Hazır beton, parke taşı ve bordür taşı üretiminde yaşam döngüsü değerlendirmesi
Life cycle assessment of ready-mixed concrete, paving stone and kerbstone
Yazar: EDA NURHAT
Danışman: PROF. DR. FATMA FATOŞ BABUNA
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Beton = Concrete ; Bordür taşları = Kerb stones ; Hazır beton = Ready-mixed concrete ; Parke taşları = Cobble stones ; Yaşam döngüsü = Life cycle

Özet:
Bu çalışmada hazır beton, parke taşı ve kaldırım taşının yaşam döngüsü değerlendirmesi incelenerek bu ürünlerin çevreye olan etkilerinin belirlenmesi, gelecekte bu ürünlerin çevresel etkilerinin azaltılması için odaklanılması gereken hususların belirlenmesi hedeflenmiştir.
Çalışmada Türkiye'de bulunan bir hazır beton tesisinden hazır beton üretimi, parke taşı üretimi ve bordür taşı üretimi hakkında veriler toplanmıştır. Tesiste hazır beton üretimi tek bir prosesten, parke taşı üretimi ise hazır beton üretimi, parke taşı üretimi, cilalama ve ambalajlama proseslerinden son olarak bordür taşı üretimi hazır beton üretimi, bordür taşı üretimi ve ambalajlama proseslerinden oluşmaktadır. Hazır beton üretimi prosesinde ham maddeler, su ve kimyasal katkı maddesi istenilen beton tasarımına bağlı olarak belirli oranlarda mikserlerde karıştırılarak hazır beton elde edilir. Hazır beton eğer beton yapı elemanı olarak kullanılmayacaksa transmikserlere doldurularak ilgili tesise taşınır. Beton yapı elemanı olarak kullanılacaksa ilgili beton yapı elemanının yapılacağı makinelere hareketli kovalarla taşınır. 
Bu çalışmada beton yapı elemanı olarak 165 mm x 200 mm x 60 mm boyutlarında parke taşı ve 120 mm x 300 mm x 700 mm boyutlarında bordür taşı üretimi ele alınmıştır. Parke taşı üretiminde hazırlanan beton hareketli kovalarla parke taşı üretim makinesine taşınır. Kalıp yardımıyla üretilen parke taşları prizini almaları için raflara kaldırılır. Prizini alan parke taşları cilalanır.  Daha sonra ambalajlanarak stok sahasında sevkiyata hazır halde bekletilir. Benzer şekilde bordür taşı üretimi için hazırlanan beton hareketli kovalarla bordür taşı üretim makinesine taşınır. Kalıp yardımıyla bordür taşı üretilir. Prizini alması için raflara alınan bordür taşları daha sonra ambalajlanarak stok sahasında sevkiyata hazır bir şekilde bekletilir. 
Tesiste üretilen bu üç farklı ürün (hazır beton, parke taşı ve bordür taşı) için yaşam döngüsü değerlendirmesi  yapılmıştır. Bu çalışmada hazır betonunun yaşam döngüsü değerlendirmesinde fonksiyonel birim 1 m3 hazır beton olarak seçilip sistem sınırlarına ham maddenin çıkarılması, ham maddenin tesise taşınması, hazır beton üretimi ve trasmikserlerin tesise geldiklerinde yıkanması dahil edilmiştir. Parke taşının yaşam döngüsü değerlendirmesinde fonksiyonel birim 1 m3 beton parke taşı olarak seçilip sistem sınırlarına ham maddenin çıkarılması, ham maddenin tesise taşınması, parke taşı üretimi, parke taşlarının cilalanması ve ambalajlanması dahil edilmiştir. Bordür taşının yaşam döngüsü değerlendirmesinde fonksiyonel birim 1 m3 bordür taşı olarak seçilip sistem sınırlarına ham maddenin çıkarılması, ham maddenin tesise taşınması, bordür taşı üretimi ve ambalajlanması dahil edilmiştir. Bu çalışmada yaşam döngüsü değerlendirme modellemesi GaBi Education 9.2.1.68 yazılımı kullanılarak yapılmış etki değerlendirmesi CML 2001 yöntemiyle belirlenmiştir. Yapılan yaşam döngüsü değerlendirmesiyle hazır beton, parke taşı ve bordür taşının çevresel etkileri abiyotik tüketim potansiyeli (AETP), abiyotik fosil tüketim potansiyeli (AFTP), asidifikasyon potansiyeli (AP), ötrofikasyon potansiyeli (ÖP), tatlı su ekotoksisite potansiyeli (TSEP), küresel ısınma potansiyeli (KIP), insana toksisite potansiyeli (İTP), sucul ekotoksisite potansiyeli (SETP), ozon tabakası incelmesi potansiyeli (OTTP), fotokimyasal oksidan oluşumu potansiyeli (FOOP) ve karasal ekotoksisite potansiyeli (KEP) etki kategorilerinde analiz edilmiştir. 
