Dayanım sınıfı bilinen atık beton parçalarından üretilen geri dönüştürülmüş iri agregaların yeni beton üretiminde kullanımının incelenmesi
Investigation of the use of recycled coarse aggregates produced from waste concrete breaks in new concrete production
Yazar: HİLAL GÜNEŞ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ERKAN KARAGÜLER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
İnsanoğlunun yıllardan beri süregelen kentleşme ihtiyacı, beraberinde tükenen kaynaklar sorununuda getirmektedir. Bu soruna kalıcı bir çözüm olarak "Sürdürülebilirlik" kavramı ön plana çıkmaktadır. Sürdürülebilirlik kavramı, var olan kaynaklar kullanılırken gelecek nesillere aktarabilmek için bu kaynaklara zarar vermeden kalkınmak olarak tanımlanabilir. Günümüzde doğal kaynakların hızla tükendiği ve bu tükenen kaynakların telafisinin zorlaştığı bilinmektedir. Bu doğrultuda, çevresel sürdürülebilirlik anlayışı büyük önem kazanmaktadır.Sürdürülebilirlik kavramı, her alanda çok önemli bir yeri olduğu gibi inşaat sektörü için de büyük bir önem teşkil etmektedir. Her geçen gün gelişmekte ve büyümekte olan inşaat sektöründe, en çok kullanılan yapı malzemelerinden biri betondur. Betonu oluşturan en önemli bileşenlerden birinin agregalar olduğu düşünüldüğünde, akıllara giderek tükenmekte olan doğal agrega kaynakları gelmektedir. Bu durumun önüne geçebilmek için, sürdürülebirlik ve geri dönüşüm kavramlarının irdelenip, bu doğrultuda çalışmalar yapılması gerekmektedir.Bu sebeple, yapılan tez çalışmasında sürdürülebilirlik ve geri dönüşüm kavramlarının önemi vurgulanarak, beton santralinde üretilmiş, üzerinde basınç dayanımı testleri yapıldıktan sonra atık hale gelen ve dayanım sınıfı bilinen atık beton parçalarından geri dönüşüm agregaları (GDA) elde edilmiştir. Elde edilen GDA'lar ile yeni beton serileri üretilmiş ve üretilen referans beton serisi ile karşılaştırmalar yapılmıştır.Bu çalışmada, hem ekolojik hem de ekonomik açıdan düşünüldüğünde, atık betonların geri dönüşüm agregası olarak yeniden beton üretiminde kullanılabilirliğini test edip, betonun sürdürülebilir bir malzeme olarak kullanımını devam ettirebilmek hedeflenmiştir. Bu amaçla yapılan tezde çalışma yöntemi iki ana aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşama literatür araştırmaları, ikinci aşama deneysel çalışmalardır. Bu yöntemler ışığında yapılan tez çalışmasının içeriği toplam beş bölümden oluşmaktadır.Tezin ilk bölümünde, genel bir giriş yapıldıktan sonra çalışmanın amacı, önemi, kapsam ve yöntemi anlatılmıştır. Bu bölümde çalışma hakkında genel bilgiler verilmiş ve bu tezin önemli noktalarına değinilerek içerikten bahsedilmiştir. Literatür araştırmalarından oluşan ikinci bölümde, betonu oluşturan ana malzemeler hakkında incelemeler yapılmıştır. Bu doğrultuda agregalar hakkında açıklamalar yapılarak, agrega kaynakları, agregaların sınıflandırılması, agregaların fiziksel ve mekanik özellikleri, agregalar içerisinde bulunan zararlı maddeler hakkında bilgiler verilmiştir. Bunu takiben çimento ve beton hakkında genel bilgilerden bahsedilmiştir. Son olarakta sürdürülebilirlik ile beton arasındaki ilişki incelenerek, geri dönüşüm agregası