Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları
Yazarlar
- Gökçe, H.S.(4)
- Gökçe, H. S.(2)
- Öksüzer, N.(2)
- Adeniyi, Funmilayo(1)
- Alnahhal, A. M.(1)
- Ayough, P.(1)
- Baklouti, Samir(1)
- Büşra Avlayan(1)
- Güngör, O.(1)
- Krishna, R. S.(1)
- Kutluhan Kurucu(1)
- Kök, S.(1)
- Mishra, Jyotirmoy(1)
- Nehdi, M. L.(1)
- Nehdi, M.L.(1)
- Saha, Suman(1)
- Shaikh, Faiz Uddin Ahmed(1)
- Simsek, O.(1)
- Tuyan, M.(1)
- Türetken, M.S.(1)
- Zribi, Marwa(1)
- Ünal, M. T.(1)
Yayınlar
- MakaleAçık Erişim2024Scopus SJRQ3Durability of slag-based alkali-activated materials: A critical review
Gökçe, H.S.
As the world becomes increasingly aware of the devastating effects of climate change, the need for sustainable building materials that are both durable and environmentally friendly increases. Geopolymer and alkali-activated materials formed by a chemical reaction between an alkaline activator solution and an aluminosilicate source have gained popularity in recent years. The alkaline activator solution dissolves the aluminosilicate source, which then undergoes a polycondensation reaction to form a three-dimensional geopolymeric gel network. The development of this network ensures the strength and durability of the material. Today, this phenomenon of durability has been studied in detail to enable the development of superior construction materials, taking into account degradation mechanisms such as carbonation, leaching, shrinkage, fire, freezing and thawing, and exposure to aggressive environments (chlorides, acids, and sulphates). Although there are many unsolved problems in their engineering applications, slag-based alkali-activated materials appear to be more advantageous and are promising as alternative materials to ordinary Portland cement. First of all, it should not be ignored that the cure sensitivity is high in these systems due to compressive strength losses of up to 69%. Loss of strength of alkali-activated materials is considered an important indicator of degradation. In binary precursors, the presence of fly ash in slag can result in an improvement of over 10% in compressive strength of the binary-based alkali-activated materials after undergoing carbonation. The binary systems can provide superior resistance to many degradation mechanisms, especially exposure to high-temperature. The partial presence of class F fly ash in the slag-based precursor can overcome the poor ability of alkali-activated materials to withstand high temperatures. Due to the desired pore structure, alkali-activated materials may not be damaged even after 300 freeze–thaw cycles. Their superior permeability compared to cementitious counterparts can extend service life against chloride corrosion by more than 20 times. While traditional (ordinary Portland cement-based) concrete remains the most widely used material in construction, geopolymer concrete’s superior performance makes it an increasingly emerging option for sustainable and long-lasting infrastructure.
AtıfScopus69WoS63OpenAlex70
İncele - MakaleAçık Erişim2023Scopus SJRQ2Effect of elevated temperature on radiation shielding properties of cement and geopolymer mortars including barite aggregate and colemanite powder
Kök, S.; Türetken, M.S.; Öksüzer, N.; Gökçe, H.S.
This study aims to investigate the radiation shielding efficiency of cement and geopolymer-based mortars after exposure to elevated temperatures which may happen during the activation process of nuclear reactors. To contribute to the shielding properties, these binders were modified with the substitution of colemanite powder (5 and 10%), and barite aggregate was used to be an alternative to silica sand, as well. The produced specimens were exposed to 300 and 500 °C. While the colemanite powder resulted in significant retardation of setting time up to 183% for cement-based series, a set accelerator effect reaching 67% was found in the geopolymer series. Unlike expectation, the losses in mechanical and shielding properties have become more pronounced in geopolymer mortars at the applied temperatures. In particular, a significant increase reaching 28% in compressive strength of cement series was found after 300 °C exposure. It was noted that cement series with reaching a linear attenuation coefficient of 0.162 cm−1 presented more effective shielding against gamma rays when compared to that (0.134 cm−1) of geopolymers. To moderate thermal neutrons, geopolymer series reaching a linear attenuation factor of 2.799 cm−1, were found to be a more promising alternative according to cement series reaching 2.140 cm−1.
