Geri dönüşüm agregalarının iyileştirilmesi, karakterizasyonu ve yöntem etkiliğinin belirlenmesi
Rehabilitation, characterization and determination of method effectiveness of recycled concrete aggregate
Yazar: ERDOĞAN TOSUN
Danışman: PROF. DR. ÖZGE ANDİÇ ÇAKIR ; PROF. DR. ELİF ESİN  HAMEŞ TUNA
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Agrega = Aggregate ; Agrega özellikleri = Aggregate porperties ; Beton = Concrete ; Beton basınç dayanımı = Concrete compressive strength ; Beton dayanımı = Concrete strength ; Yeniden kazanma = Recycling ; İnşaat = Construction

Özet:
Bu çalışmada, laboratuvarda üretilen 4 farklı Geri Dönüşüm Agregası (GDA) ve lisanslı üreticiden temin edilen GDA ile birlikte toplamda 5 farklı GDA'nın karakterizasyonu, farklı iyileştirme yöntemlerinin GDA özelliklerine etkisinin ve yöntem etkinliğinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, iri kırma kireçtaşı ve bazalt agregası kullanılarak 2 farklı (0.45 ve 0.70) su/çimento oranına sahip 4 farklı beton karışım hazırlanmıştır. Beton numuneler 28 günlük standart kürden sonra çeneli kırıcı ile kırılıp GDA elde edilmiştir. GDA'ların su emme oranı ve özgül ağırlığı (TS EN 1097-6), birim hacim ağırlığı (TS EN 1097-3), aşınma direnci (TS EN 1097-2), yassılık oranı (TS EN 933-3) ve tane büyüklüğü dağılımı (TS EN 933-1:2012) özelikleri ilgili standartlara göre belirlenmiştir. GDA'ların üzerindeki harç tabakasının varlığından dolayı su emme oranı doğal agregaya kıyasla 10-15 kat fazla elde edilmiştir. Ayrıca kaynak betonun su/çimento oranının artışı ile birlikte su emme oranın ve Los Angeles deneyinde ağırlık kaybının arttığı, sıkışık ve gevşek birim hacim ağırlığı ile özgül ağırlık değerlerinin azaldığı tespit edilmiştir. Ayrıca seçilen GDA'lardan iki örnek MicroCT yöntemiyle taranıp GDA'nın agrega-harç oranı belirlenmiştir. GDA'larda agrega oranı %64 - 70, harç oranı %28 - 32 ve boşluk oranının %1 - 3 aralığında olduğu görülmüştür.
	GDA'lara, farklı sıcaklıklarda (250, 300, 350 ve 400°C) ve farklı sürelerde (1, 2 ve 3 saat) ısıl işlemle; farklı sürelerde (2, 5, 10, 12 ve 15 dk) mekanik işlemle; farklı konsantrasyon (0,1 ve 0,2 M), farklı sürelerde (24, 48 ve 72 saat) asitte (hidroklorik asit) bekletilerek; farklı su/bağlayıcı oranlarında (0.6, 1 ve 2) şerbet emdirilerek ve bakteri kültür sıvısı emdirildikten sonra farklı sürelerde (3 ve 6 gün) biyokalsifikasyon çözeltisinde bekletilerek iyileştirme çalışmaları uygulanmıştır. Her iyileştirme çalışmasından önce ve sonra GDA'ların su emme oranları belirlenmiştir. Isıl işlem, asitte bekletme ve şerbet emdirme yöntemlerinde GDA'ların su emme oranında anlamlı bir azalma sağlanamazken mekanik işlemde işlem sürenin artışı ile GDA'nın su emme oranı yaklaşık %70 oranında azaltılmıştır. Benzer şekilde bakteriyel biyokalsifikasyon yönteminde çökelme ortamında bekleme süresinin artışı ile GDA'nın su emme oranında %35'e varan azalma gözlenmiştir.
	GDA'lara uygulanan farklı iyileştirme yöntemlerinin etkinliğini belirlemek amacıyla öncelikle harcanan enerji ve/veya kullanılan malzeme miktarları dikkate alınarak 1 ton GDA iyileştirmek için gerekli maliyet hesaplanmıştır. Farklı yöntemlerin maliyetleri ve bu yöntemlerin GDA'nın su emme oranını azaltma oranları incelendiğinde en etkin yöntemin mekanik işlem olduğu görülmüştür. Isıl işlemde, mekanik işlemin yaklaşık 20 katı enerji tüketilmesine rağmen GDA'nın su emme oranında azalma gözlenmemiştir.

Abstract:
In this study, it was aimed to characterize 4 different RCA which were produced in the laboratory and an RCA obtained from a licensed producer, and to examine the effects of different rehabilitation methods on RCA properties and the effectiveness of these methods. For this purpose, 4 different concrete mixtures with 2 different (0.45 and 0.70) water/cement ratios were prepared using coarse crushed limestone and basalt aggregate, respectively. Concrete samples were crushed with a jaw crusher after 28 days of standard curing and RCA was obtained. Water absorption ratio and particle density (TS EN 1097-6), bulk density (TS EN 1097-3), resistance to fragmentation (TS EN 1097-2), flakiness index (TS EN 933-3) and particle size distribution (TS EN 933-1:2012) of RCAs have been determined according to the relevant standards. Due to the presence of the mortar layer on the RCAs, the water absorption value was 10-15 times higher than the natural aggregate. In addition, it was determined that with the increase of the water/cement ratio of the source concrete, the water absorption and the weight loss in the Los Angeles test was increased, and the compact and loose bulk density and particle density values decreased. In addition, two samples from selected RCA  scanned with the MicroCT and the aggregate-mortar ratio of RCA was determined. Aggregate ratio, mortar ratio and void ratio of RCAs were found to be in the range 64-70%, 28-32% and 1-3% respectively.
	Within the scope of the study, some rehabilitation methods were made to remove or strengthen the weak mortar layer on the RCA. Mechanical treatment (2, 5, 10, 12 and 15 min), heat treatment (at different temperatures -250, 300, 350 and 400°C- and different periods -1, 2 and 3 hours-) and hydrochloric acid soaking (different concentration - 0.1 and 0.2 M-, different periods -24, 48 and 72 hours-) were studied to remove the mortar layer on RCA. In addition impregnating with slurry (at different water/binder ratios -0.6, 1 and 2-) and by soaking in a biocalcification solution (at different periods -3 and 6 days-) were studied to strengthen of mortar layer. The water absorption values of the RCAs were determined before and after implementation of each rehabilitation method. While no significant decrease was achieved in the water absorption of RCAs in heat treatment, acid soaking and slurry impregnation methods, the water absorption of RCAs was reduced by approximately 70% with the increase in the processing time in mechanical treatment. Similarly, in the bacterial biocalcification method, up to 35% decrease was observed in the water absorption of RCA with the increase in the holding period in the precipitation environment.
	In order to determine the effectiveness of the different rehabilitation methods, the cost required to rehabilitate 1 tone of RCA was calculated by taking into account the amount of energy and/or materials used. When the costs of different methods and the reduction ratios of the water absorption value of RCA are examined, it is seen that the most effective method is the mechanical process.  Although about 20 times more energy was consumed during heat treatment than mechanical treatment, any decrease in water absorption value of RCA was not observed after heat treatment.