Granit-atığı-tabanlı geopolimer köpük, silisyum ve alüminyum açısından zengin granit endüstriyel atığının güçlü alkali aktivatörlerle reaksiyona sokulması ve bu çalışmada mikrodalga enerjisiyle hızlandırılmış kürleme/sinterleme uygulanması sonucunda oluşturulan gözenekli bir aluminosilikat yapı malzemesidir. Araştırmada granit tozu oranı ağırlıkça %70'ten %78'e yükseltilen ve alkali çözelti oranı %28'den %20'ye düşürülen G1–G5 olmak üzere beş kompozisyon hazırlanmış; her kompozisyon için üç numune üretilmiştir.

Numuneler yaklaşık 650 W mikrodalga gücünde önce 3 dakika işlenerek kalıptan çıkarılabilecek başlangıç dayanımına ulaştırılmış, kalıptan çıkarıldıktan sonra 3 dakika daha mikrodalga işlemine tabi tutulmuştur. Daha sonra mekanik test öncesi ortam koşullarında 24 saatlik stabilizasyon uygulanmıştır. Bununla birlikte makalede verilen temel basınç dayanımı sonuçları 28 günlük numunelere aittir; dolayısıyla 13–20 MPa aralığındaki dayanım değerleri “6 dakikada elde edilen nihai basınç dayanımı” olarak yorumlanmamalıdır.

Kaynak Tablo 3'e göre basınç dayanımı G1'de 13 MPa, G2'de 14 MPa, G3'te 15 MPa, G4'te 18,34 MPa ve G5'te 20 MPa'dır. G5 ayrıca 1,49 g/cm³ bulk density, 1,79 g/cm³ apparent density ve %2,02 su emme indeksiyle serinin öne çıkan kompozisyonudur. G1 ise 24 saatlik suya daldırma sırasında parçalandığı için nicel su emme değeri elde edilememiştir.

FTIR analizinde geopolimer omurgasıyla ilişkili Si–O–Si/Al bandının granit öncülündeki yaklaşık 1000 cm⁻¹ bölgesinden geopolimer numunelerde 900–860 cm⁻¹ bölgesine kayması, alkali aktivasyon sonrasında aluminosilikat ağın yeniden örgütlenmesiyle ilişkilendirilmiştir. Si–O–T bandının bütünleşik alanı G1'de 41.900 a.u.'dan G5'te 44.680 a.u.'ya yükselmiştir. XRF analizinde Si/Al molar oranı G1 için 6,50'den G5 için 11,4'e çıkmıştır.

SEM görüntüleri G2'den G5'e doğru açık ve heterojen gözenekli yapıdan daha yoğun ve homojen bir geopolimer matrise geçiş bulunduğunu göstermektedir. Araştırmacılar basınç dayanımındaki yükselişi yalnız toplam porozitedeki değişimle değil, gözenek morfolojisi, matris homojenliği ve Si–O–Si / Al–O–Si ağ gelişimiyle birlikte açıklamaktadır.

Çalışma mikrodalga işleme yaklaşımının geleneksel termal kürlemeye göre aktif işlem enerjisini %90'dan fazla azaltabileceğini savunmaktadır. Ancak bu sonuç ayrıntılı bir yaşam döngüsü değerlendirmesine veya doğrudan endüstriyel enerji denetimine dayanmamaktadır. Ayrıca kaynakta enerji hesabının kendisinde bir tutarsızlık vardır: yöntem bölümünde 650 W × 6 dakika işlemi 1,08 Wh olarak yazılırken sonuç bölümünde yaklaşık 0,065 kWh/batch verilmektedir. İkinci değer, 650 W'ın 6 dakika çalıştırılmasının boyutsal hesabıyla uyumludur.

Araştırmanın temel problemi

Granit kesme ve işleme sanayisi önemli miktarda ince taneli atık üretmektedir. Kaynak çalışma, dünya granit üretiminin yaklaşık %20–25'inin atığa dönüşebildiğini ve ince granit tozunun suyla birleştiğinde kolloidal atık oluşturarak toprak ve yeraltı suyu üzerinde çevresel baskı yaratabildiğini belirtmektedir.

Diğer taraftan geleneksel çimento, seramik ve tuğla üretimi yüksek sıcaklık, uzun proses süreleri ve önemli enerji girdileri gerektirebilir. Geopolimer teknolojisi, silika ve alümina içeren mineral veya endüstriyel atıkların alkali aktivasyonuyla Portland çimentosuna dayanmayan bağlayıcı ağlar oluşturmayı amaçlayan alternatif bir malzeme yaklaşımıdır.

Bu araştırmanın özgün problemi iki soruyu aynı deney tasarımında birleştirmektedir:

• Granit işleme atığı doğrudan bir aluminosilikat öncül olarak geopolimer köpüğe dönüştürülebilir mi?
• Uzun süreli konvansiyonel kürleme yerine birkaç dakikalık mikrodalga işlemi kullanıldığında yeterli mekanik, fiziksel ve termal kararlılık elde edilebilir mi?