AtıfScopus30WoS27İncele - Derleme MakaleYalnız künye2023Scopus SJRQ1Nanomaterial and fiber-reinforced sustainable geopolymers: A systematic critical review
Ünal, M. T.; Gökçe, H. S.; Ayough, P.; Alnahhal, A. M.; Simsek, O.; Nehdi, M. L.
Global cement production is associated with a colossal environmental footprint due to its considerable carbon emissions, energy consumption, depletion of natural resources, and waste accumulation. Geopolymer based concretes (GCs) have emerged as revolutionary alternatives to ordinary Portland cement concrete with enormous potential ecological benefits. However, they suffer from deficiencies, such as their brittle behavior under flexural and tensile loads. Using different types of fiber reinforcement and nanomaterial additions in geopolymer composites (GCs) has recently gained considerable attention to enhance various engineering properties, improve crack resistance, toughness, and ductility of the geopolymer matrices. This systematic and critical review analyses the effects of different reinforcing fibers and nanomaterials on the compressive and tensile strengths, modulus of elasticity, and impact resistance of GCs, and highlights the associated microstructural features. It is shown that carbon, basalt, and steel fibers can impart considerable improvement in mechanical strength, modulus of elasticity, and impact resistance of GCs. Furthermore, the introduction of polyethylene fibers has been shown to induce complex cracking behaviors, thereby contributing to the strain-hardening capability of geopolymer matrices. The integration of nanomaterials into GCs has emerged as a powerful strategy for achieving substantial enhancements in mechanical performance. Optimal nanomaterial dosages, typically around 2%, have been identified, with the specific surface area of nanoparticles proving to be a crucial determinant of the resulting mechanical properties. Notably, nano-silica has exhibited pronounced macro-scale reinforcement effects, whereas nano-titanium has displayed the potential to significantly enhance gel micromechanical characteristics. Additionally, synergistic combinations of nanomaterials and fiber reinforcements have led to the development of novel and distinctive mechanical properties within GCs. The synthesis of these findings underscores current best practices, highlights areas requiring further investigation, and emphasizes the need for concerted research efforts to advance the knowledge and implementation of sustainable geopolymers. This review offers a comprehensive analysis of the effects of fiber reinforcements and nanomaterials on geopolymer composites, providing valuable insights for researchers and practitioners.
AtıfScopus43WoS37İncele - Yüksek Lisans TeziAçık Erişim2022Polipropilen lif donatılı geopolimer derin karıştırma kolonunun yanıt yüzey yöntemi ile optimizasyonu ve sıcaklık etkisinin araştırılması
Büşra Avlayan
Boyları 30m'ye varan derin karıştırma kolonları kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerde sıkça kullanılan derin zemin iyileştirme yöntemlerinden biridir. Tamamen zemine gömülü halde çalışan derin karıştırma kolonları kürlerini oluşturuldukları zemin ortamından almaktadır. Bu durumda zemin derinliği boyunca değişen zemin sıcaklığı aynı zamanda derin karıştırma kolonlarının kür sıcaklığı olmaktadır. Derin karıştırma kolonlarının imal edildikleri bölgenin yıllık ortalama sıcaklığı, imalatın yapıldığı günün hava sıcaklığı, zeminin termal iletkenlik katsayısı gibi parametreler zemin derinliği boyunca sıcaklığın yüzey sıcaklığından farklı olmasında rol oynar. Bu nedenle çoğu zaman zemin derinliği boyunca sıcaklık yüzey sıcaklığından farklı olur. Bu durum derin karıştırma kolonlarında zemin derinliği boyunca kür sıcaklığının değişken olması durumunu doğurur. Bu da kolonların taşıma gücüne etki eder. Yapılan