Investigation of the use of waste iron powder instead of aggregate in fly ash and blast furnace slag based geopolymer systems

Öz

In this study, the use of waste iron powder in geopolymer mortar samples produced by using fly ash and blast furnace slag was investigated. In the study, waste iron powders were used by replacing the aggregate with 10%, 20% and 30% by weight. The mortar samples produced with fly ash were activated by using sodium hydroxide as an activator and samples were heat cured at 75⁰C and 100⁰C for 24-48 hours. The mortar samples produced with blast furnace slag were activated by using sodium metasilicate as an activator and samples were cured at room temperature in air for 3, 7, 28, and 90 days. After the curing periods the unit weight, flexural and compressive strengths of all mortar samples were determined. In addition, the water absorption and porosity, and abrasion resistance of the samples that gave the best results in both mixing systems were measured. The obtained results showed that while the waste iron powder, which was used as a substitute for aggregate, did not give positive results in blast furnace slag systems, it could contribute positively to abrasion, flexural and compressive strengths in systems produced with fly ash.

Anahtar Kelimeler

• fly ash
• Blast furnace slag
• Waste iron powder
• Geopolymer

Proje Numarası

2209

Uçucu kül ve yüksek fırın cürufu temelli geopolimer sistemlerde atık demir tozunun agrega yerine kullanımının araştırılması

Öz

Bu çalışmada uçucu kül ve yüksek fırın cürufu kullanılarak üretilen geopolimer harç numunelerde atık demir tozu kullanımı araştırılmıştır. Çalışmada atık demir tozları agrega ile ağırlıkça %10, %20 ve %30 oranlarında yer değiştirilerek kullanılmıştır. Uçucu kül ile üretilen harç numunelerde aktivatör olarak sodyum hidroksit kullanılmış ve numuneler 24-48 saat 75 ve 100C’de ısıl küre tabi tutulmuştur. Yüksek fırın cürufu ile üretilen harç numunelerde ise aktivatör sodyum metasilikat kullanılmış ve numuneler 3, 7, 28 ve 90 gün boyunca oda koşullarında kür edilmiştir. Kür süresini tamamlayan tüm harç numunelerin birim ağırlık, eğilme ve basınç dayanımları belirlenmiştir. Ayrıca her iki karışım sisteminde de en iyi sonuçları veren numunelerin su emme ve boşluk oranları ile aşınma dirençleri ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlar, agrega ile ikame edilerek kullanılan atık demir tozunun yüksek fırın cüruflu sistemlerde olumlu sonuçlar vermezken, uçucu kül ile üretilen sistemlerde aşınma, eğilme ve basınç dayanımlarına pozitif katkı sağlayabildiğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• uçucu kül
• yüksek fırın cürufu
• atık demir tozu
• geopolimer

Destekleyen Kurum

TÜBİTAK

Proje Numarası

2209

Teşekkür

Bu çalışma Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından 2209-A Üniversite Öğrencileri Araştırma Projeleri Destekleme Programı kapsamında desteklenmiştir

Kaynakça

1. Abraham, Anu C, and P K Sindhu. 2017. “Optimization of Granite and Iron Powder as Partial Replacement of Fine Aggregate in Concrete.” International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology 6: 7973–81.
2. ASTM C618. 2012. Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use. merican Society for Testing and Material.
3. Atabey, İsmail İsa, Okan Karahan, Cahit Bilim, and Cengiz Duran Atiş. 2020. “Very High Strength Na2sio3 and Naoh Activated Fly Ash Based Geopolymer Mortar.” Cement, Wapno, Beton 2020(4): 292–305.
4. Atiş, C. D. et al. 2015. “Very High Strength (120 MPa) Class F Fly Ash Geopolymer Mortar Activated at Different NaOH Amount, Heat Curing Temperature and Heat Curing Duration.” Construction and Building Materials 96: 673–78.
5. Aydın, Serdar. 2010. “Alkalilerle Aktive Edilmiş Yüksek Fırın Cürufu Bağlayıcılı Lifli Kompozit Geliştirilmesi.” Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi.
6. Bingöl, Şinasi, Cahit Bilim, Cengiz Duran Atiş, and Uğur Durak. 2020. “Durability Properties of Geopolymer Mortars Containing Slag.” Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering 44(S1).
7. Binici, Hanifi, Ahmet H Sevinç, and Hanifi Geçkil. 2015. “ATIK DEMİR TOZU KATKILI HARÇ VE BETONLARIN DURABİLİTE ÖZELLİKLERİ.” Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 30(June): 1–16.
8. BS EN 450-1: 2012. “Fly Ash for Concrete, Part 1: Definition, Specifications and Conformity Criteria.” British Standard.

