Olivin, krom cürufu ve atık krom tozu içeren çimento esaslı kompozitlerin mühendislik özellikleri
Engineering properties of cementitious composites containing olivine, chromium slag and waste chromium powder
Yazar: MUSTAFA PALA
Danışman: DOÇ. DR. NİHAN GÜLMEZ
Munzur Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Günümüz inşaat sektörü yirmi birinci yüzyılla birlikte hızlı ve gelişen bir endüstriyel 
oluşum içerisine girmiştir. Bu gelişim medeniyet açısından fayda sağlamakta ama endüstriyel 
atıkların olumsuz sonuçları esas alındığında ise sorunlar oluşturmaktadır. Dünya nüfusunun 
artmasıyla atık madde miktarı da artacağından bu durum gelecek yıllar için büyük sorun 
oluşturacaktır. Bu sorunun en çevreci çözüm yollarından biri bu atık malzemeleri tekrar 
kullanılabilecek duruma getirip farklı sektörlerde değerlendirmektir.
Literatürde krom cürufu, krom tozu ve olivin mineralinin kullanıldığı çalışmalara 
bakıldığında; beton içerisine hacimsel olarak doğal agrega yerine ya da ince boyutlarda 
öğütülüp çimentoyla birlikte ayrı ayrı farklı çalışmalarda kullanılmıştır. Bu üç malzemenin 
farklı deneysel çalışmalarda beton içerisinde birlikte kullanıldığına literatürde pek 
rastlanmamıştır. Yapılan çalışmada; agrega yerine %0, %10 ve %20 oranında atık krom tozu, 
%80, %90 ve %100 oranında krom cürufu ve bağlayıcı malzeme yerine ise %0, %2,5 ve %5 
oranında olivin minerali karışıma ikame edilmiştir. Bu malzemelerin sertleşmiş betonun 
mühendislik özellikleri üzerindeki etkisini araştırmak amacıyla; taze beton numuneleri 
üzerinde, birim hacim ağırlık ve çökme deneyi; sertleşmiş beton numuneleri üzerinde ise suya 
doygun kuru yüzey yığın yoğunluk, kuru yığın yoğunluk, kütlece su emme yüzdesi, görünür 
porozite yüzdesi, sodyum sülfat direnci, basınç dayanımı, eğilmede çekme deneyleri ve 
elektromanyetik kalkanlama deneyleri ile çalışmada kullanılan malzemelerin ve üretilen 
numunelerin mikroyapısal özelliklerini incelemek için SEM-EDS ve XRD deneyleri 
yapılmıştır. 
Deney sonuçlarına göre; olivin ve atık krom tozunun karışım içerisinde kullanım miktarı 
arttıkça; taze betonun yoğunluğunda, numunelerin basınç ve eğilme dayanımlarında artış 
gözlenmiştir. Beton numunelerinde en iyi mekanik ve fiziksel özellikler olivin minerali ve atık 
krom tozu içeren numunelerde görülmüştür. Beton numunelerinde yapılan elektromanyetik 
kalkanlama (EM) deneyinde frekans aralıklarında beton içeriğindeki atık krom tozu ve olivin 
miktarının artması sonucunda EM kalkanlama değerlerinde bir artış gözlenmiştir. XRF analizi 
ile kimyasal analizi yapılan atık krom tozu ve olivin minerallerinin içyapılarında Fe2O3, Cr2O3
ve MnO bileşiklerine sahip olmaları kalkanlama değerlerine olumlu yansımıştır. 
Genel bir değerlendirilme yapıldığında, olivin mineralinin betonda %2,5-%5 arasında 
çimento ile ikame edilerek, atık krom tozunun %20, krom cürufunun ise %80 oranında agrega 
yerine kullanımı betonun mekanik, fiziksel özelliklerini ve bu çalışmanın ana amaçlarından 
olan EM kalkanlama özelliğini olumlu etkilemiştir. Bu çalışma ile beton üretiminde kullanılan 
agrega ve çimento üretimi için kullanılan doğal kaynakların tüketimini azaltıp verimli 
kullanarak yine çimento üretimi için harcanan enerjinin tasarrufu sağlanacaktır. Beton içerisine 
değişik oranlarda olivin ve atık krom tozunun eklenmesiyle, normal yapıdaki betona EM 
kalkanlama özelliği kazandırılıp nükleer santrallerde, sağlık sektöründe ve doğrudan 
radyasyona maruz kalınan yerlerde kullanarak inşaat sektörüne yenilik ve sürdürülebilirlik 
getirileceği söylenebilir.

Abstract:
Today's construction sector has entered into a fast and developing industrial formation 
with the twenty-first century. This development provides benefits from the point of view of 
civilization, but it creates problems when the negative consequences of industrial waste are 
taken as a basis. Since the amount of waste material will increase with the increase of the world 
population, this situation will pose a big problem for the coming years. One of the most 
environmentally friendly ways to solve this problem is to make these waste materials reusable 
and evaluate them in different sectors.
When we look at the studies in which chromium slag, chromium powder and olivine 
mineral are used in the literature; they were used in different studies by substituting natural 
aggregate in volume or replacing it with cement after fine grinding. It has not been found in the 
literature that these three materials have been used together in concrete in different experimental 
studies. In the study, 0%, 10% and 20% waste chromium powder, 80%, 90% and 100% 
chromium slag and 0%, 2.5% and 5% olivine mineral were substituted into the mixture instead 
of aggregate and binding material. To investigate the effect of these materials on the 
engineering properties of hardened concrete; unit weight and slump experiment were performed 
on fresh concrete samples; saturated surface dry bulk density, oven dry bulk density, water 
absorption percentage by mass, apparent porosity percentage, sodium sulfate resistance, 
compressive strength, flexural strength experiments and electromagnetic shielding experiments 
were performed on hardened concrete samples, as well as SEM-EDS and XRD experiments to 
study the microstructural properties of the samples produced in the study.
According to the results of the experiment; as the amount of use of olivine and waste 
chromium powder in the mixture increases, an increase in the density of fresh concrete, the 
compressive and flexural strengths of the samples were observed. The best mechanical and 
physical properties in concrete samples were observed in samples containing olivine mineral 
and waste chromium powder. In the electromagnetic shielding (EM) experiment conducted on 
concrete samples, an increase in EM shielding values was observed as a result of an increase in 
the amount of waste chromium powder and olivine in the concrete. The presence of Fe2O3, 
Cr2O3 and MnO compounds in the internal structures of waste chromium powder and olivine 
minerals, which were chemically analyzed by XRF analysis, had a positive effect on shielding 
values.
When a general assessment is made, the use of olivine mineral in concrete between 
2.5%-5% by replacing cement, waste chromium powder of 20% and chromium slag of 80% 
instead of aggregate will positively affect the mechanical, physical properties of concrete and 
the EM shielding property, which is one of the main objectives of this study. With this study, 
the consumption of natural resources used both for cement production and as concrete aggregate 
will be reduced, and the energy consumed for cement production will be saved. By adding 
olivine and waste chromium powder in different proportions to the concrete, EM shielding 
feature will be given to the normal concrete and innovation and sustainability will be brought 
to the construction sector by using it in nuclear power plants, the health sector and places 
directly exposed to radiation.