Geri Dön

Nanomaterial-enhanced recycled construction demolition waste for sustainable mortar production

Sürdürülebilir harç üretimi için nano malzeme ile geliştirilmiş geri dönüştürülmüş inşaat yıkıntı atıkları

PDF İndir

  1. Tez No: 982689
  2. Yazar: ELİF ORMANCI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. BİRGÜL BENLİ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Depremler ve etkisiyle de oluşan inşaat yıkıntı atıkları (İYA), Türkiye'nin mücadele ettiği önemli sorunlardandır. 2023 yılında Türkiye'de yaşanan, etki alanı geniş depremlerde neredeyse Barselona'nın yüzölçümü kadar büyük miktarda moloz oluşmuştur. Karşı karşıya olduğumuz deprem gerçeği, kentsel dönüşüm ihtiyacımızın aciliyetini ve önemini arttırmaktadır. Sadece İstanbul'da 1,5 milyon konutun kentsel dönüşüme girmesi beklenmektedir. Bu dönüşüm tüm İstanbul Boğazı'nı 2 metre yüksekliğinde doldurabilecek 150 milyon beton atığı anlamına gelmektedir. Türkiye ekonomisinin lokomotifi olarak nitelendirilen inşaat sektöründe sürdürülebilir bir büyüme için yıkım atıklarının döküm sahalarına götürülerek kaderlerine terk edilmeleri yerine yıkım atıklarının dönüştürülmesi gerekmektedir. Bu dönüşüm ile klinker, agrega gibi hammaddeler için birincil kaynakların kullanımı ve enerji sarfı düşürülerek karbon ayak izinin azaltılması sağlanabilmektedir. Akçansa tarafından İstanbul'un farklı bölgelerindeki hafriyat sahalarından alınmış numunelerle yapılan ön karakterizasyon çalışmasında inşaat yıkıntı atıklarının ağırlıkça %60'ının beton atığı, %15'inin tuğla, %7'si mermer parçalarından, geri kalan kısmının ise karışık küçük malzemelerden oluştuğu görülmüştür. Bu %60'lık beton atığı, geri dönüşüm sonrası zorunlu karbonizasyona gerek kalmadan %15'e kadar çimentolu katkı malzemesi olarak beton üretiminde kullanılabilmektedir. Bu çalışmada, kentsel dönüşüm sürecinden kaynaklanan inşaat yıkım atıklarının geri dönüştürülebilirliği ve yeniden kullanımı incelendikten sonra geri dönüştürülmüş inşaat yıkıntı atığı malzemeleri kullanılarak üretilen taze betonun dayanıklılık, kalite, kıvamını artırma ve çıkan ürünlerin tutarlılığı gibi özelliklerini geliştirmek için olası katkılar incelenecektir. İncelemelerin sonuçları, karbon yakalama/kullanma özelliğine sahip malzemeler tasarlamak için kullanılacaktır. Çalışmanın ön hazırlığında literatürdeki çalışmalar incelenmiştir. Yapılan bir çalışmada ince agrega yerine inşaat yıkıntı atığı, cam atığı, fiber malzeme ve süperakışkanlaştırı eklenerek dayanıma etkileri karşılaştırılmıştır. İnşaat yıkıntı atıkları kullanılan betonda, 28 günlük basınç dayanımının kontrol numunesine kıyasla basınç dayanımının arttığı gözlenmiştir. Cam atığı ile birlikte süperakışkanlaştırıcı ve fiber malzeme kullanıldığında da benzer şekilde basınç dayanımı artmıştır ancak cam atık tek başına kullanıldığında dayanımda düşüş olmuştur. Birçok sektörde olduğu gibi inşaat sektöründe de nano teknoloji uygulamaları ve nano malzemeler araştırılmaktadır. Kullanım yaygınlığı ve sağladığı performans ve dayanıklılık avantajları açısından karbon nano tüpler, nano silika ve nano selüloz ön plana çıkmaktadır. Nano silika katkısının mekanik ve dayanıklılık özelliklerini iyileştirebileceğini gözlenmiştir ancak beton üzerindeki etkisi parçacık boyutuna, yüzey alanına, türüne (toz