INVESTIGATION OF THE EFFECT OF BLAST FURNACE SLAG, GLASS POWDER AND METAKAOLIN ADDITIONS ON THE ALKALINE ACTIVATION OF KAOLINITE

Abstract

ABSTRACT

I extend my sincere thanks and appreciation to Dr. Suleyman YAŞIN for his scientific and moral support. I wish him success from the bottom of my heart. Many thanks are also extended to all faculty members at the Institute of Graduate program and the Department of Metallurgy and Materials Engineering.

We acknowledge the Karabuk University, Turkey. This work was supported by “Karabuk University Scientific Research Projects Coordination Unit” under the project number (FYL-2020-2292).

I also extend my sincere thanks and gratitude to everyone who supported me during the master’s degree, especially my mother, father and my family. In the end, I would like to thank the generous Turkish people for their embrace and hospitality during my stay in Turkey.

Kaolin based (hydrosodalite based) geopolymers are promising to produce greener building materials. In this thesis, kaolin based geopolymers with different amount of GGBFS, metakaolin and glass powder additions up to 40wt.% was produced and investigated to overcome the problems related to low reactivity of kaolin such as low strength. The samples produced by alkaline activation with NaOH solution and heat curing at 150 °C for 2h. Compressive strength, water-resistant, water absorption, FTIR, XRD, DTA-TG and SEM analyses were performed on the samples.

The sample with 30wt.% metakaolin exhibited a highest compressive strength (14 MPa). GGBFS addition were also enhanced the compressive strength. Sample with 20wt.% GGBFS showed 11.2 MPa, whereas the reference sample showed 3.1 MPa.

Glass powder additives didn’t lead to a significant enhancement in the compressive strength. The water-resistant test showed good result for all samples, but the best values obtained with GGBFS addition. The results of the analytic tests such as XRD and FTIR proved the formation of the hydrosodalite phase as well as the presence of un-reacted kaolinite. DTA-TG analysis revealed that the thermal behavior of the samples was affected by the additives. SEM investigation showed the formation of hydrosodalite, remained kaolinite and microcracks. Results showed that the metakaolin and GGBFS are useful promoter for kaolin (hydrosodalite) based geopolymers produced by heat curing.

ÖZET

Kaolin bazlı (hidrosodalit bazlı) jeopolimerler, daha çevreci yapı malzemelerinin üretilebilmesi için umut vericidir. Bu tezde düşük mukavemet gibi kaolinin düşük reaktivitesiyle ilgili sorunların üstesinden gelmek için ağırlıkça % 40'a varan farklı miktarlarda GGBFS, metakaolin ve cam tozu ilaveleri içeren kaolin bazlı jeopolimerler üretilmiş ve incelenmiştir. Numuneler NaOH solüsyonu ile alkali aktivasyon ve 2 saat 150 ° C sıcaklıkta kür işlemi ile üretilmiştir. Numuneler üzerinde basma dayanımı, suya dayanıklılık, su emme, FTIR, XRD, DTA-TG ve SEM analizleri yapılmıştır.

Ağırlıkça %30 metakaolin içeren numune en yüksek basma dayanımı (14 MPa) sergilemiştir. GGBFS ilavesi de basma dayanımını artırmıştır. Referans numune 3,1 MPa basma dayanımı gösterirken ağırlıkça % 20 GGBFS içeren numune 11,2 MPa basma dayanımı göstermiştir. Cam tozu ilavesi numunelerin basma dayanımında önemli bir artışa neden olmamıştır. Suya dayanıklılık testi tüm numuneler için iyi sonuç göstermiştir, ancak en iyi değerler GGBFS ilavesi ile sağlanmıştır. XRD ve FTIR gibi analitik testlerin sonuçları, hidrosodalit fazının oluşumunu ve reaksiyona girmeden kalan kaolinitin varlığını kanıtlamıştır. DTA-TG analizleri numunelerin ısıl davranışının katkılardan etkilendiğini ortaya çıkartmıştır. SEM incelemeleri hidrosodalit oluşumunu, reaksiyona girmeden kalan kaolinitleri ve mikro çatlakları göstermiştir. Sonuçlar GGBFS ve metakaolinin yüksek performanslı kaolin(hidrosodalit) bazlı jeopolimerler elde etmek için kullanışlı bir geliştirici katkı olduklarını göstermiştir