalanılarak su emme oranı, dolaylı olarak boşluk miktarı yüksek geopolimer numuneler üretilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Süper Emici Polimer
• İçten Kürlenme
• Geopolimer harç
• Sürdürülebilir üretim
• Alkali aktivasyonu

Kaynakça

1. S. Aydin, Alkalilerle aktive edilmiş yüksek fırın cürufu bağlayıcılı lifli kompozit geliştirilmesi. Doktora Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2010.
2. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Demir Çelik Cüruf Raporu. Türkiye Çelik Üreticileri Derneği,2015.
3. X. Chen, L.S. Chen, J.T. Xu, Research on sodium polyacrylate and its effects on mechanical properties of slag-based geopolymer. In Applied Mechanics and Materials Trans Tech Publications Ltd., 638, 1387-1390,2014. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ AMM.638-640.1387
4. M. Al-Nasra, Concrete made for energy conservation mixed with sodium polyacrylates. International Journal of Engineering Research and Application, 3(5) 601-13, 2013.
5. M. Al-Nasra, M. Daoud, Investigating the use of super absorbent polymer in plain concrete. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering,3(8) 598-603, 2013.
6. T. Manzur, S. Iffat and M. A. Noor, Efficiency of sodium polyacrylate to improve durability of concrete under adverse curing condition, Advances in Materials Science and Engineering. Article ID 685785, 2015. https://doi.org/10.1155/2015/685785.
7. O. Mahmut, M. Emiroğlu, Elazığ ferrokrom cürufunun alkali aktive edilmiş harç üretiminde kullanım potansiyelinin araştırılması. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 28(1), 23-34, 2016.
8. E. Ekinci, İ. Türkmen, Farklı aktivatör ve ham madde değişkenlerinin geopolimer hamurun basınç dayanımına etkisinin incelenmesi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi,(24),169-175,2021. https://doi.org/ 10.31590/ejosat.903895.

9. Z. He, A. Shen, Y. Guo, Z. Lyu, D. Li, X. Qin, M. Zhao and Z. Wang, Cement-based materials modified with superabsorbent polymers: A review. Construction and Building Materials, 225, 569-590, 2019. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.07.139
10. C. Elibol, Alkalilerle aktive edilen çimento esaslı malzemelerin basınç dayanımlarının incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2012.
11. H. T. Türker, M. Balçikanli, İ. H. Durmuş, E. Özbay and M. Erdemir, Microstructural alteration of alkali activated slag mortars depend on exposed high temperature level. Construction and Building Materials, 104, 169-180, 2016.
12. ASTM C109 Standard Test Method for Compressize Strength of Hydraulic Cement Mortar, 1993 Annual Book of ASTM Standards, ASTM, 1916 Race Steet, Philadelphia, PA 19103.
13. TS EN 196-1. “Çimento deney metotları- Bölüm 1: Dayanım”. Türk Standartları Enstitüsü, 2002.
14. D. Snoeck, K. Van Tittelboom, S. Steuperaert, P. Dubruel and N. De Belie, Self-healing cementitious materials by the combination of microfibres and superabsorbent polymers. Journal of Intelligent Material Systems and Structures,25(1), 13-24, 2014. https://doi.org/10.1177/1045389X12438623
15. L. De Meyst, E. Mannekens, K. Van Tittelboom, & N. De Belie, The influence of superabsorbent polymers (SAPs) on autogenous shrinkage in cement paste, mortar and concrete. Construction and Building Materials, 286, 122948, 2021.
16. De Cycloaddıtıon, U. D. L. R., Guillaume TILLET (Doctoral dissertation, Université Claude Bernard-Lyon), 2010.
17. O. A. Düzgün, R. Gül, ve A.C. Aydın, Effect of steel fibers on the mechanical properties of natural lightweight aggregate concrete. Materials Letters, 59:3357-3363, 2005.
18. N. Kabay, Hafif agregalı betonun boşluk yapısının mekanik ve fiziksel özelliklere etkisi. Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora tezi, 2009.
19. T. F Awolusi, L. O Oke, O. O Akinkurolere, D. P. Ubani, R. T. Bamisaye, and O. G Aluko, The application of response surface methodology in understanding the compressive strength and water absorption capacity of sandcrete blocks. Silicon, 1-10,2020.
20. C. Song, Y.C. Choi and S. Choi, Effect of internal curing by superabsorbent polymers–internal relative humidity and autogenous shrinkage of alkali-activated slag mortars. Construction and Building Materials,123,198-206,2016.https://doi.org/ 10.1016/j.conbuildmat.2016.07.007