veya kolloidal), dozajına ve su-çimento oranına bağlıdır. Nano silika oranı %2-3 xxii arasında arttıkça basınç dayanımı artmıştır ancak oran %3'in üstüne çıktığında dayanım azalmıştır. Bu düşüş, nano selüloz parçacıklarının %3'ün üstünde kümelenmesinden kaynaklanmaktadır. Nano silikanın puzolanik aktivitesi yüksek olduğundan nano silika içermeyen betona kıyasla daha yüksek basınç dayanımı sergilemiştir ve betonun eğilme ve ayrılma çekme dayanımını da iyileştirmiştir. İncelenen çalışmaların sonuçları, nano katkıların yapı malzemelerinde inovatif ve sürdürülebilir ürünler için umut vaat etmiştir ancak özellikle inşaat yıkıntı atıklarında nano katkı uygulamalarında; özelllikle pazara yönelik ürün tasarlanmasında araştırma ihtiyacı olduğu görülmüştür. Bu çalışmada inşaat yıkıntı atıklarının çimento ve beton teknolojilerinde kullanılan nano malzemelerin genel olarak gözden geçirilmesinin ardından nano selüloz ve nano silikanın kullanımına odaklanılacaktır. Nano selüloz ve nano silikanın çimento ve betona katkıları doğrulanmıştır ancak nano selüloz ve nano silika ile geliştirilmiş, geri dönüştürülmüş inşaat yıkıntı atıklarından tasarlanmış yapı malzemeleri, pazarın dikkatini çekmektedir. Kullanılan nano selüloz tipi, oranı ve matris dağılımı gibi birçok faktör sonucu etkilediğinden dikkatlice incelenme ihtiyacı vardır. Tez çalışması kapsamında çimento ikamesi olarak inşaat yıkıntı atığı harç içerisinde farklı oranlarda kullanılmıştır. Nano selüloz katkısının etkisinin gözlemlenebilmesi için standartların belirttiği katkılama oranları kapsamında kullanım oranları belirlenmiştir. Elde edilecek yeni yapı malzemeleri, hammadde tasarrufu da sağlayacaktır. Çalışma ile inşaat yıkıntı atıklarına yönelik çözümler geliştirilerek doğal ekosistemlerin kirletilmesi önlenmektedir. Geri dönüştürülmüş inşaat yıkıntı atıklarının kullanılması dayanıklı yapılarla sonuçlanır; sık sık yenileme / değiştirme ihtiyacını azaltır ve sürdürülebilirliğe katkıda bulunur. Ayrıca bu çalışma, inşaat yıkım atıklarının karbonizasyon süreci aracılığıyla, iklim eylemi hedefleriyle uyumlu olarak CO2 salınımını azaltarak karbon emisyonlarını aktif olarak azaltmaktadır. Çimentoyu çimentomsu malzemeyle değiştirmek, üretim sürecinde önemli miktarda enerji tasarrufu sağlamaktadır. Ayrıca çalışmanın sonuçları, daha sürdürülebilir, daha uzun ömürlü ve geliştirilmiş malzemeler için gelecekteki beton ve çimento formülasyonlarına rehberlik edebilecektir. İnşaat yıkıntı atıklarının nano malzeme teknolojileriyle birleştirilmesi, hem malzeme performansını artırmak hem de inşaat sektöründe sürdürülebilirliği teşvik etmek için büyük fırsatlar sunmaktadır. Nano silika ve nano selüloz gibi katkı maddeleri, betonun mikro yapısını optimize ederek su geçirimsizliğini, mekanik dayanımını ve kimyasal direncini artırmaktadır. Bu nano katkılar, betonun dayanıklılığını artırarak uzun ömürlü yapıların inşa edilmesini sağlamakta ve böylece kaynakların daha etkin kullanılmasını mümkün kılmaktadır. Ayrıca, nano malzeme teknolojilerinin kullanımıyla geliştirilen yeni çimento bazlı ürünler, kendi kendini iyileştirme ve çevresel değişimlere uyum sağlama yeteneğine sahip akıllı malzemelerin önünü açmaktadır. Örneğin, nano katkılar, mikro çatlakları kapatabilen veya nem seviyelerine tepki verebilen dinamik