Geopolimer Köpük Nedir ve Bu Çalışmada Nasıl Oluşturulmuştur?

Bu çalışmadaki geopolimer köpük, öğütülmüş granit atığındaki Si ve Al içeren fazların 14 M NaOH ve sodyum silikat içeren kuvvetli alkali ortamda aktive edilmesi, ardından mikrodalga enerjisiyle reaksiyonun hızlandırılması sonucu oluşan gözenekli aluminosilikat matristir. “Köpük” yapısı gözeneklidir; buna karşılık kompozisyon arttıkça gözenek ağı daha yoğun ve homojen hale gelmektedir.

Hammadde olarak kullanılan granit atığının oksit bileşimi

SiO₂ ve Al₂O₃'nin baskın olması, granit atığının geopolimerizasyon için gerekli silisyum ve alüminyum türlerini sağlayabilen bir aluminosilikat öncül olarak değerlendirilmesinin temel kimyasal gerekçesidir.

G1–G5 kompozisyonları

Kaynak yöntem metni ayrıca sodyum hidroksiti ağırlıkça %7 ve sodyum silikatı %18 olarak tanımlamaktadır. Ancak bu iki değer toplam %25 ederken G1–G5 için toplam alkali çözelti miktarı %28'den %20'ye değişmektedir. Makale bu sabit %7/%18 değerleri ile değişken toplam alkali çözelti yüzdelerinin tam olarak nasıl uzlaştırıldığını ayrıntılı biçimde açıklamamaktadır. Bu nedenle Verianla metninde oranlar yeniden yorumlanmamış, kaynakta verilen iki bilgi ayrı ayrı korunmuştur.

Numune hazırlama süreci

Granit tozunun hazırlanması

Granit atığı Lahore, Punjab'daki yerel bir mermer işleme tesisinden toplanmıştır. Malzeme önce TECHTONGDA 100 × 60 Mini Jaw Crusher ile kırılmış, ardından kaynakta 6′ × 48′ boyut, 4 ton/saat kapasite, 200 mesh, 26 rpm ve 70 HP özellikleri verilen bilyalı değirmende öğütülmüştür.

Öğütülmüş toz ASTM C136/C136M-19 esas alınarak elektrikli elek sarsıcıyla elenmiş ve 50–200 µm aralığındaki parçacıklar kullanılmıştır.

Kalıplar ve tekrar sayısı

Silindirik Teflon kalıplar 32 mm çapında ve 46 mm yüksekliğindedir. Kalıplar numunenin çıkarılmasını ve yeniden kullanımını kolaylaştırmak için boyuna iki parçaya ayrılmış ve bağlayıcı bantla birleştirilmiştir.

Her G1–G5 kompozisyonu için üç numune (n=3) hazırlanmıştır. Bununla birlikte makale sonuç tablolarında standart sapma, güven aralığı veya p-değeri gibi ayrıntılı inferansiyel istatistikleri raporlamamaktadır. Kaynak Şekil 6'da hata çubukları görünse de bunların sayısal değerleri ve hata türü metinde açık biçimde verilmemiştir.

Mikrodalga İşleme Gerçekten Ne Kadar Hızlıdır?

Kaynak yönteme göre ilk 3 dakikalık yaklaşık 650 W mikrodalga işlemi numuneye kalıptan çıkarılabilecek başlangıç dayanımı kazandırmış, numune çıkarıldıktan sonra 3 dakika daha mikrodalga işlemine tabi tutulmuştur; aktif mikrodalga süresi toplam 6 dakikadır. Ardından test öncesi 24 saat ortam stabilizasyonu uygulanmıştır. Buna karşılık raporlanan 13–20 MPa basınç dayanımları 28 günlük numunelere aittir; bu nedenle “6 dakika” üretim/demolding avantajını, “28 günlük nihai mekanik test” sonuçlarıyla karıştırmamak gerekir.

Mikrodalga yaklaşımının hedeflenen avantajı

Konvansiyonel geopolimer üretiminde numunelerin kalıpta yeterli başlangıç dayanımı geliştirmesi için uzun kürleme süreleri gerekebilir. Kaynak, geleneksel yöntemde kalıptan çıkarmanın en az yedi gün sürebildiğini aktarırken kendi yöntemiyle kalıp işgal süresinin dakikalara indirildiğini savunmaktadır.

24 saatlik ortam beklemesi yazarlar tarafından aktif bir proses olarak değil, ekipman veya enerji gerektirmeyen stabilizasyon süresi olarak değerlendirilmiştir. Bu nedenle makalenin “işlem süresini 24 saate düşürme” iddiası, 24 saat boyunca mikrodalganın çalıştığı anlamına gelmez.

Karakterizasyon yöntemleri

FTIR geopolimerizasyon hakkında ne gösterdi?