Bu çalışmada 1 m3 hazır beton için AETP değeri 4,32x10-4 kg Sb eşd., AFTP değeri 1280 MJ, AP değeri 0,72 kg SO₂ eşd., ÖP değeri 0,09 kg fosfat eşd., TESP değeri 1,32 kg DCB eşd., KIP değeri 276,87 kg CO2 eşd., İTP değeri 26,7 kg DCB eşd., SETP değeri 1,73x104 kg DCB eşd., OTTP değeri 1,23x10-5 kg R11 eşd., FOOP değeri 0,06 kg etilen eşd., KEP değeri 0,355 kg DCB eşd. saptanmıştır. 
Bu çalışmada 1 m3 beton parke taşının AETP değeri 6,55x10-4 kg eşd., AFTP değeri 2150 MJ, AP değeri 1,13 kg SO₂ eşd., ÖP değeri 0,14 kg fosfat eşd., TSEP değeri 2,09 kg DCB eşd., KIP değeri 441 kg CO2 eşd., İTP değeri 42,2 kg DCB eşd., SETP değeri 2,88x104 kg DCB eşd., OTTP değeri 1,94x10-5 kg R11 eşd., FOOP değeri 0,10 kg etilen eşd., KEP değeri 0,535 kg DCB eşd. olarak bulunmuştur. 
1 m3 beton bordür taşının AETP değeri 6,52x10-4 kg eşd., AFTP değeri 2160 MJ, AP değeri 1,13 kg SO₂ eşd., ÖP değeri 0,14 kg fosfat eşd., TSEP değeri 2,07 kg DCB eşd., KIP değeri 442 kg CO2 eşd., İTP değeri 42,2 kg DCB eşd., SETP değeri 2,89x104 kg DCB eşd., OTTP değeri 2,46x10-5 kg R11 eşd., FOOP değeri 0,10 kg etilen eşd., KEP  ise 0,534 kg DCB eşd. olarak saptanmıştır. Yapılan çalışmada hazır beton, parke taşı ve bordür taşının tüm etki kategorilerinde en büyük etkinin çimento girdisinden kaynaklandığı saptanmıştır.

Abstract:
This study  aims to determine the  environmental impacts of the production of ready mixed concrete, paving stone and kerbstone by adopting life cycle assessment methodology. 
In the study, data on production of ready-mixed concrete, paving stone and kerbstone were collected from a real ready-mixed concrete plant which is located in Turkey. At the plant ready-mixed concrete production consists of one single process with the same name. Paving stone production consists ready-mixed concrete production, paving stone production, polish and packaging processes. And lastly, kerbstone production consists ready-mixed production, kerbstone production and packaging processes. In the ready-mixed concrete production process, ready-mixed concrete is obtained by mixing raw materials, water and chemical admixture in mixers at certain rates depending on the specific concrete design. If the ready-mixed concrete is not to be used as a concrete element, it is filled into the transmixers and transported to the facility where it will be used. If the concrete is to be used as a concrete element, it is transported with movable buckets to the machines where the concrete element will be produce.
In this study, the environmental impacts of 165 mm x 200 mm x 60 mm paving stone production and 120 mm x 300 mm x 700 mm kerbstone production are evaluated. In paving stone production, the ready-mixed concrete is transported with movable buckets to the paving stone production machine. The paving stones are produced with molds than put on the shelves to get their setting. The hardened paving stones are polished. After polish paving Stones are packed and kept ready for shipment in the stock area. Similarly, the ready-mixed concrete prepared for kerbstone production is transported to the kerbstone production machine with moving buckets. Kerbstones are produced with mold. The kerbstones are taken to the shelves to get their setting, then they are packed and kept in the stock area ready for shipment.
In this study life cycle assessment was made for these three different products (ready-mixed concrete, paving stone and kerbstone) that are produced at the facility which is located in Turkey. In the life cycle assessment of ready mixed concrete, the functional unit was selected as 1 m3 ready mixed concrete. Extraction of raw materials, transport of raw materials from supplier to the site, concrete production, washing of the mixers when they arrived at the plant are within system boundry of ready mixed concrete.  In the life cycle assessment of the paving stone, the functional unit was selected as 1 m3 concrete paving stone. Extraction of raw materials, transport of raw materials from supplier to the site, paving stone production, varnishing, packaging are within system boundry of concrete paving stone production. In the life cycle assessment of the kerbstone, the functional unit was selected as 1 m3 concrete kerbstone. Extraction of raw materials, transport of raw materials from supplier to the site, kerbstone production, packaging are within system boundry of concrete kerbstone production.  A literature search was conducted to compare the results of the study. The results of the literature research were examined in detail in the study. The analyzing modelling of this study, which is performed based on the LCA approach, was formed by using GaBi Education 9.2.1.68 software and the impact assessment was evaluated according to CML 2001 method with all the result obtained. In order to compare the results in this study with the literature studies, the results were also evaluated with the Traci 2.0 method. Environmental effects of ready mixed concrete, paving stone and kerbstone were analyzed in impact categories that are abiotic element consumption potential (AECP), abiotic fossil consumption potential (AFTP), acidification potential (AP), eutrophication potential (EP), freshwater aquatic ecotoxicity potential (FAETP), global warming potential (GWP), human toxicity potential (HTP), marine aquatic ecotoxicity potential (MAETP), ozone layer depletion potential (ODP), photochemical ozone creation potential (POCP) and terrestic ecotoxicity potential (TETP). 