malzemeler yaratılmasına olanak tanımaktadır. Bu, iklim değişikliğinin ve hızlı kentleşmenin yarattığı zorluklara karşı daha dirençli altyapıların geliştirilmesine katkıda bulunmaktadır. Çalışmanın bir diğer önemli yönü, karbon yakalama ve depolama teknolojilerinin İYA geri dönüşüm süreçlerine entegre edilmesiyle karbon ayak izinin azaltılmasına katkıda bulunmasıdır. İnşaat yıkıntı atıklarının karbonizasyon yoluyla işlenmesi, atmosferik CO2 emisyonlarını azaltırken, yeniden kullanılabilir karbon bazlı malzemeler üretmek xxiii için önemli bir fırsat sunmaktadır. Bu, yalnızca çevresel sürdürülebilirliğe katkı sağlamakla kalmamakta, aynı zamanda enerji maliyetlerini de azaltmaktadır. Son olarak, bu çalışma, geri dönüştürülmüş İYA'nın yapı malzemeleri sektörüne entegre edilmesi için yeni iş modellerinin geliştirilmesi gerektiğine işaret etmektedir. Bu bağlamda, İYA'nın ve yeniden kullanımı için özel geri dönüşüm tesislerinin kurulması, 2030 sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşmak için stratejik bir öneme sahiptir. Kentsel dönüşümden ve doğal afetlerden kaynaklanan atıkların değerlendirilmesi, malzeme teknolojilerinde çığır açan bir yaklaşım sunarak geleceğin inşaat sektörünü şekillendirecektir. Literatürde yapılan çalışmalar, inşaat yıkıntı atıklarının geri dönüşümünün yalnızca sürdürülebilirlik açısından değil, aynı zamanda performans açısından da önemli fırsatlar sunduğunu göstermektedir. Özellikle, geri dönüştürülmüş beton agregalarının (Recycled Concrete Aggregate (RCA)) yeni beton üretiminde kullanımı üzerine yapılan araştırmalar, RCA'nın mekanik özelliklerini artırmak için nano malzeme katkılarının büyük bir potansiyele sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Nano silika ve nano alümina gibi katkılar, betondaki boşluk yapısını iyileştirerek yoğunluğu artırmakta ve dayanıklılığı artırmaktadır. Ayrıca, bu malzemelerin kullanımı, geleneksel beton üretim süreçlerinde görülen karbon emisyonlarını da önemli ölçüde azaltmaktadır. Diğer bir önemli bulgu ise, İYA'nın karbon yakalama ve kullanma teknolojileri ile birleştirilmesinin çevresel faydalarıdır. Karbon emisyonlarının inşaat sektöründe önemli bir sorun olduğu göz önüne alındığında, İYA'nın karbonizasyon süreçlerine dahil edilmesiyle hem emisyonlar azaltılabilir hem de karbon içeriği yüksek çimentomsu malzemeler üretilebilir. Literatürdeki bazı çalışmalar, karbonizasyon yoluyla İYA'dan türetilen kalsiyum karbonatın çimento hidratasyon süreçlerine olumlu katkı sağladığını ve yeni nesil düşük karbonlu betonların geliştirilmesine katkıda bulunduğunu göstermektedir. Nano malzemelerin İYA geri dönüşümündeki etkileri üzerine yapılan araştırmalar, nano katkıların reolojik özellikler üzerinde de önemli bir iyileştirme sağladığını göstermektedir. Nano katkılar, beton karışımının daha homojen bir şekilde karışmasını sağlayarak işlenebilirliği artırmakta ve taze betonun yerleştirme sürecinde karşılaşılan sorunları en aza indirmektedir. Özellikle, nano selülozun kullanımı, taze betonun kıvam koruma özelliklerini iyileştirerek daha uzun çalışma sürelerine olanak tanımakta ve inşaat süreçlerini daha verimli hale getirmektedir. Bu bulgular, nano katkı maddelerinin yalnızca sürdürülebilirliği değil, aynı zamanda operasyonel verimliliği de artırdığını ortaya koymaktadır.