Ham granitte yaklaşık 1000 cm⁻¹'de bulunan Si–O–Si/Al omurga titreşim bandı, G1–G5 geopolimerlerinde yaklaşık 900–860 cm⁻¹ bölgesine kaymıştır. Kaynak bu kaymayı alkali aktivasyon sırasında bağ çevresinin yeniden düzenlenmesi ve daha amorf geopolimer ağ oluşumu ile ilişkilendirmektedir.

Yaklaşık 3650 cm⁻¹ ve 1640 cm⁻¹ bantları sırasıyla –OH gerilme ve eğilme titreşimleriyle ve yapıdaki emilmiş/bağlı suyla ilişkilendirilmiştir. Daha yüksek granit oranlarında bu bantların azalması devam eden polikondenzasyonla yorumlanmıştır.

Yaklaşık 1470 cm⁻¹ bölgesindeki bant ise fazla alkali iyonlarının atmosferik CO₂ ile reaksiyonu sonucunda oluşabilecek karbonat türleriyle ilişkilendirilmiştir.

G5 Kompozisyonu Neden Çalışmanın En Güçlü Numunesidir?

Kaynağın yorumuna göre G5, serideki en yüksek granit öncül oranına (%78), en yüksek Si/Al oranına (11,4), en yüksek FTIR Si–O–T bütünleşik band alanına (44.680 a.u.) ve en yüksek basınç dayanımına (20 MPa) sahiptir; SEM gözlemleri de G5 matrisini daha yoğun ve homojen göstermektedir. Ancak G5'in her fiziksel parametrede mutlak optimum olduğunu söylemek doğru değildir; kaynak Tablo 3'te G4'ün toplam porozitesi %17,22 ile G5'in %18,58 değerinden daha düşüktür.

XRF ile Si/Al ve Na/Al değişimi

Kaynak, G1 ve G2'de öncüle göre daha yüksek alkali çözelti miktarının reaktif silika kullanılabilirliğini ve ağ bağlantısını sınırladığını; G3–G5'te artan silika içeriğinin daha gelişmiş üç boyutlu aluminosilikat omurgaya katkı sağladığını savunmaktadır.

Geopolimerizasyon derecesi

FTIR'deki Si–O–T gerilme bandının bütünleşik alanı “geopolimerizasyon derecesi” için nicel gösterge olarak kullanılmıştır. Değer G1 için 41.900 a.u.'dan G5 için 44.680 a.u.'ya yükselmiştir.

Kaynağa göre en büyük artış G1 ile G3 arasında gerçekleşmekte, G3 sonrasında yükseliş yavaşlamaktadır. G4 ve G5 yönündeki son artışların sırasıyla yaklaşık 120 ve 60 a.u. olduğu belirtilmiştir. Yazarlar bu plato davranışını, daha fazla granitin mevcut alkali çözelti tarafından tamamen aktive edilememeye başlamasıyla açıklamaktadır.

SEM mikroyapısı

Kaynak sayfa 11'deki SEM paneli, G2, G3, G4 ve G5 numunelerini farklı büyütmelerde göstermektedir. Bu gerçek mikroskopi görüntüleri bilimsel gözlem olduğu için Verianla içerisinde sahte SEM görüntüsü üretilmemiştir.

Kaynak yorumu G2'de daha açık ve birbirine bağlı gözenek ağı, kısmen gelişmiş geopolimer jel ve reaksiyona girmemiş granit parçacıkları bulunduğu; G3'te matrisin kısmen sıkılaştığı; G4 ve özellikle G5'te ise daha kompakt, homojen ve gelişmiş aluminosilikat ağ görüldüğü yönündedir.

Bu mikroyapısal yoğunlaşma, artan basınç dayanımı ve azalan su emmeyle birlikte yorumlanmıştır.

Basınç dayanımı

Basınç dayanımı G1'den G5'e düzenli biçimde artmaktadır. Kaynak bunu yalnız granit yüzdesinin artışıyla değil, geopolimerizasyon derecesi ve daha homojen mikroyapıyla ilişkilendirmektedir.

Önemli bir zaman sınırı vardır: bu basınç dayanımları kaynak metninde 28 günlük numuneler için raporlanmıştır. Mikrodalgadan çıktıktan hemen sonra 20 MPa dayanım ölçüldüğü sonucu çıkarılamaz.

Su emme ve su içinde kararlılık

G1 numunesi 24 saatlik suya daldırma sırasında parçalanmış ve bu nedenle nicel su emme hesabına dahil edilememiştir.

G2 için su emme %3,10, G3 için %2,33, G4 için %2,06 ve G5 için %2,02 olarak raporlanmıştır. Daha yüksek su emme, kaynak tarafından daha fazla açık gözenekle ilişkilendirilmiştir.

Kaynak G4 ve G5'te yaklaşık %2'lik su emme değerini daha yoğun aluminosilikat omurga ve daha düşük açık poroziteyle ilişkilendirmektedir.