bu tez çalışmasında sıcaklık etkisinin yüksek plastisiteli kil içeren bir zemin ortamında polipropilen donatı katkılı geopolimer esaslı derin karıştırma kolonu harcının mekanik özelliklerine olan etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Yapılan çalışma kapsamında Amerikan Karayolları İdaresi'nin (FHWA) derin karıştırma kolonları için önermiş olduğu numune hazırlama şekilleri dikkate alınarak 50 mm çapında ve 100 mm yüksekliğinde numuneler oluşturulmuş. Geopolimer malzemenin elde edilmesinde bağlayıcı olarak F sınıfı uçucu kül kullanılmıştır. Aktivatör olarak kütlece %50-%50 oranında 10 M NaOH ve Na2SiO3 çözeltileri kullanılmıştır. Çalışma üç aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada yanıt yüzey yöntemi kullanılarak maksimum serbest basınç dayanımını veren bağlayıcı miktarı ve aktivatör içeriği belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında optimum miktarda bağlayıcı ve aktivatöre farklı oranlarda 6mm uzunluğunda polipropilen donatı karıştırılarak elde edilen numunelerin serbest basınç dayanımı belirlenmiştir. Bu suretle maksimum serbest basınç dayanımını veren donatı içeriği elde edilmiştir. Çalışmanın üçüncü adımında ideal miktarları belirlenen bağlayıcı, aktivatör ve polipropilen lif katkıları ile zemin numuneleri hazırlanmıştır. Hazırlanan numuneler 5°C, 10°C, 20°C ve 30°C'lik kür sıcaklıklarında 7 gün ve 28 gün kürlenmiştir. Kürlenen numuneler serbest basınç deneyleri ve üç eksenli basınç deneylerine tabi tutulmuştur. Bu suretle sıcaklık etkisinin serbest basınç dayanımı, elastisite modülü, içsel sürtünme açısı ve kohezyon parametrelerine olan etkisi incelenmiştir. Yapılan çalışma sonucunda numunelerin mekanik özelliklerinin 20°C'lik kür sıcaklığına kadar artan sıcaklıkla birlikte dikkate değer şekilde arttığı, bu sıcaklık değerinin üzerinde mekanik özelliklerde büyük bir değişimin olmadığı görülmüştür.
- Yüksek Lisans TeziAçık Erişim2022Geopolimer bağlayıcı ve mikro fiber donatı ile stabilize edilen yüksek plastisiteli silt zeminin mekanik özellikleri
Kutluhan Kurucu
Yapılan bu tez çalışması, kütlece %50 sodyum hidroksit ve %50 sodyum silikat bileşenlerinden oluşan aktivatörle aktive edilmiş C-Sınıfı uçucu kül, ve fiber donatı katkısı ile, yüksek plastisiteli siltli bir zeminin iyileştirilmesi esasına dayanmaktadır. Çalışma kapsamında 3 mm ve 12 mm uzunluğunda fiber donatı kullanılmıştır. Farklı fiber donatı uzunluk kombinasyonlarının alkali aktif C-sınıfı uçucu kül ile iyileştirilmiş, yüksek plastisiteli siltli bir zeminde eğilme ve kayma mukavemeti parametreleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Tez çalışması üç kısımdan oluşmaktadır. Bu kısımlar; (i) Yanıt Yüzey Yöntemi (YYY) ile maksimum serbest basınç dayanımı veren aktivatör ve uçucu kül bileşenlerinin optimum miktarlarının belirlenmesi, (ii) 3 mm ve 12 mm uzunluğundaki fiber donatıların farklı oranlarda geopolimer harca eklenmesi sureti ile donatı içeriğinin maksimum eğilme dayanımı ve tokluk parametreleri üzerindeki etkilerinin belirlenmesi, (iii) 3 mm ve 12 mm uzunluğundaki donatıların farklı oranlarda karıştırılması sonucu elde edilen donatı kombinasyonlarının geopolimer esaslı zemin harçlarının maksimum eğilme gerilmesi, tokluk, kayma mukavemeti parametreleri üzerine olan etkilerinin incelenmesi aşamalarından oluşmaktadır. Çalışma kapsamında zemin tanımlama deneyleri, serbest basınç dayanımı, üç eksenli basınç dayanımı, üç nokta eğilme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda 3 mm ve 12 mm uzunluğundaki donatı kombinasyonlarının, yalnız 3 mm ya da yalnız 12 mm uzunluğundaki donatılara göre daha yüksek maksimum eğilme dayanımı ve kohezyon değeri verdiği görülmüştür. 12 mm uzunluğundaki donatılar kullanılarak iyileştirilen zeminlerin tokluk değerinin 3 mm uzunluğu ve farklı donatı kombinasyonlarına göre daha yüksek olduğu görülmüştür.
