Tuğla ve seramik atıkları içeren lateks katkılı betonlarda agrega-çimento arayüz gelişiminin incelenmesi
Investigation of aggregate-cement interface development in latex reinforced concretes containing brick and ceramic wastes
Yazar: HARUN YANPINAR
Danışman: PROF. DR. İLKER TEKİN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: İnşaat malzemeleri =

Özet:
Sürdürülebilir bir kalkınma için gelecek nesillerin ihtiyaçlarını da dikkate alarak endüstriyel üretimlerin kıt kaynaklarını verimli kullanılması mühendislik bakımından çok önemlidir. Bunun için kalite ve ekonomik kriterler dışında sosyal ve çevresel faktörleri de dikkate alan yenilikçi yaklaşımlar gerekmektedir. Beton teknolojisinde son yıllarda hafif betonların önemi her geçen gün artmaktadır. Günümüzde hafif betonlar hafif agrega kullanılarak veya hava sürüklenerek üretilebilmektedir. Ancak yapısal beton üretiminde hafif agregaların kullanılması daha uygundur. Çünkü beton hacminin %80'e kadar olan kısmı agregadan oluşmaktadır. 
Ülkemiz sınırlarında her 20 yılda bir yıkıcı deprem olmaktadır. Meydana gelen bu depremler çok sayıda yapının hasar görmesine (yıkılması, ağır veya orta hasar alması) sebep olmaktadır. Bunun yanı sıra ülkemiz coğrafyasının yaklaşık %90'ının deprem kuşağında olması ve yapı stoğunun yaşlanması sebebiyle kentsel dönüşüme ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Doğal olarak betonun en önemli ve yüksek hacimli bileşeni olan nitelikli agregaya ihtiyacı ön plana çıkarmaktadır. Buda kaliteli agrega stoğunun gün geçtikçe azalmasına neden olmakta ve gelecekte üretilen betonlar için kaliteli agregaya ulaşımı zorlaştırmaktadır. Bu nedenle yapısal taşıyıcı özelliği olsun ya da olmasın tüm betonlar için agrega niteliğinde atık malzemelerin kullanılması kaliteli malzemelerin gelecek kuşaklara bırakılmasında önemli rol oynamaktadır.
Yönetmeliklere uygun olarak yapılsa dahi inşaatlarda kullanılan yapısal betonların birim hacim ağırlıkları (BHA) 2000 kg/m³ ten yüksektir. Bu durum binaların deprem sırasında yükünü artırmaktadır. Bu nedenle yapısal hafif betonların alternatif üretim yöntemlerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Bu kapsamda, bu çalışmada tuğla ve seramik atıklarının betonda kullanımı sonucunda elde edilecek hafif yapısal betonların özellikle agrega-matris arayüzünün incelenmesi konu alınmıştır. Buna ilaveten, üretilen hafif betonların 28 günlük süreçte su emme, klor geçirimliliği, basınç dayanımı, birim hacim ağırlık verileri elde edilmiştir.
Çalışmanın sonucunda tuğla atığı agregalı sertleşmiş betonlarda 1740 – 1820 kg/m3 ve seramik atığı agregalı sertleşmiş betonlarda 1710 – 1790 kg/m3 kuru BHA elde edilmiştir. Böylece üretilen tüm betonların hafif beton olduğu belirlenmiştir. En yüksek basınç dayanımı tuğla atığı agregalı sertleşmiş betonlarda 45,08 MPa, seramik atığı agregalı sertleşmiş betonlarda 57,66 MPa olarak elde edilmiştir. En yüksek basınç dayanımları lateks içeren hafif betonlarda gözlenmiştir. Basınç altında su işleme derinlikleri tüm serilerde 19 – 22 mm arasında olup benzer sonuç göstermiştir. Su emme oranları tuğla atığı agregalı betonlarda %6,32 – 9,50 arasında iken, seramik atığı agregalı sertleşmiş betonlarda %4,34 – 5,35 arasında olmuştur. Klor geçirimliliği seramik atığı agregalı sertleşmiş betonlarda daha düşük seviyede elde edilmiştir. Lateks katkısı klor geçirimliliğini azaltmıştır. Üretilen tuğla ve seramik atığı agregalı hafif betonların 28 gün yaşındaki agrega-çimento arayüz ölçüleri geleneksel agregalı betonlara göre daha küçük olduğu (10 – 20 mikron) belirlenmiştir. Tuğla atığı agregalı sertleşmiş betonlardaki agrega-çimento arayüzleri 14 – 18 mikron arasında ölçülürken, seramik atığı agregalı sertleşmiş betonlarda agrega-çimento arayüzleri 18 – 20 mikron olarak ölçülmüştür. Lateks katkısı tuğla atığı agregalı betonlarda arayüz ölçülerini azaltacak şekilde bir etki gösterirken, seramik atığı agregalı betonlarda arayüz ölçülerini artıracak şekilde bir etki göstermiştir.

