STRONSİYUM ALÜMİNAT KATKILI KOMPOZİT PİGMENT BİLEŞİMİNİN ÇİMENTO ESASLI FOTOLÜMİNESAN HARCIN PERFORMANSINA ETKİSİ

Yıl 2023, Cilt: 5 Sayı: 2, 127 - 153, 31.12.2023

Lütfullah Gündüz , Şevket Onur Kalkan

https://doi.org/10.55440/umufed.1332306

Öz

Parlama efektli ürünlerin gündüz güneş enerjisini soğurması ve gece bu enerjiyi açığa çıkarması ile kullanımı, geceleri daha fazla güvenlik ve aydınlatma amaçlı kullanılan enerjide tasarruf sağlayabilmektedir. Bunun yanında, içeriğinde ışık yayan pigmentler kullanılarak üretilen ürünler, yollar, otoparklar, bisiklet yolları, tehlikeli ve kötü aydınlatılmış bölümler vb. için ek bir sinyalizasyon aracı olarak değerlendirilebilmektedir. Bu bağlamda, optimal olarak seçilmiş malzemeler ve pigmentler ile malzemelere ekstra ışık kaynağı özelliği kazandırılabilmektedir. Bu çalışmada, fotolüminesan pigment içeren bir dizi çimento harcı ve pigment içermeyen bir kontrol harcı üretilerek, fotolüminesan pigment içeren ve içermeyen harçların ve değişen pigment miktarının harçların fiziko-mekanik özelliklerine etkileri incelenmiştir. Çalışmada öncelikle kompozit fotolüminesan pigment (KFP), stronsiyum alüminat (SrAl2O4), titanyum dioksit (TiO2) ve stiren akrilik kopolimer emülsiyonun (SAKE) belli oranlarda karıştırılması ile elde edilmiştir. Daha sonra KFP çimento harcına eklenerek kompozit fotolüminesan harçlar üretilmiştir. Çalışma bulgularına göre, SrAl2O4 oranının artışı harçların basınç dayanımının azalmasına sebebiyet vermektedir. KFP katkılı harçlar yaklaşık 13 saat gün ışığına (06:00-19:30 arası) maruz bırakıldıktan sonra, karanlık bir ortamda ışıma süreleri 576 dakika ile 696 dakika (yaklaşık 9,5-11,5 saat) aralığında tespit edilmiştir. Harçların ışık yayma performansları özellikle KFP içerisinde bulunan SrAl2O4 pigmenti oranı artışına bağlı olarak artmıştır. Bununla birlikte, ışık yayan pigment kompozisyonundaki TiO2 oranı arttıkça, pigment komponentinin ışık yaymadaki etkisinin daha da iyileştiği görülmüştür. Bu çalışma ile, SrAl2O4 ve TiO2’in birlikte kullanımı ile karanlıkta ışık yayabilen çimento harçlarının üretilebildiği tespit edilmiştir. Trafik sinyalizasyon sistemlerindeki yanlış hesaplamalardan kaynaklanan trafik yoğunluğu, günlük yaşamda en sık karşılaşılan problemlerden biridir. Kalabalık nüfuslu şehirlerde daha fazla hissedilen bu problem, nüfusu az olan şehirlerde de hissedilebilmektedir. Bartın ili de bu problemin yaşandığı nüfusu az olan şehirlere örnek olarak verilebilir. Bu çalışmada, Bartın ilindeki trafik sinyalizasyon sistemleri Sabit Zamanlı Kontrol Teknikleri kullanılarak yeniden tasarlanmıştır. Bu kapsamda Bartın ilindeki yoğunluğu en fazla olan sinyalizasyonlu kavşaklar belirlenmiş ve bu kavşaklardan toplanan trafik verileri kullanılarak matematiksel model için girdiler belirlenmiştir. Son olarak bu girdiler kullanılarak bir model çıkarılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Fotolüminesans, fotolüminesan harç, kompozit, pigment, stronsiyum alüminat.

Effect of Strontium Aluminate Added Composite Pigment Composition on the Performance of Cement-Based Photoluminescent Mortar

Öz

The use of afterglow-effect products, as they absorb solar energy during the day time and release this energy at night, can provide more security and energy savings at night for lighting purposes. In addition, products produced using light-emitting pigments can be considered as an additional signaling tool in the dangerous and worst-lit sections of roads, parking lots, and bicycle paths. In this context, with optimally selected materials and pigments, materials can be provided with an extra light source feature. In this study, a series of cement mortars containing photoluminescent pigment and a control mortar without pigment were produced, and the effects of mortars with and without photoluminescent pigments and the varying amount of pigment on the physico-mechanical properties of the mortars were investigated. In the study, firstly, composite photoluminescent pigment (KFP); strontium aluminate, titanium dioxide and styrene acrylic copolymer emulsion were mixed in certain proportions. Then, composite photoluminescent mortars were produced by adding KFP to the cement mortar. According to the study findings, the increase in the strontium aluminate ratio causes a decrease in the compressive strength of the mortars. After the KFP added, mortars were exposed to sunlight for approximately 13 hours (between 06:00-19:30), the glow times were determined in the range of 576 minutes to 696 minutes in a dark environment. The afterglow performances of the mortars were determined in proportion to the ratio of strontium aluminate pigment in the KFP. Also, as the TiO2 ratio in the light-emitting pigment composition increased, it was observed that the effect of the pigment component on light-emitting improved. In this study, it was determined that cement mortars that can emit light in the dark can be produced with the use of strontium aluminate and titanium dioxide together.