Yoğunluk ve porozitenin matematiksel hesabı

Kaynakta piknometre esaslı apparent density aşağıdaki şekilde verilmiştir:

\[ \rho_{a}=\rho_{w}\times\frac{m_2-m_1}{m_2-m_3} \tag{1} \]

Burada \(m_1\), piknometre + su kütlesini; \(m_2\), su + piknometre + dışarıdaki numune kütlesini; \(m_3\), su + piknometre + içerideki numune kütlesini ve \(\rho_w\) su yoğunluğunu temsil eder.

Toplam porozite:

\[ P_{\mathrm{toplam}} = \left( 1-\frac{\rho_{\mathrm{bulk}}}{\rho_{\mathrm{true}}} \right)\times100 \tag{2} \]

ifadesiyle hesaplanmıştır. Bulk density toplam numune hacmini, yani katı malzemeyle birlikte açık ve kapalı gözenekleri içerirken true density yalnız katı faz hacmini temsil eder. Bu nedenle iki yoğunluk arasındaki fark büyüdükçe hesaplanan toplam gözenek oranı artar.

Kapalı porozite:

\[ P_{\mathrm{kapalı}} = \left( 1-\frac{\rho_{\mathrm{apparent}}}{\rho_{\mathrm{true}}} \right)\times100 \tag{3} \]

ve açık porozite:

\[ P_{\mathrm{açık}} = P_{\mathrm{toplam}}-P_{\mathrm{kapalı}} \tag{4} \]

olarak verilmiştir.

Su emme denklemi

\[ WA= \frac{W_2-W_1}{W_1}\times100 \tag{5} \]

Burada \(W_1\) kuru numune kütlesi, \(W_2\) ıslak numune kütlesidir. Denklem, numunenin kuru başlangıç kütlesine göre ne kadar su kazandığını yüzde olarak hesaplar.

TGA sonuçları

Termogravimetrik analiz sıcaklık arttıkça numunenin kütle değişimini izlemektedir. Kaynak yorumuna göre yaklaşık 100 °C civarındaki kütle kaybı nemle, 90–200 °C aralığındaki değişimler uçucu bileşiklerin uzaklaşmasıyla, 200–500 °C aralığı kristal suyun uzaklaşmasıyla ve yaklaşık 500–590 °C bölgesi bazı karbonlaşma süreçleriyle ilişkilendirilmiştir.

G2 numunesi daha yüksek alkali çözelti içeriğiyle birlikte daha yüksek kütle kaybı göstermiş; G4 ve G5 daha düşük alkali çözelti içerikleriyle daha düşük genel kütle kayıpları sergilemiştir.

DTA sonuçları

Diferansiyel Termal Analiz eğrilerinde yaklaşık 123–130 °C bölgesindeki endotermik olaylar su desorpsiyonuyla ilişkilendirilmiştir. Kaynak, 120 °C altındaki bölgeyi higroskopik serbest su, 120–300 °C aralığını fiziksel olarak bağlı su ve 300 °C üzerindeki değişimleri daha güçlü bağlı türlerin bozunmasıyla ilişkilendirmektedir.

Enerji Tasarrufu İddiası Ayrıntılı Bir Karbon Ayak İzi Analizi midir?

Hayır. Çalışmada tam bir yaşam döngüsü değerlendirmesi, ayrıntılı karbon ayak izi hesabı veya sistematik enerji denetimi yapılmamıştır. Enerji avantajı, mikrodalganın nominal gücü ve aktif işlem süresi ile literatürde belirtilen uzun süreli laboratuvar fırını kürleme koşullarının karşılaştırılmasına dayanmaktadır; CO₂ azaltımı ise daha düşük enerji talebinden beklenen bir sonuç olarak yorumlanmıştır.

Kaynakta verilen enerji karşılaştırması

Yöntem bölümünde geleneksel geopolimer fırın kürlemesinin 60–80 °C'de 24–48 saat ve 1000–2000 W laboratuvar fırınıyla yaklaşık 24–96 kWh tüketebileceği belirtilmektedir. Geleneksel pişmiş tuğlalar için ayrıca 900–1100 °C sıcaklıkta birkaç saat ve yaklaşık 2–3 MJ/kg enerji tüketimi aktarılmaktadır.

Mikrodalga sistemi ise yaklaşık 650 W'ta iki adet 3 dakikalık çevrim kullanmaktadır.

Enerji hesabındaki kaynak-içi tutarsızlık

Kaynak yöntem bölümü şu ifadeyi kullanmaktadır:

“6 min × 650 W = 3900 J = 1.08 Wh per sample.”

Bu dönüşüm matematiksel olarak tutarlı değildir. Güç ve zaman birimlerinin doğrudan hesabı:

\[ 650\,W\times\frac{6}{60}\,h=65\,Wh=0.065\,kWh \]

ve joule cinsinden:

\[ 650\,J/s\times360\,s=234\,000\,J \]

sonucunu verir.

