Geopolimer Nedir? Geopolimer Beton ve Malzeme Çeşitleri

Geopolimer

Geopolimer ismi ilk olarak 1978 yılında Fransız bilim adamı Prof. J. Davidovits tarafından inorganik moleküllerin oluşturduğu yapılar için kullanılmıştır. Davidovits daha sonra doğada aglomerasyon ile oluşan kayaçların yapay yollar ile laboratuvarlarda üretilebileceğini göstermiştir.

Geopolimerler inorganik, sert, 1250°C sıcaklığa kadar kararlıdırlar ve yanıcı değildirler. Bu malzemeler, 100°C’den düşük sıcaklıklarda alkali bir çözelti ile aktivasyonu sonucu organik polimerler gibi polikondenleşebilir.

Basit bir yaklaşımla geopolimerizasyon, fırınlanmış kilin yapısında yer alan alüminat ve silikatların oksijen atomu elektronlarını ortak kullanarak kovalent bağlı bileşikler oluşturması şeklinde ifade edilebilir. Geopolimer malzemelerin yapısındaki çoğunlukla ısı ile aktifleştirilmiş olan doğal silikon ve alümin mineraller (alüminyum ve silisyum oksitli bileşikler), alkalin ile aktive edilerek moleküler arası bağları güçlendirilmekte ve polimer meydana getirilmektedir. Geopolimerler kristal ya da amorf yapıda olabilirler. Özellik bakımından doğal kayaçlara benzerler. Bu şekilde elde edilen çimentolara ise alkali aktivasyonlu çimentolar veya inorganik polimer çimento adı verilmektedir.

Geopolimerizasyon, alüminosilikat oksitlerin polimerik Si-O-Al bağları veren alkali polisilikatlarla kimyasal reaksiyonunu içerir.

Geopolimer prosesi özellikle Si, Al, Mg, Ca, P, K, Na gibi mineral moleküllerini içeren monomerlerin birbirleri arasında polikondenzasyonu sonucu oluşan kovalent kompleks zincir bağlı polimerler kurması ile oluşur. 750 ºC’de kalsine olmuş MK kilinin alkali tuz ve alkali silikatlar ile aktifleştirilmesi ile elde edilen çözeltisinin, düşük ısıda (40–100 ºC) fırınlanmasıyla elde edilen ürünler geopolimer malzemelerin en iyi özelliklerini gösterdiği şartlardır.

Geopolimer Malzeme Çeşitleri

Tanımlanmış 9 tip geopolimer malzeme mevcuttur;

1. Camsuyu esaslı geopolimer, polisiloksonat
2. Kaolin hidrosodalit esaslı geopolimer, polisialat
3. MK esaslı geopolimer, poly(sialate-siloxo)
4. Kalsiyum esaslı geopolimer, (Ca, K, Na)-sialate,
5. Kayaç esaslı geopolimer, poly(sialate-multisiloxo)
6. Silika esaslı geopolimer, sialate ve siloxo bağlı poly(siloxonate)
7. UK esaslı geopolimer
8. Fosfat esaslı geopolimer
9. Organik maden esaslı geopolimer

Geopolimer Beton

Geopolimer beton, kuruma rötresi kontrol edilebildiğinde ince ve dar yapı elemanları için kullanımı elverişli, Portland çimentolu betonlara kıyasla hidratasyon ısısı daha düşük, donatı korozyonuna karşı daha etkili ve asit saldırıları karşısında daha dirençlidir. Bu özellikleriyle amorf benzeri cam yapıdaki geopolimer beton özellikle istinat duvarı yapımında, betonarme su tankı, baraj ve öngermeli köprü yapımında, yangın ve ısıya dayanıklı yapı malzemelerinde, sağlığa zararlı kimyasallar ve nükleer atıkların bertaraf edilmesinde ve kimyasallara dirençli ürün yapımında normal betonlara tercih edilmektedir. Kısaca geopolimer betonlar özellikle kimyasal direnç, ısıl direnç ve yangın direncinde Portland çimentolu betonlara göre üstünlüklere sahiptir. Bu özellikleriyle askeri, inşaat, maden ve atık yönetimi gibi alanlarda uygulanma potansiyeline sahiptir.