Anahtar Kelimeler

Photoluminescence, photoluminescent mortar, composite, pigment, strontium aluminate.

Kaynakça

• [1] M. Mageswari, A. R. Rinisha, and Y. Monisha, “Glowcrete: A Modern Phosphorescent Concrete,” Journal of Emerging Technologies and Innovative Research (JETIR), vol. 8, no. 4, pp. 213-218, Apr. 2021.
• [2] M. Kostic, and L. Djokic, “Recommendations for energy efficient and visually acceptable street lighting,” Energy, vol. 34, no. 10, pp. 1565–1572, Oct. 2009, DOI: 10.1016/j.energy.2009.06.056.
• [3] T. Subramani, R. Sathiyaraj, M. N. Suhail, M. Jestin, and T. S. Sreehari, “Transparent Concrete Concept By Replacing Fine Aggregate Of Waste Glass By Using Admixture In Optical Fibre,” International Journal of Emerging Trends & Technology in Computer Science (IJETTCS), vol. 7, no. 2, pp. 108-115, Apr. 2018.
• [4] X. Yu, C. Zhou, X. He, Z. Peng, and S. Yang, “The influence of some processing conditions on luminescence of SrAl2O4:Eu2+ nanoparticles produced by combustion method,” Materials Letters, vol. 58, no. 6, pp. 1087 ̶ 1091, Feb. 2004, DOI: 10.1016/j.matlet.2003.08.022.
• [5] N. R. Nagdive, and S. D. Bhole, “To evaluate properties of translucent concrete/mortar & their panels,” International Journal of Research in Engineering & Technology, vol. 1, no. 7, pp. 23-30, Dec. 2013.
• [6] G. Ashok, B. Jose ravindraraj, S. Ramesh, and R. Ramkumar, “Perfomance Evaluation On Light Transmitting Concrete (Translucent Concrete),” International Journal of Research in Engineering and Technology, vol. 5, no. 3, pp. 515-521, Mar. 2016.
• [7] S. Sundari, and A. Shriswarnambigai, “Experimental study on Luminescent Concrete,” International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), vol. 8, no. 6, pp. 4188-4196, 2021.
• [8] R. E. Rojas-Hernandez, F. Rubio-Marcos, A. Serrano, A. Del Campo, and J. F. Fernandez, “Precise tuning of the nanostructured surface leading to the luminescence enhancement in SrAl2O4 based core/shell structure,” Scientific Reports, vol. 7, no. 462, pp. 1-9, Mar. 2017, DOI: 10.1038/s41598-017-00541-w.
• [9] R. E. Rojas-Hernandez, M. A. Rodriguez, and J. F. Fernandez, “Role of the oxidizing agent to complete the synthesis of strontium aluminate based phosphors by the combustion method,” RSC Adv., vol. 5, no. 4, pp. 3104–3112, 2015, DOI: 10.1039/C4RA10460A.
• [10] M. P. Anesh, S. K. H. Gulrez, A. Anis, H. Shaikh, M. E. A. Mohsin, and S. M. Al-Zahrani, “Developments in Eu+2-doped strontium aluminate and polymer/strontium aluminate composite,” Advances in Polymer Technology, vol. 33, no. S1, 21436(E1-E9), 2014, DOI: 10.1002/adv.21436.
• [11] M. Pagden, K. Ngahane, and M. S. R. Amin, “Changing the colour of night on urban streets - LED vs. part-night lighting system,” Socio-Economic Planning Sciences, vol. 69, no. 100692, Mar. 2020, DOI: 10.1016/j.seps.2019.02.007.
• [12] A. N. Bone, “Optimization of a Strontium Aluminate,” Oak Ridge National Lab. (ORNL), Oak Ridge, TN (United States), 2017. Available: https://www.osti.gov/servlets/purl/1376499
• [13] Y. Karabulut, A. Canımoğlu, Z. Kotan, O. Akyüz, and E. Ekdal, “Luminescence of dysprosium doped strontium aluminate phosphors by codoping with manganese ion,” J. Alloy. Compd., vol. 583, pp. 91–95, 2014, DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.08.172.
• [14] H. Barghlame, and H. H. Gavgani, “Light Emitting Concrete Composition and Method of Synthesizing Light Emitting Concrete Structure,” U.S. Patent US20170029696A1, Feb., 2, 2017.
