Biyokompozit yapı malzemesinin uygulama potansiyeli ve sürdürülebilir konstrüksiyonlar ıçin dayanımının iyıleştirilmesi
Potential applications and strength optimization of biocomposite building materials for sustainable construction
Yazar: ZERIHUN BIREGA WAJE
Danışman: DOÇ. DR. NAZİRE PAPATYA SEÇKİN
Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Yapı Fiziği ve Malzemesi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mimarlık = Architecture ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Biyokompozit, yapısına katılan oluşturucu malzemelerden en az birinin bitki bazlı malzeme olan bir elyaf ve bağlayıcı matris malzemesi bileşimidir. İnşaat sektöründe yenilenemeyen malzemelerin kullanımı çevre üzerinde olumsuz bir etki bırakmaktadır. Bu olumsuz etkilerin azaltılmasına yardımcı olmak üzere, inşaat sektörünün, inşaat malzemelerine olan talebi doğal elyaflı kompozit malzemelerle karşılaması düşünülebilir. Karbon ve cam elyafı gibi fosil türevli elyafların önemli miktarda enerjiye ihtiyacı vardır ve üretim sırasında atmosfere CO2 emisyonunu salarlar ve bu fenomen sera etkisinin ana nedeni olarak kabul edilir. Uçaklarda ve otomotiv iç bileşenlerinde biyokompozit malzemenin kullanılmasıyla ilgili yapılan çalışmalar, biyokompozit malzemenin sürdürülebilir yapılarda da uygulanmasının bir yolunu keşfetmek adına büyük bir ilham kaynağı oluşturmaktadır. Biyokompozit malzeme, sentetik elyaf takviyeli kompozit malzemeye göre düşük mekanik güce sahiptir. Ancak, uygun malzeme mukavemetini ve geometrik optimizasyon yöntemlerini bularak bu malzemenin küçük ölçekli yük taşıyıcı yapılarda kullanılması büyük bir potansiyel olarak görülmektedir. 
Biyokompozit malzeme yüksek nem emilimi, düşük gerilme mukavemeti ve eğilme sertliği sergilemesine rağmen, bu malzemenin yapılarda kullanım potansiyeli incelenmektedir. Bu araştırmada biyokompozit yapı malzemelerinin sürdürülebilir yapılarda potansiyel uygulamalarına ve bunların güç optimizasyon yöntemlerine değinilmektedir. Polilaktit (PLA), elastomer ve yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) polimerleri ile % 70 elyaf hacmine sahip tarımsal saman elyafından yapılan bu araştırmada dört çeşit biyokompozit malzeme incelenmiştir. Biyokompozit malzemeye farklı mukavemet geliştirme yöntemleri uygulanmış ve mekanik performansları üç noktalı eğme testi, çekme testi ve su emme testi ile incelenmiştir. Ayrıca, malzemenin davranışını modelleyerek analiz etmek için sonlu elemanlar analizi kullanılmıştır. Bu analiz yönteminde, biyokompozit yapının mekanik özelliklerini ölçmek ve analiz etmek için belirli varsayımlar kullanılmıştır. Elyafların seçimi ve dağılımı, kimyasal işlemler ve farklı üretim yöntemleri gibi biyokompozitlerin mekanik performansını etkileyen çeşitli parametreler ile, farklı lamine ve sandviç akustik biyokompozit paneller ve mimarlık alanında gelecekteki potansiyel uygulamaları bu tez kapsamında incelenmiştir.

Abstract:
Composite materials are a composition of reinforcement fiber and matrix, hence when at least one of the constituent materials is bio-based, it forms a biocomposite material. Recently, the application of non-renewable materials in construction industries have left a major impact on the environment and to decrease this problem the construction industry has started addressing this issue by introducing different eco-friendly composite materials. Even though biocomposite material has comparative low mechanical strength and durability through finding appropriate fiber reinforcement, fiber orientation, polymer types and production methods of the material can have enormous potential in sustainable construction. Biocomposite materials have various advantages related to conventional building materials in terms of renewability, lightweight, low cost, biodegradability, and good mechanical property. A vital application of natural fiber composite materials in aircraft and automotive industries brings great inspiration to extend the material application in the construction sector as well. 
This research focuses on biocomposite materials production methods, mechanical laboratory test, numerical experiment and potential future applications in sustainable building constructions. Four types of biocomposite materials were investigated in this research, which are produced from agriculture straw fiber of 70% fiber volume fraction mixed with polylactide (PLA), elastomer and high-density polyethylene (HDPE) polymers with different ratio percentage as a polymer matrix. The research went through two different mechanical property tests of bending and tensile test. To increase the biocomposite strength of the extruded biocomposite samples all the specimens were laminated with oak veneer and their mechanical property were also tested. The water absorption property test is also carried out to the samples. Finally, in the research, the finite element analysis methods are applied to model three-point bending test and analysis of biocomposite material under bending load.
In general, this research will give a basic understanding of biocomposite materials, future potential application in load-bearing structures, the strength optimization approaches, and production processes.