İnşaat yıkıntı atığı ahşaplardan kompozit malzemeler geliştirilmesi
Development of composite materials from demolition waste wood
Yazar: CEREN SERAP AKIN
Danışman: PROF. DR. İRFAN AR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Artan odun tüketimi orman kaynaklarının tükenmesine neden olmaktadır. Ormansızlaşmanın olumsuz çevresel etkileri de odunu ham madde olarak kullanan ticari değeri olan ürünler için alternatif kaynakların kullanılmasını gerektirir ve lignoselülozik atıklar gibi alternatiflerinin araştırılmasına yol açar. Bu çalışmanın amacı, inşaat ve yıkıntı atıklarından (İYA) elde edilen odun atıklarının yeniden değerlendirilerek çimentolu yonga levha üretilmesine uygunluğunun incelenmesidir. Çimentolu odun kompozitlerinde hidratasyonu engelleme eğiliminde olan şeker gibi çözünür maddelerin ortamdan uzaklaştırılması gerekmektedir. Atık odunlara ilk olarak  %2, %3, %5 ve %8 olmak üzere dört farklı derişimde hazırlanan NaOH ile 3, 6 ve 24 saat olmak üzere üç farklı zamanda alkali işlem uygulanmıştır. Bu işlemler ile odununun safsızlıklarının giderilmesi ve mekanik dayanımının artırılması hedeflenmiştir. Bu işlemler sonucu elde edilen atık odunlarla üretilen levhaların odun çimento oranları değiştirilerek (1:1, 1:1,5, 1:2) hedeflenen tüm bu çalışmalar ile yonga levha üretimine alternatif bir tasarım sunulması ve ürünün mekanik ve fiziksel özeliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bu çalışmalar sonucunda, %2 NaOH ile 24 saat alkali işleme tabi tutulmuş olan atık odun ile odun-çimento oranı 1:2 olacak şekilde çalışılan reçeteyle en iyi sonuç alınmıştır. Bu yeni tasarlanmış olan levhanın eğilme dayanımı ve elastisite modülü değerleri sırasıyla 10,37 N/mm2 ve 6437,28 N/mm2 olarak bulunmuştur. Levhanın yüzeye dik çekme direnci değeri ise 0,514 N/mm2 olarak bulunmuştur. Levhanın fiziksel özelliklerinden yoğunluk, su alma miktarı ve kalınlık artışı oranı değerleri sırasıyla 1255,12 kg/m3, %35,28 ve %1,183 olarak bulunmuştur. Ayrıca yapılan yaşam döngüsü değerlendirmesi hesaplamaları sonucunda bu levhaya ait küresel ısınma potansiyeli ve kümülatif enerji talebi sırasıyla 677,11 kg CO2 eq ve 4818 MJ olarak bulunmuştur. Böylece hem atık odunların sürdürülebilir-döngüsel ekonomiye kazandırılması sağlanmış hem de atık odun bertaraf yöntemlerinin sebep olduğu sera gazlarının azalmasıyla doğanın tahribatı önlenmiş olacaktır.

Abstract:
Increasing wood consumption causes the depletion of forest resources. The adverse environmental effects of deforestation also require the use of alternative sources for the production of merchantable goods that use wood as a raw material and lead to the research for alternative materials such as lignocellulosic wastes. This study aims to examine the suitability of woods acquired from construction and demolition wastes (CDW) for the production of cement-bonded particle board by recycling. Soluble substances such as sugar, which tend to prevent hydration in cemented wood composites, must be removed from the environment. Firstly, alkali treatment was carried out with NaOH solutions prepared at four different concentrations 2%, 3%, 5%, and 8% alkaline solutions according to the dipping method to the waste wood, in three different time periods of 3, 6, and 24 hours. The aim of these processes is to remove the impurities of the wood and increase its mechanical strength. By changing the wood-cement ratios of the boards, produced with treated waste wood, to 1:1, 1:1.5, and 1:2, it is aimed to offer an alternative design for cement-bonded particle board production and to improve its mechanical and physical properties. As a result of this study, the best results were obtained with the formulas studied in a ratio of 1:2 for waste wood and cement, which were treated to alkali treatment with 2% NaOH for 24 hours. The modulus of rupture and elasticity modulus values of this newly designed board were found to be 10.37 N/mm2 and 6437.28 N/mm2, respectively. The value of tensile strength perpendicular to the plane of board was found as a 0.514 N/mm2. From the physical properties of the board, the values of density, water absorption, and swelling in thickness rate were found to be 1255.12 kg/m3, 35.28% and 1.183%, respectively. Additionally, as a result of the life cycle assessment calculations, the global warming potential and cumulative energy demand of this board were found to be 677.11 kg CO2 eq and 4818 MJ, respectively. Thus, both waste woods will be brought into a sustainable-circular economy, and the destruction of nature will be prevented by reducing the greenhouse gas emissions caused by waste wood disposal methods.