Alkali Aktivasyon Metoduyla Beton Üretilmesi (Alkali activated slag concrete)

Çimento üretimi sırasında, atmosfere yüksek miktarda karbondioksit (CO₂) ve çeşitli sera gazları salınımı gerçekleştiği bilinmektedir. Bu durum, araştırmacıları beton üretiminde alternatif bağlayıcı kullanılabilirliğini araştırmaya itmiştir. Yüksek granüle fırın curufu (ground granulated blast furnace slag – GGBFS), uçucu kül (fly ash – FA) gibi yapısında silica (SiO₂), alumina (Al₂O₃) ve CaO barındıran malzemelerden çeşitli aktivatörler kullanılarak bağlayıcı özelliği yüksek malzemeler, kısaca alkali-activated slag (AAS) elde edilebilmektedir.

AAS ile üretilen betonlar (geopolymer concrete) yalnızca çevre kirliliğine karşı yarar sağlamakla kalmayıp, portland çimentosu ile üretilen betonlara göre; düşük hidratasyon ısısı, düşük porozite, daha güçlü agrega-çimento arayüzey geçiş bölgesi gibi üstünlükler sağlamaktadır. Alkali-activated slag ile beton üretiminde kullanılan alkalinin tipi, mekanik özellikler açısından çok önemli rol oynamaktadır. Son zamanlarda sodium hydroxide solution (NaOH) ve farklı Na₂SiO₃/NaOH molar solution oranına sahip NaOH ve sodium silicate çözeltisi (Na₂SiO₃) karışımları aktivatör olarak tercih edilmektedir.

Alkali Aktivasyon Metodu

Alkali aktivasyon ile aktive edilecek hammaddenin tipine bağlı olarak farklı mikro yapıya sahip farklı reaksiyon ürünleri oluşturabilmektedir. Bu farklılıklardan dolayı, alkali aktivasyon prosesi iki farklı model ile tanımlanmaktadır. İlk model CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO dörtlü sistemi olup, CaO açısından zengindir. SiO₂/Al₂O₃ ve CaO/Al₂O₃ oranı yaklaşık 3’tür. İkinci modelde orijinal malzeme düsük CaO içeriğine, yüksek SiO₂ ve Al₂O₃ içeriğine sahiptir.

Çeşitli araştırmacılar, kullanılan malzemenin (GGBFS veya FA) Al₂O₃ içeriğinin belirli bir orana kadar yüksek olmasının basınç dayanımına olumlu etkileri olduğunu tespit etmişlerdir. Bununla birlikte, kullanılan aktivatör tipinin de mekanik özellikler üzerindeki etkilerinin büyük olduğunu belirten çok sayıda çalışma göze çarpmaktadır. Örneğin bu yazı dahilinde incelenen çalışmalar ışığında, Al₂O₃ içeriğinin %18 dolaylarında olması ve aktivatör olarak NaOH+Na₂OSiO₃ kombinasyonu tercih edilmesi durumlarnda en iyi mekanik özelliklerin elde edildiği söylenebilir. 

Yararlanılan kaynaklar:

Xiaoguang Y., Wen N., Xufang Z., Yalı W. “Effect of Alkali-Activation on Aluminosilicate Based Cementitious Materials”, Journal of University of Science and Technology Beijing, Mineral, Metallurgy, Material, 15, 796-801, 2008.

Olivia M, Nikraz H. “Properties of fly ash geopolymer concrete designed by Taguchi method.” Materials & Design 2012;36:191–8.

Phoo-ngernkham T, Chindaprasirt P, Sata V, Pangdaeng S, Sinsiri T. “Properties of high calcium fly ash geopolymer pastes containing Portland cement as additive.” Int J Miner Metall Mater 2013;20(2):214–20

Fernández-Jiménez A, Palomo A. “Composition and microstructure of alkali activated fly ash binder: effect of the activator.” Cement and Concrete Research 2005;35(10):1984–92.