Yapılarda ısı yalıtımı için geopolimer malzeme üretimi ve karakterizasyonu

Bu doktora tezinde, aktive edici olarak potasyum hidroksit (KOH) ve sodyum metasilikat ile hazırlanan çözeltiler içersine baz malzeme olarak geri dönüşüm ve atık değerlendirme bakımından Kütahya Seyit Ömer Termik Santrali uçucu külü (UK) ve toz alüminyum oksit katılarak karışımlar hazırlanmıştır. Çamur karışımları içersine, köpürtücü ajan olarak metalik alüminyum toz ve çeşitli miktarlarda fumed silika (FS) katılarak farklı kür süreleriyle sertleşmeleri sağlanmıştır. Tüm numunelerin XRD paternlerinde, çözelti malzemelerin çözünerek oluşturduğu yeni kristal yapılar izlenmektedir. Na2SiO3/KOH aktiveli ve D10 kodlu numunelerin SEM görüntülerinde farklı kristal yapılar izlenmektedir. Bu kristal yapılar, EDX analizinden elde eldilen bilgilerinde teyit ettiği alümina silikat jel yapıların içerisinde oluşan 20-300 mikrometre boyutlarındaki gözeneklerin içlerinde geliştiği görülmektedir. Potasyum hidroksit (KOH) aktiveli numunelerde gözenek hacim değerleri, Vtoplam 0,02-0,013 cm3, yüzde olarak mikro gözenek 0,08-0,84 ve mezo gözenek 99,16-99,92 aralığındadır. Sodyum silikat/potasyum hidroksit aktiveli (Na2SiO3/KOH) numunelerde gözenek hacim değerleri, Vtoplam 0,04-0,007 cm3, yüzde olarak mikro gözenek 0,32-1,10 ve mezo gözenek 98,90-99,68 aralığındadır. D10 kodlu numunede gözenek hacim değeri, Vtoplam 0,45 cm3, yüzde olarak mikro gözenek 0,37 ve mezo gözenek 99,63'dır. Gözenek boyut dağılımı KOH aktiveli numunelerde 1,3-8,3 nm Na2SiO3/KOH aktiveli numunelerde 3,2-4,8 nm aralığında ve D10 kodlu numunede ise ortalama 3,8 nm'dir. Yüzey alanı değerilerine baktığımızda, KOH aktiveli numunelerde çok nokta yüzey alanı 1,52-19,14 m2/g aralığında, tek nokta yüzey alanı 1,54-19,06 m2/g aralığında, toplam özgül yüzey alanı 1,52-19,14 m2/g aralığındadır. Na2SiO3/KOH aktiveli numunelerde çok nokta yüzey alanı 1,83-10,20, tek nokta yüzey alanı 1,85-10,11, toplam özgül yüzey alanı 1,83-10,20 m2/g'dır. D10 kodlu numunenin çok nokta yüzey alanı 25,80, tek nokta yüzey alanı 25,84, toplam özgül yüzey alanı 25,80 m2/g'dır. Arşimed prensibinden hareketle kuru numunenin havadaki ağırlığı, su emdirilmiş numunenin su içindeki asılı ağırlığı, suya doymuş numunenin havadaki ağırlığı ölçülmüştür. Ölçüm verileri kullanılarak, Na2SiO3/KOH aktiveli numunelerde kuru birim ağırlıkları 1219-2073 kg/m3 aralığında, su emme % 5,7-33,3 aralığında, görünür açık gözeneklilik % 11,8-40,6 aralığında, kapalı gözeneklilik % 6,7-16,5 aralığında, toplam gözeneklilik ise % 18,5-52,3 aralığında hesaplanmıştır. D10 kodlu numunede, kuru birim ağırlıkları 571 kg/m3, su emme % 83,9, görünür açık gözeneklilik % 47,9, kapalı gözeneklilik % 29,3, toplam gözeneklilik ise % 77,2 olarak bulunmuştur. FT-IR analizlerine baktığımızda tüm numunelerde görünenen 950-1100 cm-1 aralığında bulunan bantlar, geopolimerizasyon reaksiyonuna ve UK'nın çözünerek yeni amorf silika jel oluşturduğuna atfedilen Si-O-M bağlardan (M = Si, Al, K, Na) kaynaklanan asimetrik gerilme titreşimlerini gösterir. Ayrıca, XRD analizinde görülen kristal yapıları teyit edecek şekilde yarı kristall alümina silikat malzemelerin amorf oluşumuna atfedilen Si-O-Si ve Al-O-Si simetrik gerilim titreşimlerini gösteren (~760-560 cm-1) bantlar, UK'ün yeniden yapılanmasını göstermektedir. Na2SiO3/KOH aktiveli numunelerde ısı iletim katsayısı (λ) 0,190 W/m ºK değeri ile NK342 kodlu numune en iyi sonucu vermiştir. D10 kodlu numunenin ısı iletim katsayısı ise 0,085 W/m ºK'dir. Ayrıca D10 kodlu numunenin su buharı geçirgenliği 3 μ ve basınç dayanımı 0,6 N/mm2 bulunmuştur. TS EN ISO 11925-2 küçük alev testine (SFI) benzer bir yöntem ile yapılan testte, ürün üzerinde alev yürümemiştir ve alev kaynağı yüzeyden uzaklaştırıldığında alevin kesildiği görülmüştür. Alev kaynağı uzaklaştırıldıktan sonra malzeme yanmaya devam etmediği için, Alman standardı DIN 4102'ye göre B2 yanmazlık sınıfında olduğunu söyleyebiliriz. Aynı zamanda, test numunemiz 30 sn süre ile açık aleve maruz bırakılarak yanan kısmının yüksekliği yaklaşık 9 cm ölçülmüş ve "B2 sınıfı" olarak değerlendirilmiştir. Testere, maket bıçağı veya benzeri aletlerle kolaylıkla ve düzgünce kesilebildiği için hızlı işlenebilen bir malzemedir. Silikon yapıştırıcı ve çimento esaslı ısı yalıtım levhası yapıştırma harcına tepkisi çok olumlu olmuştur. Ayrıca ısı yalıtım levha sıva harcı ile yapılan uygulamada sıva tutma sıkıntısı yaşanmamış, yüzeyde çatlama ve yırtılma oluşmamıştır. Dolayısıyla adezyon özelliğinin çok iyi olduğu söylenebilir. Sonuç olarak, Kütahya Seyit Ömer termik santrali atık uçucu küllerinin (UK) yapılarda ısı yalıtımı için geopolimer malzeme üretiminde kullanılması ekonomi ve teknolojik özellikler bakımından mümkün olacağı saptanmıştır. Elde edilen polimerik ısı yalıtım malzemesine gerek yapılan karakterizasyon çalışmaları ve gerekse ekonomik analiz sonuçları, bu malzemenin ticari olarak satılan benzerlerinden üstünlüklerini ortaya koymaktadır. Böylece temiz çevreye, düşük karbon salınımına, yerli kaynak esaslı ve ekonomik üretime, ayrıca cari açığa katkıda bulunacak olması bakımından inşaat sektörü için tercih edilen nitelikli bir polimerik ısı yalıtım malzemesi laboratuvar şartlarında üretilmiştir denilebilir.