Makalenin sonuç bölümü de yaklaşık 0,065 kWh/batch değerini vermektedir. Dolayısıyla Verianla, kaynakta bulunan 1,08 Wh değerini doğruymuş gibi yeniden üretmek veya sessizce değiştirmek yerine iki değerin uyuşmadığını açıkça kaydetmektedir.

Bu tutarsızlık, mikrodalga işleminin konvansiyonel 24–96 kWh laboratuvar fırını senaryosundan çok daha kısa ve düşük aktif enerji girdisine sahip olduğu genel yönü ortadan kaldırmaz; ancak kesin enerji tasarruf oranı için sistematik güç ölçümü ve tanımlı sistem sınırı gereklidir.

CO₂ ve sürdürülebilirlik yorumu

Kaynak daha düşük aktif enerji talebini daha düşük CO₂ emisyon potansiyeliyle ilişkilendirerek yaklaşımı SDG 7, SDG 12 ve SDG 13 ile bağlamaktadır. Sonuç bölümünde ayrıca SDG 9 ve SDG 11 bağlantıları tartışılmaktadır.

Bununla birlikte makale ayrıntılı yaşam döngüsü envanteri, elektrik şebekesi emisyon faktörü, alkali aktivatörlerin üretim ayak izi, granit atığının taşınması veya endüstriyel mikrodalga ölçek büyütmesinin enerji kayıpları gibi parametreleri içeren tam LCA gerçekleştirmemiştir.

Bu nedenle çalışmanın doğrudan desteklediği ifade “mikrodalga aktif işlem süresi ve hesaplanan enerji girdisi konvansiyonel kürleme senaryosundan daha düşüktür” biçimindedir. “Ürün kesin olarak bütün yaşam döngüsünde daha düşük karbonludur” sonucu bu çalışmayla kanıtlanmamıştır.

G5'in diğer yapı malzemeleriyle karşılaştırılması

Kaynak Şekil 11'de G5; çimento esaslı köpük tuğla, autoclaved aerated concrete (AAC), geleneksel termal kürlenmiş geopolimer köpük ve uçucu kül geopolimer köpükle beş normalize performans ekseninde karşılaştırılmıştır: basınç dayanımı, hafiflik indeksi, su direnci, enerji verimliliği ve bileşik sürdürülebilirlik skoru.

Kaynakta G5'in 20 MPa basınç dayanımı; literatürde AAC için aktarılan 2,5–6 MPa ve çimento bazlı köpük tuğlalar için 9,6–13 MPa değerleriyle karşılaştırılmaktadır. Buna karşılık AAC'nin 400–700 kg/m³ aralığındaki çok düşük yoğunluğu nedeniyle hafiflik açısından daha avantajlı olduğu da belirtilmektedir.

G5'in %2,02 su emme değeri, kaynakta literatürden aktarılan çimento bazlı köpük tuğlaların %20–30 ve AAC'nin %50–65 su emme değerlerinden daha düşük olarak sunulmuştur.

Ancak radar grafiğinin normalize edilmiş bileşik sürdürülebilirlik skorunun tam hesaplama formülü ayrıntılı olarak verilmediğinden, Verianla tarafından yeni bir radar grafiği üretilmemiştir.

Isıl yalıtım performansı doğrudan ölçüldü mü?

Hayır. Makale TGA ve DTA ile termal kararlılık davranışını incelemekte ve geopolimer köpüğün yalıtım uygulamalarına uygun olabileceğini tartışmaktadır; fakat kaynakta doğrudan ısıl iletkenlik katsayısı, ısıl direnç veya benzeri nicel yalıtım ölçümü raporlanmamaktadır. Bu nedenle “ısı yalıtım malzemesidir” ifadesi doğrudan ölçülmüş performans sonucu olarak sunulmamalıdır.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• Granit endüstriyel atığı, NaOH ve sodyum silikat aktivasyonu kullanılarak mikrodalga destekli geopolimer köpüğe dönüştürülebilmiştir.
• G1–G5 serisinde granit oranı arttıkça basınç dayanımı 13 MPa'dan 20 MPa'a yükselmiştir.
• G5, %2,02 ile ölçülebilen numuneler arasındaki en düşük su emme değerine sahiptir.
• G1 suya daldırma sırasında parçalanmıştır.
• Si/Al oranı G1'den G5'e 6,50'den 11,4'e yükselmiştir.
• FTIR Si–O–T bütünleşik band alanı G1'den G5'e yükselmiş ve kaynak bunu artan geopolimerizasyonla ilişkilendirmiştir.
• SEM görüntüleri artan granit içeriğiyle daha yoğun ve homojen mikroyapıya doğru değişim göstermektedir.
• Mikrodalga işlem kalıptan çıkarma için gerekli aktif işlem süresini dakikalar düzeyine indirmiştir.
• Kaynağın karşılaştırmalı enerji hesabı mikrodalga yaklaşımının konvansiyonel fırın kürlemeden çok daha düşük aktif enerji talebine sahip olabileceğini göstermektedir.

