Geri Dön

Kırşehir ilindeki endüstriyel atıkların çimento esaslı yapı malzemesi olarak kullanılabilirliğinin araştırılması

Investigation of the usability of industrial wastes in Kirşehir province as cement-based building materials

PDF İndir

  1. Tez No: 1020870
  2. Yazar: MERVE BAŞGÜL YILAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA TOSUN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Mimarlık, Architecture
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Konya Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Yapı malzemeleri üretiminde önemli bir yere sahip olan çimento, üretim sürecinde yüksek enerji tüketimi, doğal kaynak kullanımı ve karbon emisyonları nedeniyle çevresel sürdürülebilirlik açısından önemli sorun alanlarından birini oluşturmaktadır. Bu nedenle son yıllarda çimento esaslı kompozit malzemelerde endüstriyel atıkların değerlendirilmesi hem doğal kaynak tüketimini azaltmak hem de sürdürülebilir yapı malzemeleri geliştirmek açısından önemli bir araştırma alanı hâline gelmiştir. Özellikle farklı endüstriyel faaliyetler sonucunda ortaya çıkan atık malzemelerin yapı malzemesi üretiminde ikincil hammadde olarak kullanılması; çevresel etkilerin azaltılması, atıkların ekonomiye yeniden kazandırılması ve sürdürülebilir malzeme geliştirme yaklaşımlarının desteklenmesi açısından önem taşımaktadır. Çimento üretimine bağlı çevresel etkilerin azaltılmasına yönelik bir yaklaşım sunan bu tez çalışmasında, Kırşehir bölgesinde yoğun olarak açığa çıkan granit tozu (GT) ve döküm kumu (DK) atıklarının çimento yerine kısmi ikamesi ile sürdürülebilir çimento esaslı kompozit malzeme geliştirilmesi amaçlanmış ve bu malzemenin mekanik, fiziksel ve mikroyapısal performansları Yüzey Yanıt Yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Çalışma üç aşamada yürütülmüştür. İlk aşamada, granit tozu ve döküm kumunun çimento ikamesi olarak ayrı ayrı kullanıldığı ön deneyler gerçekleştirilmiş ve uygun ikame aralıkları belirlenmiştir. İkinci aşamada, bu aralıklar esas alınarak granit tozu ve döküm kumunun birlikte kullanıldığı karakterizasyon ve performans deneyleri yürütülmüştür. Üçüncü aşamada ise ikili ikame deneylerinden elde edilen veriler Yüzey Yanıt Yöntemi kullanılarak istatistiksel olarak modellenmiş ve optimum karışım oranı değerlendirilmiştir. Deneysel çalışmalarda üretilen numuneler üzerinde basınç dayanımı, eğilme dayanımı, sertlik tayini, su emme, birim hacim ağırlık ve ultrases geçiş hızı (UPV) deneyleri uygulanmıştır. Ayrıca malzemelerin kimyasal, mineralojik ve mikroyapısal özelliklerini belirlemek amacıyla XRF, XRD, FTIR, SEM-EDS analizleri ve elementel haritalama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar kontrol numunesi ile karşılaştırılarak atık malzemelerin çimento esaslı kompozit sistemlerde kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Tekli ve ikili ikame deneylerinden elde edilen bulgular, granit tozu ve döküm kumunun uygun oranlarda kullanılması durumunda malzemenin mekanik ve fiziksel performansını koruyabildiğini göstermiştir. İkili ikame deneylerinde, her iki atığın birlikte kullanımının performans parametreleri üzerinde belirgin etkiler oluşturduğu ve optimum davranışın düşük ile orta düzey ikame oranlarında elde edildiği belirlenmiştir. RSM analizi, granit tozu ve döküm kumu oranlarındaki değişimin performans parametreleri üzerindeki etkisini ortaya koymuş ve farklı yanıtlar birlikte değerlendirildiğinde dengeli karışım oranlarının belirlenmesine olanak sağlamıştır. Mikroyapısal incelemeler, granit tozunun ince taneli yapısı ve silisçe zengin bileşimi nedeniyle çimento esaslı matris içerisinde dolgu etkisi oluşturabileceğini ve sınırlı düzeyde puzolanik katkı sağlayabileceğini göstermiştir. Döküm kumunun ise tane boyutu, morfolojisi ve matris içerisindeki yerleşimiyle iç yapı bütünlüğü üzerinde etkili olabileceği değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, granit tozu ve döküm kumu atıklarının uygun oranlarda birlikte kullanılmasının çimento esaslı kompozit sistemlerde değerlendirilebilir olduğunu ortaya koymaktadır. Mimari açıdan değerlendirildiğinde, bu yaklaşım yerel endüstriyel atıkların yapı malzemesi üretimine kazandırılmasıyla daha sürdürülebilir, kaynak verimliliği yüksek ve çevresel etkileri azaltılmış yapı malzemelerinin geliştirilmesine katkı sunmaktadır. Sonuç olarak, bölgesel endüstriyel atıkların bu tür sistemlerde kullanılması hem çimento tüketiminin azaltılmasına hem de ileride geliştirilebilecek yapı elemanları için temel oluşturacak malzeme performansının ortaya konulmasına katkı sağlamaktadır.