Özet (Çeviri)

Construction demolition wastes (CDW) and earthquakes are real problems in Turkiye. With Turkiye earthquakes in 2023, huge amount of rubble was generated; almost as much as Barcelona's surface area. Due to earthquake reality, there is a need for urban transformation. Only in İstanbul, 1.5 million residences are expected to undergo urban transformation. This means 150 million tons of concrete waste which could fill entire Bosphorus with 2-meters heigh rubble, will be generated. For sustainable growth, demolition wastes must be transformed and carbon footprint should be minimized with decreasing raw materials such as clinker, aggregate and energy usage rather than the wastes would be taken to dump sites and left to its fate. A preliminary characterization which was carried out by Akçansa showed that CDW consists of 60% concrete waste, 15% brick, 7% marble pieces and the rests are mixed small materials by weight. This 60% concrete waste can be used in concrete production up to 15% as supplementary cementitious material after recycling without enforced carbonization. In this study, after the recyclability and reuse of construction demolition waste from the urban transformation process will examined, the possible nano additives will be compared for enhancing fresh concrete properties which is produced by using recycled CDW materials, such as improving durability, quality and consistency of the products. The results of the reviews will be used to design materials with carbon capture/use. After a general review of the nano materials used in cement and concrete technologies in the literature, the focus will be on the use of nano cellulose (NC) and nano silica (NS). The study directly contributes to the circular economy by conserving raw materials through the use of recycled construction demolition waste. CDW is a rich source for CaO. Recycled CaO can be used in cement mixtures so it also shows the value of the study. By finding solutions for CDW, the study prevents the pollution of natural ecosystems. The utilization of recycled CDW results in durable construction products, reducing the need for frequent replacements and further contributing to sustainability. Through the carbonization process of construction demolition waste, the study actively reduces carbon emissions by decreased CO2 release, aligning with climate action goals. Substituting cement with the new cementitious material leads to significant energy savings in the production process. The exploration of innovative methods for recycling CDW not only addresses waste management challenges but also opens new avenues in material technologies by creating high-value materials with enhanced properties. By leveraging advances in nano-engineering, this research fosters the development of next-generation cementitious materials that outperform traditional alternatives in terms of strength, xx durability, and environmental impact. Furthermore, the inclusion of recycled materials combined with nano-scale enhancements contributes to reducing resource dependency, promoting a more efficient use of available raw materials, and extending the lifecycle of construction products. Additionally, this study highlights the potential for integrating smart material technologies into the construction sector. Nano additives such as nano silica and nano cellulose offer opportunities to develop self-healing and adaptive materials that respond dynamically to environmental stressors. This could lead to smarter, more resilient infrastructure capable of withstanding the increasing challenges posed by climate change and urban expansion. By bridging the gap between sustainability and performance, this approach positions CDW recycling as a key contributor to future proofing construction practices while fostering technological innovation in material science.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    861053

    Uzun ömürlü ve yüksek verimli rüzgâr türbin kanatları için yapısal sağlık görüntüleme entegrasyonuna uygun kendi kendini onarabilen, akıllı, sürekli elyaf takviyeli kompozit ve sandviç yapılar geliştirilmesi

    Development of self-healing, smart, continuous fiber reinforced composite and sandwich structures suitable for structural health monitoring integration for long-lasting and high-efficiency wind turbine blades

    GÖNENÇ DURAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Makine MühendisliğiBursa Uludağ Üniversitesi

    Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MURAT YAZICI

  2. Tez No

    719166

    Upcycling to sustainable conversion of polypropylene waste to graphene grown talc hybrids as additive for efficient thermoplastic processing and its systematic life cycle assessment

    İleri dönüşüm tekniği ile polipropilen atıkların sürdürülebilir şekilde katkı malzemesi olarak verimli termoplastik işlemede kullanmak için talk üzerinde büyütülen grafen hibritlerine dönüşümü ve sistematik yaşam döngüsünün değerlendirmesi

    ATAKAN KOÇANALI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    KimyaSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BURCU SANER OKAN

  3. Tez No

    634370

    Fabrication of nanostructured metal oxide materials and their use in energy and environmental applications

    Nanoyapılı metal oksit malzemelerin üretimi ve enerji ve çevre uygulamalarında kullanımı

    MEHMET DURMUŞ ÇALIŞIR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİ KILIÇ

  4. Tez No

    346627

    Gıdalarda genetiği değiştirilmiş organizmaların tayinine yönelik nanomateryalle zenginleştirilmiş elektrokimyasal genosensör tasarımı

    Nanomaterial enhanced electrochemical genosensor design for the detection of genetically modified organisms in food

    BENGİ ÇOBAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Gıda MühendisliğiEge Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET YEKTA GÖKSUNGUR

    DOÇ. DR. PINAR KARA KADAYIFCILAR

  5. Tez No

    970837

    Synthesis and characterization of carbon nanomaterial(S) by hydrothermal carbonization of various wastes

    Farklı atık türlerinin hidrotermal karbonizasyon yöntemi ile karbon nanomalzemelerine sentezi ve karakterizasyonu

    MONIKA SHARMA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Bilim ve TeknolojiSakarya Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİYE SUNA ERSES YAY

Geri Dön