Yapı kimyasalları üretimine yönelik biyolojik tabanlı katkı malzemelerinin hazırlanması ve uygulamaları
Preparations and applications of bio – based additives for building chemicals production
Yazar: FULYA MEMİOĞLU
Danışman: PROF. DR. MURAT ELİBOL
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Beton, inşaat sektöründe en yaygın kullanılan yapı malzemesidir ve sürekli gelişmektedir. Modern bir beton çimento, su ve agregaların karışımından daha komplike bir yapıdadır. Günümüzde beton diğer bileşenlerin yanı sıra, mineral bileşenler, fiberler ve kimyasal katkılar içermektedir. Beton kimyasal katkıları, taze ve / veya sertleşmiş betona istenen özellikleri kazandırmak üzere kullanılan, beton karışımına çimento dozajının %5'ini aşmayacak miktarda ilave edilen ve karışımdaki tüm bileşenlerle uyumlu etki gösterecek şekilde tasarlanan kimyasal maddelerdir. Kimyasal katkılar kullanılarak yüksek mukavemette, donma – çözünme dayanımı yüksek ve kendinden yerleşebilir betonlar üretmek mümkün olmaktadır.
Bilindiği üzere, yapı kimyasalları sektörü yoğun rekabetin olduğu, dinamik bir piyasa özelliği göstermektedir. Üretim maliyetlerinin büyük kısmını ise yerli ve ithal hammadde girdileri oluşturmaktadır. Son yıllarda, tüketici ürünlerinin sebep olduğu çevresel etkiler konusunda toplumsal endişe artmaktadır. Çevre koruma bilincinin ülkemizde de gelişmesine paralel olarak konvansiyonel hammadde üretimi yerine mevcut atık veya geri dönüştürülmüş malzemelerin değerlendirilmesi tercih edilmektedir. Dünya genelinde, Ar-Ge çalışmaları da bu konsepte odaklanmaktadır.
Tarımsal endüstri atık suları biyobozunur özellikte olmayan maddeler içermektedirler. Özellikle gelişmekte olan ülkelerde tarımsal atık suların kontrolsüz şekilde çevreye salınması çevresel riskleri artırmaktadır. Öte yandan, arıtma sistemlerinin kurulması ve işletilmesinin yüksek maliyetli olması bilhassa küçük ve orta ölçekteki üreticilere büyük ekonomik yükler getirmektedir.
Bu çalışmada tarımsal endüstri atık sularının beton kimyasal katkıları üretiminde kullanım potansiyeli ve olası etkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, iki farklı zeytin karasuyu (ZKS), maya atık suyu (MAS) ve peyniraltı suyu (PAS) temin edilmiştir. İstatiksel deney tasarımı ile farklı katkı kombinasyonları oluşturulmuştur. Ham haliyle bu atık sulardaki ve atık sular kullanılarak hazırlanan beton kimyasal katkılarındaki klorür miktarı (%), katı madde miktarı (%), pH ve bağıl yoğunluk (g/cm3) tayini yapılmıştır. Ayrıca beton testleriyle küp yoğunluğu (g/cm3), slump (cm) ve mukavemet (MPa) değişimleri de belirlenmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar kullanılarak optimizasyonları yapılmıştır.
Deneysel çalışmalara göre, ZKS %10,56'ya (20,00 cm slump – 46,89 MPa mukavemet), PAS %12,51'ya (21,63 cm slump – 40,74 MPa mukavemet) ve MAS %10'ya (20,00 cm slump – 42,65 MPa mukavemet) kadar ilave edildiğinde herhangi bir performans kaybı meydana gelmeden akışkanlaştırıcı beton kimyasal katkıları elde edilebilmektedir. Ayrıca antifriz katkısında da %28,87 ZKS ilavesi kontrol numunesi ile aynı etkiyi sağlamaktadır.
Her şeyden önce bir atık su kaynağının değerlendirilmesi sürdürülebilir ve çevre dostu üretim için dikkate değer bir fırsattır. Yapılan deneyler, tarımsal endüstri kaynaklı atık suyun beton kimyasal katkı üretimi açısından maliyet düşürücü bir alternatif olduğunu göstermiştir. Elde edilen sonuçlara dayanarak bu atık suyun kullanılmasıyla, büyük oranlarda beton kimyasal katkısı üretiminin araştırılmasının önemli olduğu görülmektedir.

Abstract:
Concrete, the most widely used construction material, is evolving. Modern concrete is more complicated than a mixture of cement, water, and aggregates. Nowadays, modern concrete contains mineral components, chemical admixtures, etc. Concrete chemical admixtures are used to make fresh and / or hardened concrete in desired properties. Amounts of admixtures are limited with 5% percent of cement quantity in concrete mixtures and they are designed to work compatible with other components. Thus, it is possible to produce concrete which has high strength, freeze – thaw resistance and self – leveling properties.
It is known that construction chemicals market has an intense competition and a dynamic structure. Large part of production costs consists of domestic and import raw materials. In recent years, public concern about the environmental occurrence of consumer products has been increasing. As environmental consciousness is developing in our country, valorization of recycle or waste materials is preferred instead of producing conventional raw materials. Besides, R&D projects from all over the world are focused on this concept.
Agro – industrial wastewaters include non - biodegradable materials. Accumulation of unmanaged agro – wastewaters especially from the developing countries has an increased environmental risk. On the other hands, because setting up and plant operation of existing purification systems are costly, especially SMEs are exposed to difficult economical conditions.
The objective of this thesis is to assess the effects of using an agro–industrial wastewater on the production of concrete chemical admixture. In this study, two different olive mill wastewater samples (OMW), cheese whey (PAS) and baker's yeast wastewater (BYW) samples were taken.
Different admixture combinations were generated with statistical experimental design methods. Some parameters, such as level of chloride (%), solid content (%), pH and density (g/cm3) were determined using raw agro - industrial wastewater samples and concrete chemical admixtures. Furthermore, concrete tests were performed to identify cube density (g/cm3), strength (MPa) and slump (cm) changes. The results obtained from experimental studies were optimized.
The results showed that the addition of OMW, PAS and BYW up to 10,56% (20 cm slump – 46,89 MPa strength), 12,51% (21,63 cm slump – 40,74 MPa strength), 10% (20 cm slump – 42,65 MPa strength), respectively can be potential plasticizer admixtures for concrete preparation, without loss of performance. Also antifreeze admixture sample including 28,87% OMW ensured same effect with standard sample.
Overall, the valorization of the wastewater source is a challenging opportunity for the sustainable and environmental friendly production. The results obtained from the experiments clearly show that the agro – industrial wastewater has potential to develop cost effective concrete chemical admixtures. On the basis of these results, it is worth examining the incorporation of larger percentage of admixtures using agro – industrial wastewater.