Kürleme yöntemleri ve kürleme sıcaklıklarının NaOH molaritesi ile ilişkisi ve bunların jeopolimer beton davranışına etkileri

Günlük Yapılar İçin Daha Dayanıklı, Daha Yeşil Beton

Beton evlerden köprülere, kaldırıma kadar her yerde. Ancak geleneksel beton üretimi büyük miktarda karbondioksit salınımına yol açar. Bu çalışma, uçucu kül ve yüksek fırın cürufu gibi endüstriyel yan ürünlerden yapılabilen jeopolimer betonu araştırıyor. Araştırmacılar, bu daha çevreci betonu gerçek binalarda kullanılabilecek kadar dayanıklı hale getirmek için en iyi nasıl “kürleneceğini”—sıcak fırında mı yoksa normal oda sıcaklığında mı—bilmek istediler; amaç enerji kullanımı ve çevresel etkiyi düşük tutmaktı.

Yeni Bir Beton Türünü Sertleştirmenin İki Yolu

Araştırma ekibi, ana bileşen olarak uçucu kül, agrega olarak doğal kum ve çakıl ve sodyum hidroksit ile sodyum silikat esaslı yüksek alkali bir sıvı kullanarak çok sayıda jeopolimer beton partisi üretti. Bazı karışımlara kalsiyum açısından zengin bir başka endüstriyel yan ürün olan öğütülmüş yüksek fırın cürufu (GGBS) de eklendi. Taze beton daha sonra iki farklı yaklaşımla sertleştirildi. Birinde numuneler 45 °C ile 120 °C arasındaki sıcaklıklarda fırına kondu. Diğerinde ise cüruf içeren karışımlar tipik bir iç ortamı andıran yaklaşık 23 °C’de laboratuvarda bırakılarak kürlendi. Bu, enerji yoğun ısı işlemi ile düşük enerjili oda sıcaklığı kürlemesini doğrudan karşılaştırma olanağı sağladı.

Isı ve Kimyasalda Doğru Noktayı Bulmak

Fırında kürlenen numunelerde araştırmacılar kürlemeden sonra betonun basınç, eğilme ve dolaylı çekme yüklerini ne kadar taşıyabildiğini ölçtüler. Açık bir desen buldular: fırın sıcaklığını 45 °C’den 90 °C’ye yükseltmek dayanımı büyük ölçüde artırdı, ancak 120 °C’ye çıkmak betonu yeniden zayıflattı. Mikroskobik görüntüler nedenini gösterdi—yüksek ısı malzemeyi bağlayan kimyasal reaksiyonları hızlandırıyor, fakat aşırı ısı suyu uzaklaştırıp küçük çatlaklar oluşturuyor. Alkali çözeltinin konsantrasyonu da önemliydi: daha güçlü bir sodyum hidroksit çözeltisi (8 veya 10 yerine 12 molar) en yüksek dayanımları verdi; 90 °C’de basınç dayanımları yaklaşık 60–65 MPa civarındaydı, bu da yüksek performanslı yapısal betona karşılaştırılabilirdi.

Oda Sıcaklığı Kürlemesini İşe Yaradılırmak

Oda sıcaklığında kürleme, şantiye ortamlarında çok daha pratiktir; bu yüzden ekip malzemenin ekstra ısı olmadan sertleşmesine yardımcı olacak cüruf miktarını test etti. Ortam koşullarında dayanım hem cüruf içeriğine hem de alkali konsantrasyonuna güçlü biçimde bağlıydı. Bağlayıcı ağırlığının tipik olarak yaklaşık %10–15’i kadar orta miktarda cüruf, kalsiyumca zengin ek bağlayıcı jeller oluşturarak gözenekleri doldurdu ve daha yoğun bir iç yapı üreterek betonu önemli ölçüde güçlendirdi. Çok az cüruf daha yavaş sertleşmeye; çok fazla cüruf ise reaktif uçucu külü seyreltip işlenebilirliği düşürerek dayanımların yeniden düşmesine neden oldu. Sodyum hidroksit konsantrasyonunu 8’den 12 molara çıkarmak, fırın kürlemesi olmasa bile tüm cüruf seviyelerinde dayanımı tutarlı şekilde artırdı.

Betonun İçinde Neler Oluyor

Mikroskobik ölçekte neler olduğunu görmek için araştırmacılar yüksek çözünürlüklü görüntüleme ve kimyasal analiz kullandılar. Cüruf içeren, ortamda kürlenen karışımlarda iç yapı nispeten kompakt görünüyordu; parçaları birbirine bağlayan ve az sayıda gözenek bırakan farklı jel fazlarının bir karışımı mevcuttu. Buna karşılık, cürufsuz ve fırında kürlenen örnekler çok yoğun aluminosilikat jel ağları gösterirken, sıcaklık çok yükseldiğinde daha fazla mikroçatlak içeriyordu. Elementel ölçümler bu farkları doğruladı: cüruf içeren karışımlar daha fazla kalsiyum içeriyor ve oda sıcaklığında kürlemeye elverişli kalsiyumca zengin jeller oluşturuyordu; oysa fırında kürlenen, cürufsuz karışımlar esas olarak ısıya güçlü tepki veren sodyum bazlı aluminosilikat jellere dayanıyordu.

Dayanım, Enerji Kullanımı ve Sürdürülebilirlik Arasında Denge

Tüm verileri istatistiksel analiz dahil bir araya getiren çalışma, hem kürleme yöntemi hem de alkali konsantrasyonunun jeopolimer beton performansını güçlü biçimde etkilediğini gösteriyor. En yüksek tek karışım 12 molar sodyum hidroksit çözeltisiyle yapıldı ve 90 °C’de kürlendi. Yine de aynı alkali düzeyi ve yaklaşık %10 cüruf içeren optimize edilmiş bir oda sıcaklığı karışımı, dış ısı olmadan o dayanımın yüzde üç çeyreğinden fazlasına ulaştı—birçok yapısal kullanım için yeterli—ve böylece geleneksel çimento bazlı betona kıyasla yakıt kullanımı ve iklim etkisini azaltma imkânı sundu. Basitçe söylemek gerekirse: sıcaklık, kimyasal güç ve cüruf içeriğini dikkatle ayarlayarak mühendisler, gerçek dünya inşaatı için yeterince dayanıklı ve aynı zamanda daha az yakıt tüketen, daha düşük iklim etkili jeopolimer betonlar tasarlayabilirler.

Atıf: Özkılıç, Y.O., Mohamud, M.A., Yılmaz, F. et al. The relationship of curing methods and curing temperatures with NaOH molarity and their effects on the behavior of geopolymer concrete. Sci Rep 16, 8346 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39478-4

Anahtar kelimeler: jeopolimer beton, düşük karbonlu inşaat, kürleme sıcaklığı, yüksek fırın cürufu, sürdürülebilir malzemeler