Geopolymer technology is a new, sustainable approach for producing binding materials
without using any cement content. Cement production has negative environmental
effects in addition to the large amount of energy and nonrenewable resource
consumption; therefore, the use of waste-materials is highly valued in geopolymer
production. Using waste materials for production has the potential to reduce waste
disposal costs and landfills effects on the environment. Within the same context, red
mud (RM) is a waste material that is abundantly available in Turkey and around the
world. Thus, it is critical to investigate the use of RM and other waste materials that
can affect agriculture and groundwater in the construction industry. This study
investigates the strength and durability properties of binary and ternary geopolymer
mortar composites of metakaolin (MK) and three different waste by-products (RM,
rice husk ash, and waste glass powder (GP)), which are abundantly available in Turkey.
Further, this dissertation discusses the effects of high temperature on geopolymer
mortar properties and the impact of adding two different sizes of glass fibers (GFs) by
0.3% volume to a geopolymer produced using MK and partially replaced by RM and
GP. The GFs have been selected due to the cheap price and high flexibility and
strength. Moreover, the dissertation explores the strength properties of the produced
mortar in sea water and sulphate environments. Finally, the effect of the sand-to-binder
(S/B) ratio on the strength and durability properties under different conditions and
environments are investigated. The results indicate that the significant strength
properties of the geopolymer mortar can be obtained by binary and ternary composites
of MK, RM, and GP. The addition of GFs improves the strength properties of the
produced mortar; the addition of 12 mm GFs improves the strength more than that
using the 6 mm GFs. However, S/B ratio affects the strength properties significantly,
and the results indicated that an S/B ratio of 2.5 is better than that of 2.25. The produced
geopolymer is applicable under severe conditions such as high temperature,
magnesium sulphate, freezing–thawing, and sea water environment.
ÖZ:
Jeopolimer teknolojisi, çimento içermeyen bağlayıcı malzemeleri üretmek için yeni ve
sürdürülebilir bir yaklaşımdır. Çimento üretiminde tüketilen yüksek miktarda enerji ve
yenilenemeyen kaynak tüketiminin yanı sıra, çimento üretiminin çevresel etkileri
nedeniyle, jeopolimer üretim yaklaşımında atık malzemelerin kullanılması oldukça
değerlidir. Böyle bir yaklaşım, atık bertaraf maliyetlerini ve çöp depolama alanlarının
çevre üzerindeki etkilerini azaltma potansiyeline sahiptir. Aynı bağlamda kırmızı
çamur, Dünyada ve Türkiye'de çok miktarda bulunan bir atık maddedir. Bu nedenle,
inşaat sektöründe tarımı ve yeraltı suyunu etkileyen kırmızı çamur ve diğer atık
maddelerin kullanımının araştırılması kritik önem taşımaktadır.
Bu çalışma, Türkiye'de önemli miktarlarda bulunan metakaolin ve üç farklı atık yan
ürünün (kırmızı çamur, pirinç kabuğu külü ve atık cam tozu) ikili ve üçlü jeopolimer
harç kompozitlerinin mukavemet ve dayanıklılık özelliklerini araştırmaktadır.
Bu tez ayrıca, jeopolimer harç özellikleri üzerindeki yüksek sıcaklık etkilerini ve
kısmen kırmızı çamur ve atık cam tozu ile değiştirilen metakaolin tarafından üretilen
bir jeopolimere iki farklı boyutta cam elyafı eklemenin etkisini tartışır. Ayrıca, yapılan
harcın deniz suyu ve sülfat ortamlarındaki dayanım özelliklerini araştırır. Son olarak,
bu çalışmada kum/bağlayıcı oranının farklı koşullar ve ortamlarda dayanım ve
dayanıklılık özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır.
Genel olarak sonuçlar, metakaolin, kırmızı çamur ve atık cam tozunun ikili ve üçlü
kompozitleri ile jeopolimer harcın önemli mukavemet özelliklerinin elde
edilebileceğini göstermiştir. Ayrıca cam elyaf ilavesi üretilen harcın mukavemet
özelliklerini iyileştirir; 12 mm uzunluk boyutu, gücü 6 mm'den fazla artırır. Ancak
kum/bağlayıcı oranı dayanım özelliklerini önemli ölçüde etkiler ve sonuçlar 2.5
oranının 2.25'ten daha iyi olduğunu göstermiştir. Ayrıca, üretilen jeopolimer, yüksek
sıcaklık, magnezyum sülfat, donma-çözülme ve deniz suyu gibi dayanıklılık
koşullarında uygulanabilmektedir.