• [15] A. Wiese, T. Washington, B. Tao, and J. Weiss, “Assessing the Performance of Glow in the Dark Concrete,” Article in Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board, vol. 2508, no. 1, pp. 31-38, 2015, DOI: 10.3141/2508-04.
• [16] M. Saleem, and N. I. A. Blaisi, “Luminescent concrete composition and product,” U.S. Patent, US20200109089A1, Apr., 9, 2020. https://patents.google.com/patent/US20200109089A1/en
• [17] G. Dipika, S. Kaaviya, S. Kavitha Karthikeyan, and S. Indhumathi, “Exploratory Study On Photo Lumınescence Induced Concrete,” International Journal of Civil Engineering and Technology (IJCIET), vol. 10, no. 3, pp. 622–628, 2019.
• [18] Kaltun. (2023). SMW.115 (KM.01.M.0015) Mika Ürünü Teknik Föyü. [Online]. Available: http://www.kaltun.com.cn/images/Dosyalar/8299a0e4.pdf, Erişim Tarihi: 13.02.2023.
• [19] Kaltun. (2023). SMW.390 (KM.03.M.0090) Mika Ürünü Teknik Föyü. [Online]. Available: http://www.kaltun.com.cn/images/Dosyalar/79ec5093.pdf, Erişim Tarihi: 13.02.2023.
• [20] MikroTeknik. (2023). TiO2 Rutil Ürünü Teknik Föyü. [Online]. Available: http://www.mikroteknik.com.tr/urunler/titan-dioksit-rutil/ Erişim Tarihi: 13.02.2023.
• [21] N. Berik, “Possible Harmfull Effects of Titanium Dioxide and Nano Titanium Dioxide Use on Aquatic Products,” COMU Journal of Marine Science and Fisheries, vol. 1, no. 2, pp. 59-65, 2018.
• [22] A. J. Haider, Z. N. Jameel, and I. H. M. Al-Hussaini, “Review on: Titanium diokside Applications,” Enrgy. Proced., vol. 157, pp. 17–29, Jan. 2019, DOI: 10.1016/j.egypro.2018.11.159.
• [23] L. M. Anaya-Esparza, Z. Villagrán-de la Mora, J. M. Ruvalcaba-Gómez, R. Romero-Toledo, T. Sandoval-Contreras, S. Aguilera-Aguirre, E. Montalvo-González, and A. Pérez-Larios, “Use of Titanium Dioxide (TiO2) Nanoparticles as Reinforcement Agent of Polysaccharide-Based Materials,” Processes, vol. 8, no. 11, pp. 1395, 2020, DOI: 10.3390/pr8111395.
• [24] T. Huang, and S. Gong, “Preparation of Emulsifier-Free Styrene–Acrylic Emulsion via Reverse Iodine Transfer Polymerization,” Polymers, vol. 13, no. 19, pp. 3348, 2021, DOI: 10.3390/polym13193348.
• [25] H. Zhang, H. Yang, J. Lu, J. Lang, and H. Gao, “Study on Stability and Stability Mechanism of Styrene-Acrylic Emulsion Prepared Using Nanocellulose Modified with Long-Chain Fatty Acids,” Polymers, vol. 11, no. 7, pp. 1131, 2019, DOI: 10.3390/polym11071131.
• [26] K. K. Boğazkesen, “PVA lif donatılı çimento esaslı kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi,” Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, TR.
• [27] Kagir harcı- Deney metotları- Bölüm 3: Taze harç kıvamının tayini (yayılma tablası ile), TS EN 1015-3 , 2000.
• [28] Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using 2-in. or [50-mm] Cube Specimens), ASTM C109, 2020.
• [29] Standard Test Method for Density, Absorption, and Voids in Hardened Concrete, ASTM C642, 2017.
• [30] Kâgir harcı - Özellikler - Bölüm 1: Kaba ve ince sıva harcı, TS EN 998-1, 2011.
• [31] C. G. Solís, M. Vallejo, M. Sosa, J. J. B. Alvarado, T. Fraga, G. Fajardo, and L. M. Torres-Martínez, “Development of Photoluminescence White Cement Based Materials and Physic-Mechanical Study,” Research in Computing Science, vol. 149, no. 2, pp. 61-70, 2020.
• [32] M. Naeem, S. Khan, I. Zekker, F. Subhan, M. Salman, ... and A. Khan, “Application of Strontium Aluminate Europium and Dysprosium Doped in Cement Mortar as a Luminescent Material for the Maintenance of Green Environments,” Journal of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste, vol. 27, no. 1, 04022032, 2023, DOI: 10.1061/(ASCE)HZ.2153-5515.0000716.