Çalışmanın desteklemediği genellemeler

• 20 MPa dayanımın 6 dakikalık mikrodalga işleminden hemen sonra elde edildiği gösterilmemiştir; bu değer 28 günlük basınç testine aittir.
• Endüstriyel ölçekte aynı enerji tüketiminin korunacağı kanıtlanmamıştır.
• Ayrıntılı yaşam döngüsü karbon ayak izi hesaplanmamıştır.
• Doğrudan ısıl iletkenlik ölçümü yapılmamıştır.
• Uzun dönem donma–çözülme, tuz, sülfat, karbonatlaşma veya yıllara yayılan dış ortam dayanıklılığı gösterilmemiştir.
• Üretilen kompakt tuğla numunesi için tam ölçekli yapı standardı veya ticari ürün yeterlilik testi raporlanmamıştır.
• Laboratuvar numunelerinin doğrudan taşıyıcı yapı malzemesi olarak sertifikalandırıldığı gösterilmemiştir.
• G5'in bütün fiziksel özelliklerde kesintisiz optimum olduğu söylenemez; kaynak Tablo 3'te G4'ün toplam porozitesi daha düşüktür.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Alkali çözeltinin hazırlanması

Kaynakta 14 M NaOH çözeltisinin, 560 g NaOH peletinin bir litre su içinde çözündürülmesiyle hazırlandığı belirtilmiştir. Kullanılan NaOH %99,9 saflıktadır. Sodyum silikat sıvısının özgül ağırlığı 2,13 g/cm³ ve silika modülü 2,1 olarak verilmiştir.

NaOH çözeltisinin yüksek reaktivitesi nedeniyle hazırlanan çözelti polietilen torbayla kapatılmıştır.

Karıştırma ve döküm

G1–G5 için tartılmış granit ve alkali sistem yaklaşık 2 dakika boyunca çalışılabilir bir macun oluşuncaya kadar beherde karıştırılmıştır. Gerektiğinde işlenebilirliği artırmak için çok az miktarda su eklenmiştir.

Macunlar hemen Teflon kalıplara dökülmüş ve boşluk/kaçak oluşumunu azaltmak amacıyla kalıplar elle hafifçe vurularak yerleştirme yapılmıştır.

Mikrodalga çevrimleri

1. Yaklaşık 650 W, orta-yüksek ayarda 3 dakika mikrodalga işlemi.
2. Başlangıç dayanımı oluştuktan sonra kalıptan çıkarma.
3. Yaklaşık 650 W'ta 3 dakika ek mikrodalga sinterleme.
4. 24 saat oda sıcaklığında stabilizasyon.
5. Karakterizasyon ve mekanik değerlendirme.

Kaynak ayrıca aynı ısıtma ve sinterleme koşullarını uygulayarak, ilave basınç altında kompakt tuğla biçimli bir numune üretildiğini belirtmektedir. Bu deney ticari uygulanabilirliği araştırmak için yapılmıştır; ancak kompakt tuğla için ayrı ayrıntılı mekanik performans tablosu sunulmamaktadır.

Basınç dayanımı–porozite ilişkisi

G1 en yüksek Tablo 3 toplam porozitesine (%33,33) ve en düşük basınç dayanımına (13 MPa) sahiptir. G3'te toplam porozite %21,23'e düşerken dayanım 15 MPa'a yükselmiştir. G4 kaynak Tablo 3'te %17,22 porozite ve 18,34 MPa dayanım verir. G5 ise 20 MPa ile en yüksek dayanımı üretir.

Bu sonuç, genel olarak daha kompakt matris ile daha yüksek mekanik performansın birlikte geliştiğini desteklemektedir. Bununla birlikte G5'in Tablo 3 porozitesi %18,58 ile G4'ün %17,22 değerinden biraz yüksektir. Bu nedenle dayanımın yalnız toplam poroziteye indirgenemeyeceği yönündeki kaynak sonucu önemlidir; gözenek tipi, matris bağlantısı ve aluminosilikat ağ kalitesi de rol oynamaktadır.

Kaynak-içi porozite tutarsızlığı

Bu nedenle Verianla makalesinde hesaplama veya yeniden tahmin yoluyla tek bir “doğru” porozite değeri seçilmemiştir. Kaynak Tablo 3 sayıları ana nicel tablo olarak korunmuş ve sonraki metindeki farklılık ayrıca belirtilmiştir.

XRF ve ağ kimyası

XRF element analizinde ham granit atığında yaklaşık %28,3 Si ve %5,9 Al raporlanmıştır. Numune serisinde hesaplanan Si/Al oranı düzenli olarak yükselmiştir.

G5'te yüksek Si/Al oranı ve gelişmiş FTIR Si–O–T bandı kaynak tarafından daha iyi bağlanmış aluminosilikat omurganın işareti olarak yorumlanmaktadır.