Geopolimer çimento, yüksek alkali (K-Ca) -Poly (sialate-siloxo) bir çimentodur. Geopolimerizasyon denilen inorganik bir polikondensasyon reaksiyonundan kaynaklanır. Geopolimer çimento, oda sıcaklığında hızla sertleşir ve sadece 4 saat sonra 20 MPa’a kadar basınç dayanımı sağlar. 20°C’de hidrolik bağlayıcı harçlara uygulanan standartlara uygun olarak test edildiğinde 28 günlük basınç mukavemeti, 70-100 MPa aralığındadır. Yüksek erken dayanım, düşük büzülme, donma-çözülme dayanımı, sülfat dayanımı ve korozyon direncini içeren avantajlı özellikleri, onları yüzey bertaraf tesislerinde uzun süreli saklama için ideal kılar. Bu yüksek alkali çimentolar hiçbir alkali-agrega reaksiyonu oluşturmaz.

Geopolimer harçların içeriğinde MK, UK, cüruf ve agreganın yanı sıra alkali aktivasyon maddesi olarak katalizör sıvılar kullanılır. Alkali aktivasyon sisteminde kullanılan farklı kombinasyonlar mevcuttur. Bunlar alkali silika, hidroksit, damıtılmış su vb. olabilmektedir. Bu süreç alümino-silikat malzemelerin geopolimerizasyonu, hammaddenin çözülmesi, taşınma veya oryantasyon ve reaksiyon ürünlerinin polikondenzasyonunu içeren karmaşık bir kimyasal süreçtir. Geopolimer harçlar, standart Portland çimentosu (SPÇ) tabanlı harçların yerini almak için yüksek potansiyele sahip yeni nesil inorganik bağlayıcılardır.

Geopolimer Beton Kullanmanın Avantajları

1. Çevre kirliliğinin az olması, yüksek dayanıklılık gerektiren çevresel koşullara karşı yüksek performansı
2. Geopolimer beton üretimi için gerekli bileşenlerin endüstriyel atıkların geri dönüştürülmesiyle oluşturulduğu için düşük maliyetlerin harcanması
3. Geopolimer beton endüstriyel atıkların geri dönüştürülmesiyle oluşturulan çevre dostu bir ürün olması
4. Portland çimentosunun (OPC) üretimi yapılırken çevreye salınan CO2 gazının geopolimer beton için üretilen bileşenlerin üretiminde açığa çıkmaması
5. Zararlı sera gazı emisyonarının oluşmaması
6. Geopolimer beton ve portland çimentosu ile oluşturulan beton basınç dayanımları karşılaştırıldığında geopolimer betonların aşırı yüksek sıcaklıklara maruz kalması halinde bile önemli bir dayanım kaybının yaşanmaması
7. Geopolimer betonlar portland çimentosu ile oluşturulan betonlarla kıyaslandığında daha az kürlenme sürelerine ihtiyaç duymaktadırlar. Geopolimer betonların içeriğindeki alkali aktivatörlerin erken reaksiyonu sonucu 3-8 saat arasında kürlenme süresiyle mükemmel dayanım özelliklerine sahip sertleşmiş beton elde edilmesi
8. Geopolimer betonların eğilme ve basınç dayanımlarının portland çimentosu ile oluşturulan betonuyla benzerlik göstermesi
9. Geopolimer betonların ısıl işleme karşı yüksek dayanıklılık göstermesi,
10. Asit sülfat saldırına karşı dayanıklı olması
11. Geopolimer betonların yapı elemanı olarak portland çimentosu ile oluşturulan beton ile üretilen yapı elemanlarından beklenen mekanik özelliklere sahip olması
12. Radyoaktif ışınlarının geçirgenliğinin az olması

Kaynhak: Berivan POLAT-GEOPOLİMER HARCIN MİKRO ORGANİZMALAR YARDIMIYLA KENDİLİĞİNDEN İYİLEŞMESİNİN ARAŞTIRILMASI