hakkında yapılmış olan bazı literatür çalışmalarından bahsedilmiştir.Yürütülen çalışmanın üçüncü bölümünde, yapılan literatür araştırmaları ışığında yapılmış olan deneysel çalışmalar anlatılmıştır. Deneysel çalışmalar laboratuvar ortamında yapılmıştır. Öncelikle yapılacak olan deney çalışmalarının programlanmasından ve araştırmada kullanılan yöntemler ve kabul edilen ilkelerden bahsedilmiştir. Ardından, çalışmada kullanılan malzemeler ve özellikleri anlatılmış ve kullanılan deney cihazları hakkında bilgiler verilmiştir. Deneysel çalışma sürecinde, önce agregaların fiziksel özellikleri saptanmıştır. Elde edilen veriler ışığında beton tasarım hesapları yapılarak, üç ayrı karışım oluşturulmuştur. Bu karışımlardan birincisi referans beton olarak kullanılmak üzere %50 oranında doğal kum ve %50 oranında iri doğal agrega kullanılarak üretilen doğal agrega karışımıdır (DAK). İkinci karışım,doğal kum ve iri doğal agrega karışımının %25'i, %25oranında geri dönüşüm agregası, %50 oranında doğal kum kullanılarak üretilen doğal agrega ve geri dönüşüm agregalı karışımdır (DAGDAK). Üçüncü karışım ise iri agrega olarak %50 oranında geri dönüşüm agregası ile ince agrega olarak %50 oranında doğal kum karıştırılarak kullanılan geri dönüşüm agregalı karışımdır (GDAK).Beton karışımlarının üretimleri tamamlandıktan sonra, öncelikle taze beton deneyleri yapılmış; çökme deneyi ile betonun işlenilebilirliği test edilmiştir. Bunun yanı sıra taze beton birim ağırlık tayini yapılmıştır. Ardından, üretilen bu numunelere yedi günlük kürleme işlemi yapılmıştır. Bu işlemden sonra, tüm numuneler üzerinde 7, 14 ve 28 günlük sertleşmiş beton deneyleri yapılmıştır. Dayanım deneyleri, ultrases hızı deneyi, kılcal yolla su emme deneyi, donma çözülme etkilerine dayanıklılık deneyi, geri tepme çekici deneyi, Torrent geçirimlilik deneyi ve su buharı geçirgenlik deneyleri uygulanan sertleşmiş beton numunelerin özellikleri saptanarak bazı sonuçlar elde edilmiştir.Elde edilen sonuçlar ışığında dördüncü bölüm yazılmıştır. Bu bölümde, yapılan deneysel çalışma sonucunda elde edilen veriler aracılığı ile çizelge, grafik ve tablolar oluşturulmuştur. Bu sayede deneysel çalışmalar karşılaştırılmalı olarak analiz edilmiştir. Bunu takiben sonuç ve önerilerin bulunduğu beşinci bölüm ele alınmıştır.Bu tez çalışmasında, referans beton üretiminde kullanılan standart karışım tasarımı bir değişiklik yapılmadan geri dönüşüm agregalı beton üretiminde kullanılmıştır. Bu sayede, geri dönüştürülmüş agregalar –ağırlıkça- doğal agregaların yerine kullanılmıştır.Çalışma sürecinde yapılan deneyler ışığında elde edilen sonuçlara bakıldığında, hazır beton tesislerinde üretilen ve atık beton haline gelen betonların geri dönüştürülerek, geri dönüştürülmüş agrega olarak yeniden kullanımının mümkün olduğu saptanmıştır. Bu tez çalışmasında elde edilen tüm sonuçlar incelendiğinde, atık betondan elde edilen geri dönüşüm agregası kullanılarak hem doğal kaynakların korunabileceği, hem de ekonomik açıdan büyük faydalar sağlanabileceği ön görülmektedir. Geri dönüşüm agregası üzerinde çalışmalar yapılarak daha yüksek dayanımlı betonlar elde etmek için çalışmalara devam edilebilir.