9. Durak, Ugur et al. 2021. “A New Parameter Influencing the Reaction Kinetics and Properties of Fly Ash Based Geopolymers: A Pre-Rest Period before Heat Curing.” Journal of Building Engineering 35(November 2020).
10. Durak, Uğur et al. 2020. “Influence of Nano SiO2 and Nano CaCO3 Particles on Strength, Workability, and Microstructural Properties of Fly Ash-Based Geopolymer.” Structural Concrete (April 2020): 352–67.
11. Erdoğan, Turhan. 2015. Beton. 5th ed. Ankara, Turkey: Odtü Yayıncılık.
12. Ghannam, Shehdeh, Husam Najm, and Rosa Vasconez. 2016. “Experimental Study of Concrete Made with Granite and Iron Powders as Partial Replacement of Sand.” Sustainable Materials and Technologies 9: 1–9. http://dx.doi.org/10.1016/j.susmat.2016.06.001.
13. Kaya, Mehmet et al. 2020. “Mechanical Properties of Class C and F Fly Ash Geopolymer Mortars.” Journal of the Croatian Association of Civil Engineers 72(04).
14. Kim, Jeong Jin, Young Sun Heo, and Takafumi Noguchi. 2015. “Effect of Iron Powder on Inhibition of Carbonation Process in Cementitious Materials.” ISIJ International 55(7): 1522–30.
15. Neville, Adam M. 2011. London: Pitman Publishing Properties of Concrete, 4th.
16. Özodabaş, Aylin. 2014. “Alkalilerle Aktive Edilmiş Yüksek Fırın Cüruflu Harçların Performansının Geliştirilmesi.” Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi.
17. Provis, J. L. 2014. “Green Concrete or Red Herring? - Future of Alkali-Activated Materials.” In Advances in Applied Ceramics,.
18. Provis, John L., and Jannie S J Van Deventer. 2009. Geopolymers: Structures, Processing, Properties and Industrial Applications Geopolymers: Structures, Processing, Properties and Industrial Applications.
19. Şimşek, Osman. 2004. Beton ve Beton Teknolojisi. Ankara, Turkey: Seçkin Yayıncılık.
20. Taş, H. Hüseyin, Ömer Çoban, and Bülent Topbaşlı. 2013. “ENDÜSTRİYEL DEMİR TALAŞI ATIĞININ BETONUN BAZI MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ.” Constructional Technologies 5(1): 1–11.
21. TS 2824 EN 1338. 2005. Concrete Paving Blocks-Requirements and Test Methods. Ankara, Turkey.
22. TS EN 1015-11. 2000. Mortar Testing Method, Part 11. Measurement of Compressive and Flexural Tensile Strength of Mortar. Ankara, Turkey: TSE.
23. TS EN 1015-3. 2000. Methods of Test for Mortar for Masonry: Part 3. Determination of Consistence of Fresh Mortar (by Flow Table). Ankara, Turkey: TSE.
24. YURT, Ümit, Behçet DÜNDAR, and Emriye ÇINAR. 2020. “Jeopolimer Betonlarda Sülfürik Asit Etkisinin Araştırılması.” Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi.