Arıtma çamuru külü kullanılarak üretilen harç ve beton numunelerinin fiziksel ve mekanik özelliklerinin araştırılması
Investigation of physical and mechanical properties of mortar and concrete samples produced by using sewage sludge ash
Yazar: MUTLU İREM TUNCER
Danışman: PROF. DR. CELALETTİN BAŞYİĞİT
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Günümüzde nüfus artışına paralel olarak açığa çıkan suyu alınmış atık su arıtma çamurunun depolanması çevresel bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Atık malzemenin bertaraf edilmesi yerine geri kazanımının sağlanması sürdürebilir çevre açısından da önemlidir. Tarım alanlarında gübre olarak ve çimento fabrikalarında ek yakıt olarak kullanımı sağlanan bu atığın yeterli miktarda geri kazanımının 
sağlanamamasından dolayı yeni kullanım alanlarının araştırılması yönüne gidilmektedir.

Bu tez çalışmasının amacı atık su arıtma çamuru külünün çimento yerine ikame malzemesi olarak kullanılabilirliğinin araştırılmasıdır. Atık su arıtma tesisinden kuru halde temin edilen arıtma çamuru farklı sıcaklık ve sürelerde yakma işlemine tabii tutulmuştur. En uygun 900C°'de 3 saat yakılarak küle dönüştürülen atık malzeme harç ve beton numunelerinin üretiminde çimento yerine kütlece yer değiştirilerek farklı oranlarda katkı malzemesi olarak kullanılmıştır. Harç numunelerinde çimento yerine %5, %10, %15 ve %20 oranlarda ikame malzeme olarak kullanılırken, beton 
numunelerinde çimento yerine %5, %10 ve %15 oranında ikame malzeme olarak kullanılmıştır.

Arıtma çamuru külünün puzolanik aktivite indeksi, yüzey alanı tayini, tane dağılım analizi, kimyasal bileşimi, kıvam ve priz süreleri belirlendikten sonra hazırlanan harç numuneleri üzerinde 7, 28 ve 90. günlerde basınç dayanımı, eğilme dayanımı ve kuruma büzülmesi deneyleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar kontrol numuneleri ve F sınıfı uçucu kül katkılı harç numuneleri ile karşılaştırılmıştır. Beton numunelerinde taze beton üzerinde çökme miktarı belirlendikten sonra, 7, 28 ve 90. günde basınç dayanımı deneyi, 28. günde yarmada çekme dayanımı, dinamik elastisite modülü deneyleri yapılmıştır ve sonuçlar kontrol numuneleri ile karşılaştırılmıştır.

Atık su artıma çamuru külünün kimyasal ve mekanik deneyler sonucunda puzolanik özellik gösterdiği belirlenmiştir. Arıtma çamur külü katkılı harç ve beton numunelerinde en yüksek dayanım değerini %5 oranında ikame edilen numunelerin sağladığı görülmüştür. Arıtma çamuru kül kullanımının kuruma büzülmesi ve kütle kaybı üzerinde önemli bir etkisinin olmadığı, erken yaşta dayanım değerlerinin 
kontrol numunesine göre düşük olduğu ancak ileri yaşlarda kontrol numunesine göre daha iyi dayanım değeri sağladığı belirlenmiştir.Sürdürülebilir yapı malzemeleri alanında çimento yerine daha çevreci ikame malzemeleri kullanımı ile enerji verimliliğinin arttırılması, doğal kaynakların korunması, atık ürünlerin değerlendirilmesi ve sera gazı salınımlarının azaltılması sonucunda mevcut çevresel 
etkinin de azaltılabileceği ön görülmektedir.

Abstract:
Nowadays, the storage of dewatered wastewater treatment sludge, which is released in parallel with population growth, is an environmental problem. Recycling of waste material instead of disposal is also important in terms of sustainable environment. Since this waste, which is used as fertilizer in agricultural areas and as additional fuel in cement factories, cannot be recovered in sufficient quantities, new areas of use are being explored.

The aim of this thesis is to investigate the usability of sewage sludge ash as a cement replacement material. The dry sewage sludge obtained from the wastewater treatment plant was subjected to incineration at different temperatures and times. The waste material, which was converted into ash by incineration at optimum 900C° for 3 hours, was used as an additive material in different ratios by replacing cement by mass in the production of mortar and concrete samples. In mortar specimens, 5%,10%, 15% and 20% of the waste material was used as a substitute for cement, while in concrete specimens, 5%, 10% and 15% of the waste material was used as a substitute for cement.

After determining the pozzolanic activity index, surface area determination, grain distribution analysis, chemical composition, consistency and setting times of sewage sludge ash, compressive strength, flexural strength and drying shrinkage tests were performed on the mortar specimens at 7, 28 and 90 days. The results obtained were compared with control specimens and mortar specimens with F class fly ash admixture. After determining the amount of slump on fresh concrete specimens, compressive strength tests at 7, 28 and 90 days, tensile strength at splitting at 28 days, dynamic modulus of elasticity tests were performed and the results were compared with the control specimens.

It was determined that sewage sludge ash showed pozzolanic properties as a result of chemical and mechanical tests. It was observed that the highest strength value of mortar and concrete specimens with sewage sludge ash admixture was provided by the specimens with 5% replacement rate. It was determined that the use of sewage sludge ash did not have a significant effect on drying shrinkage and mass loss, strength values at early ages were lower than the control sample, but at advanced ages, it provided better strength values than the control sample. In the field of sustainable building materials, it is predicted that the current environmental impact can be reduced by increasing energy efficiency, protecting natural resources, utilizing waste products and reducing greenhouse gas emissions by using more environmentally friendly substitute materials instead of cement.