Ancak yüksek Si/Al oranını tek başına evrensel olarak “daha iyi geopolimer” anlamına gelecek biçimde genellemek doğru değildir. Çalışmanın sonucu yalnız incelenen G1–G5 bileşim aralığı ve bu alkali aktivasyon/mikrodalga koşulları için geçerlidir.

XRD neden kullanılmadı?

Kaynak yazarları geopolimer matrisin büyük ölçüde amorf olması ve XRD'nin esas olarak kristalin faz tanımlamasına ek bilgi sağlayacak olması nedeniyle XRD analizi gerçekleştirmediklerini belirtmektedir.

Su emme testinin yorum sınırı

G2–G5 için nicel su emme testi yapılmıştır. G1'in parçalanması kompozisyonun su karşısındaki zayıf kararlılığını doğrudan göstermektedir.

Ancak tek 24 saatlik daldırma deneyi uzun dönem yapı dayanıklılığıyla eşdeğer değildir. Çalışma sonuç bölümünde de uzun dönem dayanıklılık değerlendirmesinin gelecek araştırmalarda yapılması gerektiğini kabul etmektedir.

Termal analizlerin yorum sınırı

TGA ve DTA numunenin sıcaklık arttıkça kütle kaybı ve ısı akışı davranışını göstermektedir. Bu deneyler malzemenin termal reaksiyonlarını ve kararlılık bölgelerini anlamak için önemlidir; ancak doğrudan yapı kabuğu ısıl yalıtım performansını ölçmez.

Isıl iletkenlik için W/(m·K) cinsinden bir λ-değeri raporlanmadığından geopolimer köpüğün gerçek bina yalıtım performansının ayrıca deneysel olarak doğrulanması gerekir.

İstatistiksel değerlendirme sınırı

Her kompozisyonda n=3 numune kullanılmıştır. Bununla birlikte kaynak temel sonuç tablolarında standart sapma, güven aralığı, ANOVA veya başka bir anlamlılık testi raporlamamaktadır.

Dolayısıyla G1–G5 arasındaki sayısal eğilimler deneysel olarak gözlenen ortalama/raporlanan değerler şeklinde yorumlanmalı; istatistiksel anlamlılık test edilmiş gibi sunulmamalıdır.

Çalışmanın güçlü yönleri

• Gerçek endüstriyel granit atığının birincil aluminosilikat öncül olarak kullanılması.
• Beş farklı öncül/alkali oranının aynı süreç altında karşılaştırılması.
• Mekanik, fiziksel, kimyasal, mikroyapısal ve termal karakterizasyonun aynı deney setinde birleştirilmesi.
• FTIR, XRF ve SEM ile mekanik sonuçlar arasında yapısal bağlantı kurulması.
• Mikrodalga işleminin kalıp işgal süresini çok büyük ölçüde azaltması.
• Atık valorizasyonu ve çimento-dışı yapı malzemesi geliştirme yaklaşımının birlikte ele alınması.

Ana sınırlılıklar

• Laboratuvar ölçekli küçük silindirik numuneler kullanılmıştır.
• Endüstriyel mikrodalga ölçek büyütme deneyleri yapılmamıştır.
• Enerji tüketimi için ayrıntılı cihaz ölçümü/enerji denetimi raporlanmamıştır.
• Kaynakta enerji birim dönüşümünde belirgin bir aritmetik tutarsızlık vardır.
• Tam yaşam döngüsü değerlendirmesi yapılmamıştır.
• Doğrudan ısıl iletkenlik ölçülmemiştir.
• Uzun dönem çevresel dayanıklılık testleri sınırlıdır.
• Her bileşim için yalnız üç numune kullanılmıştır ve ayrıntılı inferansiyel istatistik verilmemiştir.
• Kaynakta bazı porozite değerleri tablo, mikrograf açıklaması ve metin arasında tutarlı değildir.
• Tam ölçekli ticari tuğla performansı doğrulanmamıştır.
• Farklı granit atığı kaynaklarının kimyasal değişkenliğinin proses üzerindeki etkisi incelenmemiştir.

Gelecek araştırma gereksinimleri

Kaynak sonuç bölümü gelecekte ayrıntılı enerji analizi, daha gelişmiş gözenek karakterizasyonu, uzun dönem dayanıklılık, endüstriyel ölçek büyütme, maliyet analizi, hammadde değişkenliği ve tam ölçekli tuğla performansının değerlendirilmesi gerektiğini belirtmektedir.

Bu başlıklar özellikle önemlidir; çünkü laboratuvarda birkaç dakikalık mikrodalga işlemiyle numune üretilebilmesi ile endüstriyel ölçekte sürekli ve ekonomik üretim yapılabilmesi aynı mühendislik problemi değildir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Özgün çalışma: Rapidly Synthesized Microwave-Sintered Geopolymer Foam Utilizing Granite Waste: A Sustainable Approach for High-Performance Construction Materials

Yazarlar: Tooba Shafiq; Faseeh U. Rehman Khokhar; Ehsan Ul Haq; Muhammad Zaka Emad; Syed Farhan Raza; Rana Muhammad Asad Khan.