Özet (Çeviri)

Cement, which has an important place in the production of construction materials, constitutes one of the major problem areas in terms of environmental sustainability due to its high energy consumption, use of natural resources, and carbon emissions during the production process. Therefore, in recent years, the utilization of industrial wastes in cement-based composite materials has become an important research field in terms of both reducing natural resource consumption and developing sustainable construction materials. In particular, the use of waste materials generated as a result of different industrial activities as secondary raw materials in the production of construction materials is important for reducing environmental impacts, reintroducing wastes into the economy, and supporting sustainable material development approaches. In this thesis study, which presents an approach to reducing the environmental impacts associated with cement production, it was aimed to develop a sustainable cement-based composite material through the partial replacement of cement with granite powder (GP) and foundry sand (FS) wastes, which are generated intensively in the Kırşehir region. The mechanical, physical, and microstructural performances of this material were analyzed using the Response Surface Methodology. The study was carried out in three stages. In the first stage, preliminary experiments were conducted in which granite powder and foundry sand were used separately as cement replacement materials, and suitable replacement ranges were determined. In the second stage, characterization and performance tests were carried out using granite powder and foundry sand together based on these ranges. In the third stage, the data obtained from the binary replacement experiments were statistically modeled using the Response Surface Methodology, and the optimum mixture ratio was evaluated. In the experimental studies, compressive strength, flexural strength, hardness, water absorption, bulk density, and ultrasonic pulse velocity (UPV) tests were performed on the produced specimens. In addition, XRF, XRD, FTIR, SEM-EDS analyses, and elemental mapping studies were conducted to determine the chemical, mineralogical, and microstructural properties of the materials. The obtained results were compared with the control specimen, and the usability of the waste materials in cement-based composite systems was evaluated. The findings obtained from the single and binary replacement experiments showed that granite powder and foundry sand could maintain the mechanical and physical performance of the material when used at appropriate ratios. In the binary replacement experiments, it was determined that the combined use of both wastes created significant effects on the performance parameters, and that the optimum behavior was obtained at low to moderate replacement levels. The RSM analysis revealed the effects of changes in the granite powder and foundry sand ratios on the performance parameters and enabled the determination of balanced mixture ratios when different responses were evaluated together. Microstructural investigations showed that granite powder, due to its fine-grained structure and silica-rich composition, could create a filler effect within the cement-based matrix and provide a limited pozzolanic contribution. Foundry sand, on the other hand, was evaluated to be effective on the integrity of the internal structure through its particle size, morphology, and distribution within the matrix. The obtained results reveal that granite powder and foundry sand wastes can be utilized together at appropriate ratios in cement-based composite systems. From an architectural perspective, this approach contributes to the development of more sustainable, resource-efficient construction materials with reduced environmental impacts by incorporating local industrial wastes into construction material production. As a result, the use of regional industrial wastes in such systems contributes both to reducing cement consumption and to establishing the material performance that can serve as a basis for construction elements to be developed in the future.

Geri Dön