Abstract:
The need for urbanization, which has been going on for many years, brings the problem of depleted resources. As a permanent solution to this problem, the concept of "Sustainability" comes to the fore.The concept of sustainability can be defined as being used without harming the resources in order to transfer them to future generations while using the resources available today. Today, it is known that natural resources are being exhausted rapidly and it is difficult to compensate for these exhausted resources. In this direction, environmental sustainability understanding gains great importance.The concept of sustainability has a very important place in every field and it also has a great importance for the construction industry. One of the most important building materials for the developing and growing construction industry is concrete. One of the most important materials that make up concrete is aggregates. In this case, natural aggregate sources are gradually running out. In order to prevent this situation, sustainability and recycling concepts should be examined and studies should be carried out in this direction.For this reason, in the thesis study, the importance of sustainability and recycling concepts were emphasized, and recycling aggregates were obtained from waste concrete pieces that were produced in the concrete plant, which became waste after compressive strength tests were made. New concrete series were produced with the recycling aggregates obtained and comparisons were made with the reference concrete series produced.In this study, considering both ecologically and economically, it is aimed to test the usability of waste concrete as a recycling aggregate in concrete production and to continue the use of concrete as a sustainable material. In this thesis, the method of study consists of two main stages. The first stage is literature research and the second stage is experimental studies. The content of the thesis study conducted in the light of these methods consists of five chapters.In the first part of the thesis, after a general introduction, the purpose, importance, scope and method of the study are explained. In this section, general information about the study is given and the important points of this thesis are mentioned and the content is mentioned.In the second part, which consists of literature studies, examinations were made about the main materials that make up the concrete. Accordingly, information was given about aggregates, aggregate sources, classification of aggregates, physical and mechanical properties of aggregates and harmful substances in aggregates. Following this, general information about cement and concrete was mentioned. Finally, by examining the relationship between sustainability and concrete, some literature studies on recycling aggregate are mentioned.In the third part of the study conducted, experimental studies conducted in the light of the literature researches are described. Experimental studies were carried out in a laboratory environment. The programming of the experimental studies to be carried out and the methods and principles accepted in the research were mentioned. Then, the materials used in the study and their properties are explained and information about the experimental devices used is given.During the experimental study, the physical properties of the aggregates were determined first. In the light of the data obtained, three different mixtures were created by making concrete design calculations. The first of these mixtures is the natural aggregate mixture produced by using 50% natural sand and 50% coarse natural aggregate to be used as reference concrete. The second mixture is a mixture produced by using 25% of natural sand and coarse natural aggregate mixture, 25% recycle aggregate, 50% natural sand. In the third mixture, it is a mixture with 50% recycling aggregate as coarse aggregate and 50% natural sand as fine aggregate.After the production of concrete mixes has been completed, firstly fresh concrete experiments have been carried out; the workability of the concrete was tested by the slump test. In addition, fresh concrete unit weight experiment was conducted. Subsequently, seven days curing was performed on these produced samples. After this process, 7, 14 and 28 days of hardened concrete tests were carried out on all samples. Some properties have been obtained by determining these properties of the hardened concretes applied to strength tests, ultrasound speed test, capillary water absorption test, resistance to freeze-thaw effects, rebound hammer test, Torrent permeability test and water vapor permeability tests.In the light of the data obtained, the fourth chapter has been written. In this section, charts, graphs and tables have been created through the data obtained as a result of the experimental study. In this way, experimental studies were analyzed comparatively. Following this, the fifth section with the results and suggestions is discussed.In this thesis, the standard mixture design used in the production of reference concrete was used in the production of recycled aggregate concrete without any change. In this way, recycled aggregates are used instead of natural aggregates by weight.Considering the results obtained in the light of the experiments conducted during the study process, it has been determined that the concrete produced in ready-mixed concrete facilities and turned into waste concrete can be recycled and reused as a recycled aggregate.When all the results obtained in this thesis study are examined, it is foreseen that both natural resources can be protected and economic benefits can be provided by using the recycling aggregate obtained from waste concrete. Studies can be continued to obtain higher strength concrete by working on the recycling aggregate.