3 boyutlu yazıcılar ile üretilmiş sürdürülebilir geopolimerlerin mekanik, durabilite ve çevresel etkilerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical, durability, and environmental performance of sustainable geopolymers produced by 3d printing
- Tez No: 1012262
- Danışmanlar: PROF. DR. MÜCTEBA UYSAL, PROF. DR. LİBERATO FERRARA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Alkali-aktif malzemeler, Anizotrop malzemeler, Atık beton, Baskı malzemeleri, Beton basınç dayanımı, Katmanlı malzeme tanımlanması, Yapı malzemeleri, İnşaat malzemeleri, Alkali-active materials, Anisotrop materials, Waste concrete, Printing materials, Concrete compressive strength, Layered material characterization, Building materials
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Geleneksel Portland çimentosu (OPC) üretiminin neden olduğu yüksek karbon emisyonları ve yoğun enerji tüketimi, inşaat sektörünü çevre dostu alternatifler geliştirmeye yöneltmiştir. Geopolimer teknolojisi ile kalıp ihtiyacını ortadan kaldıran 3B baskı (katmanlı üretim) teknolojisinin entegrasyonu, sürdürülebilir yapı malzemeleri için yenilikçi bir çözüm sunmaktadır. Bu tez çalışmasının ilk aşamasında, 3B baskı sürecine uygun optimum malzeme havuzunun ve ikame oranlarının belirlenmesi amacıyla kapsamlı bir ön deneme serisi oluşturulmuştur. Bu ön çalışmalar kapsamında öncelikle; sürdürülebilir kırmızı çamur-metakaolin esaslı geopolimer kompozitlerde çevre dostu agrega olarak atık mermer tozu (MP), tuğla tozu (BP), seramik tozu (CW), cam tozu (GP) ve pirinç kabuğu külünün (RHA) kullanımı incelenmiş ve bu endüstriyel atıklar farklı oranlarda ikame edilerek mekanik testlere (basınç, eğilme, yarmada çekme) tabi tutulmuştur. Bu ön denemelerden elde edilen mekanik , reolojik ve çevresel bulgular ışığında; ana 3B baskı karışımlarına geçişte bağlayıcı sistem olarak reolojik kararlılığı daha yüksek olan öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufu (GGBS) ve uçucu kül (FA) tercih edilmiş, atık toz olarak ise puzolanik aktivitesiyle öne çıkan seramik tozu (CW) ile cam tozu (GP) seçilmiştir. Bu doğrultuda, ince agrega olarak geri kazanılmış beton agregasının (RCA) kullanıldığı, cüruf esaslı (S) ve cüruf-uçucu kül hibrit (SF) olmak üzere toplam 14 farklı 3B baskı karışım tasarımı üretilerek bağlayıcı sisteme %25, %50 ve %75 oranlarında CW ve GP ikame edilmiştir. Karışımların taze haldeki reolojik ve basılabilirlik performansları; yayılma tablası, inşa edilebilirlik, şekil koruma ve vane kesme gerilmesi deneyleriyle incelenmiştir. Sertleşmiş kompozitlerde, katmanlı üretimin neden olduğu anizotropik davranışı değerlendirmek üzere farklı yükleme yönlerinde (X, Y, Z) basınç ve eğilme dayanımları ile katmanlar arası bağ dayanımı ölçülmüştür. Uzun dönem performansları belirlemek için yüksek sıcaklık (200, 400, 600, 800 °C), donma- çözülme (56 çevrim) ve hızlandırılmış karbonatlaşma testleri uygulanmıştır. Numunelerin mikro-yapısal özellikleri SEM-EDS, UPV ve XRD analizleriyle incelenirken, çevresel sürdürülebilirlikleri Yaşam Döngüsü Analizi (LCA) ile değerlendirilmiştir. Deneysel bulgulara göre, taze hal davranışında CW ikamesi işlenebilirliği artırırken inşa edilebilirliği bir miktar sınırlamış; GP ikamesi ise özellikle yüksek oranlarda şekil koruma yeteneğini artırmasına rağmen ekstrüzyon sorunlarına yol açmıştır. Mekanik test sonuçları, numunelerin baskı yönüne dik yönde en yüksek, katmanlara paralel yönde ise en düşük dayanımı vererek belirgin bir anizotropik davranış sergilediğini göstermiştir. %25 oranındaki CW ve GP ikameleri referans karışımlara kıyasla mekanik özellikleri korumuş veya artırmış, ancak %50 ve %75 ikame oranları dayanımda düşüşe neden olmuştur. Durabilite testlerinde, geopolimer matrisin 400 °C'ye kadar mekanik bütünlüğünü büyük ölçüde koruduğu, ancak 600 °C ve 800 °C'de ciddi mukavemet kayıpları yaşadığı tespit edilmiştir. Donma-çözülme direnci yeterli bulunurken, CW ikamesinin artmasıyla karbonatlaşma derinliğinde artış gözlemlenmiştir. LCA sonuçları, geliştirilen atık bazlı 3B baskılı geopolimerlerin, OPC'ye kıyasla Küresel Isınma Potansiyeli'ni (GWP) %40 ile %50 oranında azalttığını kanıtlamıştır. Sonuç olarak, optimize edilmiş endüstriyel atık ikameli geopolimer sistemlerin, 3B beton baskı teknolojilerinde çevreci ve döngüsel ekonomiye uyumlu bir alternatif olarak başarıyla kullanılabileceği ortaya konmuştur.
