İnşaat Yıkıntı Atığı İçeren Jeopolimer Beton Tasarımlarının Geliştirilmesi

All around the world, sustainability of degrading infrastructures is a growing concern. Conventional concrete which is the main building block of these infrastructures consists of Portland cement as the main binding phase. Globally, there is an increasing trend in the cement consumption and as the emerging countries continue developing, the trend is expected to continue increasing. However, production of Portland cement is significantly energy-inefficient, carbon-intensive and accounts for 5 to 8% of total human-driven CO2 emissions. Prolonged sustainability therefore necessitates the design and production of construction materials that are eco-friendly in nature. For true infrastructural sustainability, hence, a paradigm shift is necessary in terms of both greenness of conventional concrete material and improved infrastructural durability for the sake of less frequent repairs. Construction and demolition applications have become one of the leading sectors in the world with the increased number of repetitive repair/renovation/maintenance of buildings, roads, bridges and other structures. However, each year, significant amounts of solid waste are generated as a result of the abovementioned applications requiring to be tackled properly. There are multiple adverse effects of construction and demolition waste (CDW) which include (i) waste landfilling of very large clean lands, (ii) causing hazardous pollution which jeopardize the surroundings and (iii) wasting of natural resources. Although “zero CDW” seems unpractical since the waste generation is unavoidable, effective solutions to minimize the amount of CDW generated must be sought for the sake of environmental, social and economic benefits. To counteract the negative effects of Portland cement production and favour increased materials’ greenness, “geopolymers” are being researched widely nowadays. Geopolymer is a cement-free binding material obtained by the alkali-activation of certain aluminosilicate source materials. The source materials are generally obtained from industrial by-products including fly ash, slag, etc. Moreover, along with the significantly superior materials’ greenness, geopolymers are being repeatedly reported to have high strength and enhanced durability performance (especially in terms of acid, corrosion, fire and frost resistance), although large-scale production and applications of geopolymer concretes are very restricted since the performance properties of ultimate geopolymeric materials are largely dependent on the selected aluminosilicate source material, availability of which is highly dependent on the geography. The current research aims at developing “green” geopolymeric concrete whose constituents are entirely obtained from CDW for truly sustainable infrastructural development. For the purposes of the research, firstly, geopolymeric binding phases were developed using the inert portion of CDW which is largely composed of waste concrete, wall/roof members including different types of bricks/tiles and waste glass. Secondly, CDW-based aggregates with different sizes were incorporated into the geopolymeric binders to obtain “green” mortar and concrete mixtures. After evaluating the mechanical and micro-mechanical properties of geopolymer concretes, the focus was placed on the assessment of a set of durability properties. Successful outcomes and wide knowledge transfer of the current research are believed to make benefits in the lives of individuals by not only lowering the cost-inefficient and environment-unfriendly repairs of infrastructures but also completely recycling the CDW which is troubling all countries around the world with easy-to-implement, low-cost and energy-efficient techniques.Tüm dünyada, bozulmaya uğrayan altyapıların sürdürülebilirliği giderek artan bir endişe kaynağıdır. Bu altyapıların yapı taşı olan geleneksel beton, ana bağlayıcı faz olarak Portland çimentosundan oluşmaktadır. Küresel olarak, çimento tüketiminde artış eğiliminin olmasının yanında, gelişmekte olan ülkeler gelişmeye devam ettikçe, trendin artmaya devam etmesi beklenmektedir. Bununla birlikte, Portland çimentosunun üretimi, insan kaynaklı CO2 emisyonlarının %5-8'ini oluşturur ve önemli ölçüde verimsiz enerji kullanımı ile yoğun karbon salınımından sorumludur. Bu nedenle uzun süreli sürdürülebilirlik, doğada çevre dostu yapı malzemelerinin tasarımını ve üretimini gerektirmektedir. Doğru altyapı sürdürülebilirliği kapsamında daha az sıklıkta yapılacak onarımlar için hem çevre dostu geleneksel betonlar hem de gelişmiş altyapı dayanıklılığı açısından köklü bir değişim gereklidir. İnşaat ve yıkıntı uygulamaları, binaların, yolların, köprülerin ve diğer yapıların tekrar eden onarım/yenileme/bakımlarının artmasıyla dünyanın önde gelen sektörlerinden biri haline gelmiştir. Bununla birlikte, her yıl yukarıda belirtilen ve uygun bir şekilde ele alınması gereken uygulamalar sonucunda önemli miktarlarda katı atık ortaya çıkmaktadır. İnşaat ve yıkıntı atığının (İYA) (i) çok büyük temiz arazilerde depolanması, (ii) çevreye tehlikesi olan hava kirliliğe neden olması ve (iii) doğal kaynakların boşa harcanması gibi birçok olumsuz etkisi vardır. Her ne kadar atık üretimi kaçınılmaz olduğu için “sıfır İYA” kavramı pratik olmasa da çevresel, sosyal ve ekonomik faydalardan ötürü İYA miktarını en aza indirecek etkili çözümler aranması gerekmektedir. Portland çimentosu üretiminin olumsuz etkilerini minimize etmek ve çevre dostu malzemeleri desteklemek için, günümüzde “jeopolimerler” yaygın olarak araştırılmaktadır. Jeopolimer, alüminosilikat kaynaklı malzemelerin alkali aktivasyonu ile elde edilen çimento içermeyen bir bağlayıcı malzemedir. Uçucu kül, cüruf gibi bu tür alüminosilikat kaynaklı malzemeler genellikle endüstriyel yan ürünlerden elde edilir. Bunun yanı sıra, önemli ölçüde çevre dostu olmasına ve yüksek mukavemet ile gelişmiş dayanıklılık performanslarının (özellikle asit, korozyon, yangın ve dona dayanıklılık açısından) defalarca belirtilmesine karşın, jeopolimer malzemelerin nihai performans özellikleri önemli ölçüde seçilen alüminosilikat kaynağı malzemeye bağlı olduğundan, büyük ölçekli jeopolimer betonların üretimi ve uygulamaları çok kısıtlıdır. Bu araştırma, tam olarak sürdürülebilir altyapı gelişimi için bileşenleri tamamen İYA'dan elde edilen “çevre dostu” jeopolimer beton geliştirmeyi amaçlamaktadır. Araştırmanın amaçları doğrultusunda, ilk olarak, büyük ölçüde beton atığından, farklı tipte tuğla/fayans atığı içeren duvar/çatı elemanlarından ve cam atığından oluşan İYA'nın kullanılmasıyla jeopolimer bağlayıcı fazlar geliştirilmiştir. Ardından, "çevre dostu" harç ve beton karışımları elde etmek için farklı boyutlarda İYA bazlı agregalar jeopolimer bağlayıcılara dahil edilmiştir. Üretilen jeopolimer betonların mekanik ve mikro-mekanik özellikleri değerlendirildikten sonra, bir takım dayanıklılık özelliklerinin değerlendirilmesine odaklanılmıştır. Mevcut araştırmanın başarılı sonuçlarının ve geniş bilgi aktarımının, sadece altyapıların maliyetlerini ve çevreye zararlı onarımlarını düşürmekle kalmayıp, aynı zamanda tüm ülkelerin sıkıntısı olan İYA'yı uygulaması kolay, düşük maliyetli ve enerji tasarruflu teknikler ile tamamen geri dönüştürerek bireylerin yaşamlarına fayda sağladığına inanılmaktadır