Corresponding authors: Muhammad Zaka Emad ve Syed Farhan Raza.

Corresponding author e-postaları: muhammadzaka.emad@kfupm.edu.sa; sf.raza@uet.edu.pk.

Afiliasyon 1: Department of Metallurgical and Materials Engineering, University of Engineering and Technology, Lahore, Pakistan.

Afiliasyon 2: Department of Mechanical Engineering, Engineering Institute of Technology (EIT), Melbourne, Australia.

Afiliasyon 3: College of Petroleum Engineering and Geoscience, King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran, Saudi Arabia.

Afiliasyon 4: Department of Industrial and Manufacturing Engineering, University of Engineering and Technology, Lahore, Pakistan.

Afiliasyon 5: Department of Mineral Resources Engineering, Pak-Austria Fachhochschule Institute of Applied Sciences and Technology, Haripur, Pakistan.

Dergi: Sustainability.

Yayıncı: MDPI, Basel, Switzerland.

Cilt / sayı / makale numarası: Volume 18, Issue 10, Article 4754.

DOI: 10.3390/su18104754.

Gönderim tarihi: 4 Nisan 2026.

Revizyon tarihi: 29 Nisan 2026.

Kabul tarihi: 5 Mayıs 2026.

PDF yayın tarihi: 10 Mayıs 2026.

Kaynak türü: Hakemli deneysel malzeme araştırması; laboratuvar ölçeğinde geopolimer sentezi ve karakterizasyonu.

Lisans: Creative Commons Attribution (CC BY).

Resmî bağlantı: https://doi.org/10.3390/su18104754

Hammadde: Lahore, Punjab, Pakistan'daki yerel mermer işleme tesisinden elde edilen granit endüstriyel atığı.

Numune sayısı: Beş kompozisyon; her kompozisyon için n=3.

Alkali aktivatör: 14 M NaOH + Na₂SiO₃.

Mikrodalga koşulu: Yaklaşık 650 W'ta 3 dakika ilk işlem + kalıptan çıkarma + 3 dakika ikinci işlem.

Ortam stabilizasyonu: 24 saat.

Basınç dayanımı raporlama yaşı: 28 gün.

Karakterizasyon: FTIR, XRF, SEM, TGA, DTA, basınç testi, yoğunluk/porozite ve su emme.

Finansman: Araştırma dış finansman almamıştır.

Etik kurul: Uygulanabilir değildir.

Bilgilendirilmiş onam: Uygulanabilir değildir.

Veri erişilebilirliği: Orijinal katkılar makalede sunulmuştur; ek sorular corresponding author'a yönlendirilebilir.

Teşekkür: Yazarlar araştırma tesislerine erişim için University of Engineering and Technology, Lahore'a teşekkür etmektedir.

Çıkar çatışması: Yazarlar çıkar çatışması olmadığını bildirmiştir.

Yazar katkıları: T.S. kavramsallaştırma, veri analizi, kaynaklar, yöntem ve ilk taslak; F.U.R.K. yöntem, veri analizi, yazım ve araştırma; E.U.H. kaynaklar, yöntem, veri analizi, yazım, araştırma ve inceleme/düzenleme; M.Z.E., S.F.R. ve R.M.A.K. inceleme ve düzenleme katkısı vermiştir.

Kaynak içi tutarsızlık 1 — enerji hesabı: Yöntem bölümündeki “6 min × 650 W = 3900 J = 1.08 Wh” ifadesi güç-zaman dönüşümüyle uyumlu değildir. Sonuç bölümündeki ~0,065 kWh/batch değeri 650 W × 6 dakika hesabıyla uyumludur.

Kaynak içi tutarsızlık 2 — toplam porozite: Tablo 3 G4 için %17,22 ve G5 için %18,58 verirken sonraki mikroyapısal açıklamalar G5'i yaklaşık %17,74 ile minimum poroziteli numune olarak tanımlamaktadır.

Kaynak içi yorum sınırı — enerji/CO₂: Ayrıntılı enerji audit'i ve yaşam döngüsü değerlendirmesi çalışma kapsamında değildir. Daha düşük CO₂ etkisi, daha düşük aktif enerji ihtiyacından türetilen potansiyel bir çevresel avantajdır.

Kaynak içi yorum sınırı — yalıtım: Kaynak geopolimer köpüğün yalıtım uygulamalarına uygunluğunu tartışsa da doğrudan ısıl iletkenlik katsayısı raporlamamaktadır.

Kaynak içi yorum sınırı — ticari uygulama: Tuğla biçimli ek bir numune hazırlanmıştır; ancak tam ölçekli ticari ürün yeterliliği, yapı kodu uygunluğu veya endüstriyel üretim performansı doğrulanmamıştır.