Özet (Çeviri)
Carbon emissions and intensive energy consumption associated with conventional Ordinary Portland Cement (OPC) production have driven the construction sector toward developing environmentally friendly alternatives. The integration of geopolymer technology with three-dimensional printing (3D printing or additive manufacturing), which eliminates the need for formwork, offers an innovative solution for sustainable construction materials. In the first stage of this thesis, an extensive preliminary experimental program was established to determine the optimum material pool and replacement ratios suitable for the 3D printing process. Within the scope of these preliminary studies, an investigation of using waste marble powder (MP), brick powder (BP), ceramic powder (CW), glass powder (GP), and rice husk ash (RHA) as eco-friendly aggregate in sustainable red mud- metakaolin based geopolymer composites was carried out, and these industrial wastes were substituted at various ratios and subjected to mechanical tests (compressive, flexural, and splitting tensile strength). Based on the mechanical, rheological, and environmental findings obtained from the preliminary studies, ground granulated blast furnace slag (GGBS) and fly ash (FA), which provide higher rheological stability, were selected as the main binder system for the primary 3D printing mixtures. As waste powders, ceramic powder (CW) and glass powder (GP), which exhibit strong pozzolanic activity, were preferred. Accordingly, a total of 14 different 3D printable mixtures were produced using recycled concrete aggregate (RCA) as fine aggregate, including slag based (S) and slag-fly ash hybrid (SF) systems, with CW and GP incorporated into the binder at replacement levels of 25, 50, and 75 percent. The fresh state rheological and printability performances of the mixtures were evaluated through flow table, buildability, shape retention, and vane shear tests. In hardened composites, compressive and flexural strengths in different loading directions (X, Y, and Z) as well as interlayer bond strength were measured to assess the anisotropic behavior induced by the layerwise production process. Long term performance was investigated through elevated temperature exposure (200, 400, 600, and 800 °C), freeze-thaw resistance (56 cycles), and accelerated carbonation tests. The microstructural properties of the specimens were examined using SEM- EDS, UPV, and XRD analyses, while their environmental sustainability was evaluated through Life Cycle Assessment (LCA). Experimental results indicated that CW replacement improved workability but slightly limited buildability in the fresh state, whereas GP replacement enhanced shape retention particularly at higher replacement levels but caused extrusion related difficulties. Mechanical test results showed a clear anisotropic behavior, with the highest strengths obtained perpendicular to the printing direction and the lowest strengths parallel to the layer interfaces. Replacement levels of 25 percent CW and GP maintained or improved the mechanical performance compared with the reference mixtures, while 50 and 75 percent replacement levels led to strength reductions. Durability results revealed that the geopolymer matrix largely preserved its mechanical integrity up to 400 °C, whereas significant strength losses occurred at 600 and 800 °C. Freeze-thaw resistance was found to be adequate, while increasing CW content resulted in greater carbonation depth. LCA results demonstrated that the developed waste based 3D printed geopolymers reduced Global Warming Potential (GWP) by approximately 40 to 50 percent compared with OPC. Overall, the optimized industrial waste incorporated geopolymer systems were shown to be a viable, environmentally sustainable, and circular economy compatible alternative for 3D concrete printing applications.
Benzer Tezler
- Buğdayda farklı melezleme teknikleri kullanarak tohum tutma oranının saptanılması
Başlık çevirisi yok
İSMAİL TÜZÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
ZiraatUludağ ÜniversitesiTarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİS RUHİ EKİNGEN
- Antakya tarihi ticaret merkezi mekansal yapı değişim ve gelişim sürecinin kent ticaret merkezi planlamasına etkinliği
The Effectiveness of spatial structural chance and development period of the historical trade center of Antakya in the urban trade planning
NEVİN TURGUT
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Şehircilik ve Bölge PlanlamaGazi ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURCAN UYDAŞ
- Ovulasyon indüksiyonu tedavisinde folliküler gelişimin ultrasonografik takibi
Başlık çevirisi yok
MERİH BAYRAM
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Kadın Hastalıkları ve DoğumGazi ÜniversitesiKadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜLAZIM YILDIRIM
- Bazı esterlerin kinetik incelenmesi ve termodinamik parametrelerin belirlenmesi
Kinetic study and detesmination of thermodnamic parameters of some esters
İBRAHİM TAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Kimya MühendisliğiUludağ ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA CEBE