- MakaleAçık Erişim2022Scopus SJRQ2A novel internal curing method for 3D-printed geopolymer structures reinforced with a steel cable: Electro-heating
Gökçe, H.S.; Güngör, O.; Öksüzer, N.
Buildability and structural integrity are the inherent challenges of 3D printed geopolymer structures needed to be overcome. Reinforcing with steel cable ensuring a higher structural integrity of the printed structure can simultaneously improve the buildability due to the heating capability of this component. The controllable instant heating capability of steel cable was achieved by the use of a specific circuit system in the study. As a novel internal curing technique, electro-heating is recommended in the additive manufacturing of steel cable-reinforced geopolymer structures by the authors.
AtıfScopus4WoS3OpenAlex5İncele - Derleme MakaleAçık Erişim2021Scopus SJRQ1Alkali-activated and geopolymer materials developed using innovative manufacturing techniques: A critical review
Gökçe, H.S.; Tuyan, M.; Nehdi, M.L.
The manufacturing of geopolymers and alkali-activated materials for precast and cast in-situ construction applications could be achieved using suitable production techniques, such as one-part production, pre-setting pressure and hot pressing, two-stage concreting, and 3-dimensional printing. Adequate selection and tailoring of the manufacturing methodology are imperative for overcoming characteristic application problems of these materials and achieving eco-efficiency and superior engineering properties. With distinctive benefits including rapid solidification, lower cost, saving natural resources, less energy consumption, and reduced carbon footprint, alkali-activated and geopolymer composites have emerged as a strong contender for replacing conventional concrete in diverse construction applications. Critical analysis of the literature on innovative production methods indicates that the one-part production technique is promising for the eliminating design complexity of these mixtures. The pre-setting pressure and hot pressing applications would allow the achievement of superior physical and mechanical characteristics in a short period of time, especially for the precast industry. The workability and setting problems of alkali-activated materials could be overcome using the two-stage concreting methodology. To be used in 3D printing of alkali-activated and geopolymer materials, remarkable development is required in terms of rheological aspects. Accordingly, this paper surveys pertinent and recent literature and critically reviews the state-of-the-art of alternative production techniques of alkali-activated and geopolymeric materials, along with its use in recent applications, identifies pertinent knowledge gaps, and defines future research directions.
AtıfScopus155WoS137OpenAlex167İncele - Derleme MakaleAçık Erişim2021Scopus SJRQ1A review on developments of environmentally friendly geopolymer technology
Krishna, R. S.; Mishra, Jyotirmoy; Zribi, Marwa; Adeniyi, Funmilayo; Saha, Suman; Baklouti, Samir; Shaikh, Faiz Uddin Ahmed; Gökçe, H. S.
This study aims to present an overview of the progress of geopolymer composites with regards to the latest developments on its constituents (binders, activators, and aggregates) and manufacturing techniques. Some ecological, economic, and industrial limitations of the traditional aluminosilicate binders yield to the pursuit of alternative ones over the period. Some of these latest binders e.g. ferrochrome ash, mine tailings, rice husk ash, red mud, have been highlighted in this paper. Current advances on replacement of natural fine and coarse aggregates such as mine tailings (iron ore tailings), recycled/lightweight aggregates for geopolymer preparation have been reviewed from the past literature. The paper also focuses on developments regarding the new class of green alkaline and acidic activators, which is traditionally considered to be the binding agent in the preparation of geopolymer composites. Different geopolymer production methods have been briefly discussed to study their effectiveness in achieving a strong and durable composite. This paper may serve to encourage further experimental research works for achieving more sustainable, cost-effective geopolymer composites with enhanced mechanical properties.
AtıfScopus89WoS77OpenAlex88İncele