Geopolimer teknolojisi kullanılarak ultra yüksek performanslı betonun sürdürülebilirliğinin artırılması

Abstract

Bu çalışmada, Portland çimentosu matristen tamamen çıkarılarak uçucu kül, yüksek fırın cürufu ve silis dumanı gibi endüstriyel yan ürünlerin alkali aktivasyonuyla üretilen Ultra Yüksek Performanslı Geopolimer Betonun (UYPGB) özellikleri araştırılmıştır. Deneysel çalışmalarda toplam bağlayıcı, su ve çelik lif miktarları sabit tutulup, uçucu kül/yüksek fırın cürufu oranı, sodyum silikat/sodyum hidroksit (SS/SH) oranı ve sodyum hidroksit molaritesi değişken parametreler olarak seçilmiştir. Bu doğrultuda hazırlanan 15 farklı karışımın taze haldeki yayılma değerleri ve etüv (60°C), buhar (60°C) ve oda sıcaklığı (20°C) kür koşullarındaki 7 ve 28 günlük basınç dayanımları incelenmiştir. Deneysel sonuçlar, mekanik dayanım açısından en uygun sodyum silikat/sodyum hidroksit oranının 2.5 olduğunu ortaya çıkarmıştır. 14 molariteye sahip etüv kürlü numuneler 114 MPa basınç dayanımına ulaşarak en yüksek basınç dayanımını vermiştir. Çalışmanın en önemli bulgularından biri ise herhangi bir nem veya ısıl işlem uygulanmadan, 20°C oda sıcaklığında kürlenen karışımların 105 MPa ve 101 MPa değerlerini görerek 100 MPa sınırını aşmasıdır. Çevresel etki hesaplamalarına göre, çimento içermeyen UYPGB karışımı, geleneksel ultra yüksek performanslı betona (UHPC) kıyasla karbon emisyonunu %49.01 oranında azaltarak metreküp başına 342.38 kg CO₂ tasarrufu sağlamaktadır. Bu emisyon düşüşünün ulusal ölçekteki karşılığı incelendiğinde; yıllık bazda yaklaşık 48 milyon ton karbondioksit salınımının önüne geçilebileceği, bu miktarın da 10.4 milyon binek aracın trafikten çekilmesine veya 2.17 milyar yetişkin ağacın karbon absorbe kapasitesine denk geldiği belirlenmiştir. Elde edilen bulgular, işlenebilirlik ve yüksek mukavemet özelliklerinden ödün vermeden, inşaat sektöründe düşük karbonlu ve çevre dostu ultra yüksek performanslı betonun üretilebileceğini ortaya koymaktadır.In this study, the properties of Ultra-High Performance Geopolymer Concrete (UHPGC), produced by the alkaline activation of industrial by-products (fly ash, ground granulated blast furnace slag, and silica fume) while completely eliminating Portland cement from the matrix, were investigated. Throughout the experimental program, total binder, water, and steel fiber contents were kept constant; whereas fly ash/slag ratio, sodium silicate/sodium hydroxide (SS/SH) ratio, and sodium hydroxide molarity were selected as the variable parameters. Accordingly, the fresh-state slump-flow values of 15 different mixtures, as well as their 7 and 28-day compressive strengths under oven (60°C), steam (60°C), and ambient (20°C) curing conditions, were examined. Experimental results revealed that the optimum sodium silicate/sodium hydroxide ratio in terms of mechanical strength was 2.5. The ovencured specimens with 14 Molarity reached a compressive strength of 114 MPa, yielding the highest mechanical performance. One of the most significant findings of this study is that the mixtures cured at 20°C ambient room temperature, without requiring any moisture or thermal treatment, surpassed the 100 MPa threshold, achieving strengths of 105 MPa and 101 MPa. According to environmental impact assessments, the cement-free UHPGC mixture reduces carbon emissions by 49.01% compared to conventional ultra-high performance concrete (UHPC), providing a CO₂ savings of 342.38 kg per cubic meter. When evaluating the implications of this emission reduction on a national scale, it was determined that approximately 48 million tons of carbon dioxide emissions could be prevented annually. This quantity is equivalent to taking 10.4 million passenger vehicles off the road or the carbon absorption capacity of 2.17 billion mature trees. Overall, the findings demonstrate that low-carbon and eco-friendly ultra-high performance concrete can be successfully produced in the construction sector without compromising workability and high strength characteristics.