Abstract:
In the context of sustainable development, the efficient utilization of scarce resources in industrial production is paramount, with due consideration given to the needs of future generations. To achieve this, it is necessary to adopt innovative approaches that take into account not only the traditional quality and economic criteria, but also the social and environmental factors. The significance of lightweight concretes in concrete technology has been growing at a rapid pace in recent years. At the present time, lightweight concretes can be manufactured using lightweight aggregates or by means of air entrainment. Nevertheless, the utilization of lightweight aggregates in structural concrete production is a more appropriate course of action. This is due to the fact that up to 80% of the concrete volume consists of aggregate.
It is estimated that a destructive earthquake occurs within the borders of our country every 20 years. Such seismic events result in structural damage, including collapse and extensive or moderate impairment, to numerous edifices. Furthermore, the necessity for urban transformation is becoming increasingly apparent, given that approximately 90% of our country's geography is situated within an earthquake zone and that our building stock is becoming increasingly aged. It is therefore evident that there is a need for qualified aggregate, which represents the most important and high-volume component of concrete. This has resulted in a decrease in the quality of the aggregate stock, which is now difficult to access for concretes produced in the future. Consequently, the use of waste materials as aggregates for all concretes, whether they have structural load-bearing properties or not, plays an important role in ensuring that quality materials are available for future generations.
Despite compliance with regulatory standards, the unit volume weight (BHA) of structural concretes utilized in construction often exceeds 2000 kg/m³. This situation increases the load of buildings during earthquakes. Therefore, alternative production methods of structural lightweight concretes need to be developed. In this context, this study examines the aggregate-matrix interface of lightweight structural concretes obtained as a result of the use of brick and ceramic waste in concrete. Additionally, the water absorption, chloride permeability, compressive strength and unit volume weight data of the produced lightweight concretes were obtained over a 28-day period.
The study yielded the result that 1740–1820 kg/m³ of dry BHA was obtained in hardened concretes with brick waste aggregate and 1710–1790 kg/m³ in hardened concretes with ceramic waste aggregate. It was thus established that all concretes produced were lightweight concretes. The highest compressive strength was observed in hardened concretes with brick waste aggregate, reaching 45.08 MPa, while the highest value in hardened concretes with ceramic waste aggregate was 57.66 MPa. The highest compressive strengths were observed in lightweight concretes containing latex. The water penetration depths under pressure were found to be between 19 and 22 mm across all series, exhibiting a similar trend. The water absorption rates were found to be between 6.32% and 9.50% in concretes with brick waste aggregate, while in hardened concretes with ceramic waste aggregate, the rates were between 4.34% and 5.35%. The results demonstrated that the chloride permeability was lower in the hardened concretes with ceramic waste aggregate. The addition of latex resulted in a reduction in chloride permeability. It was established that the aggregate-cement interface dimensions of the lightweight concretes produced with brick and ceramic waste aggregates were smaller (10-20 microns) at 28 days of age in comparison to the conventional aggregate concretes. The aggregate-cement interfaces in the hardened concretes with brick waste aggregates were found to be between 14 and 18 microns in width, while those in the hardened concretes with ceramic waste aggregates were observed to be between 18 and 20 microns. The latex additive was observed to reduce the interface dimensions in the concretes with brick waste aggregates, but conversely, it was observed to increase the interface dimensions in the concretes with ceramic waste aggregates.