In this study for 1 m3 ready mixed concrete; AECP is 4,32x10-4 kg Sb eq., AFCP is 1280 MJ, AP is 0,72 kg SO₂ eq., EP is 0,09 kg phosphate eq., FAETP is 1,32 kg DCB eq., GWP is 276,87 kg CO2 eq., HTP is 26,7 kg DCB eq., MAETP is 1,73x104 kg DCB eq., ODP is 1,23x10-5 kg R11 eq., POCP is 0,06 kg ethylene eq., TETP is 0,355 kg DCB eq.
In this study for 1 m3 paving stone: AECP is 6,55x10-4 kg eq., AFCP is 2150 MJ, AP is 1,13 kg SO₂ eq., EP is 0,14 kg phosphate eq., FAETP is 2,09 kg DCB eq., GWP is 441 kg CO2 eq., HTP is 42,2 kg DCB eq., MAETP is 2,88x104 kg DCB eq., ODP is 1,94x10-5 kg R11 eq., POCP is 0,10 kg ethylene eq., TETP is 0,535 kg DCB eq.. 
In this study for 1 m3 kerbstone; AECP is 6,52x10-4 kg eq., AFCP is 2160 MJ, AP is 1,13 kg SO₂ eq., EP is 0,14 kg phosphate eq., FAETP is 2,07 kg DCB eq., GWP is 442 kg CO2 eq., HTP is 42,2 kg DCB eq., MAETP is 2,89x104 kg DCB eq., ODP is 2,46x10-5 kg R11 eq., POCP is 0,10 kg ethylene eq., TETP is 0,534 kg DCB eq.. 
It has been determined that the biggest impact in all the environmental impact categories for  the production of ready mixed concrete, paving stone and kerbstone is caused by cement. As a result of the life cycle assessment of ready mixed concrete it was determined that cement contributed 100% in ODP, 98% in FAETP, 97% in HTP, 95% in AECP and MAETP, 91% GWP, 87% in AP and POCP, 82% in TETP, 77% in EP, 76% in AFCP. It was determined that transportation contributed 12% in AFCP and EP, and 7% in AP and POCP. It was observed that the use of chemicals contributed 7% in the AFCP and 5% in AECP and EP. The environmental impacts of electricity consumption and waste disposal are less than 1% or 1% in all impact categories. The environmental impact of sand is 3% in TETP, 1% or below 1% in all other impact categories.
As a result of the life cycle assessment of paving stone it was determined that cement contributed 100% in ODP, 98% in AECP, 97% in FAETP, 96% in HTP, 90% in GWP and MAETP, 88% in POCP, 87% in AP, 85% in TETP, 81% in EP, 70% in AFCP. It was determined that transportation contributed 9% in EP, 8% in AFCP, and 5% in AP and  POCP. It was observed that the use of chemicals contributed 4% in AFCP and 2% in EP. It was observed that electricity consumption contributed 8% in AFCP, 6% in MAETP, 3% in AP and GWP. It was determinet that gravel contrubuted 6% and sand contrubuted 4% in TETP. It is observed that polyethylene film contributed 6% in AFTP. Environmental impacts of other inputs and waste disposal are less than 1% or 1% in all impact categories. The environmental impact of sand is 3% in KEP, 1% or below 1% in all other impact categories.
As a result of the life cycle assessment of kerbstone it was determined that cement contributed 100% in ODP, 99% in AECP, 98% in FAETP, 96% in HTP, 90% in GWP and MAETP, 88% in POCP, 87% in AP, 85% in TETP, 82% in EP, 70% in AFCP. It was determined that transportation contributed 9% in OP, 7% in AFCP and 5% in AP and POCP. It was observed that the use of chemicals contributed 4% in AFCP and 2% in EP. It was determined that electricity consumption contributed 9% in AFCP, 6% in MAETP, 4% in GWP, 3% in AP and EP. The effect of gravel is 6% and the effect of sand is 4% in TETP. It was observed that polyethylene film contributed 6% in AFCP. Environmental impacts of other inputs and waste disposal are less than 1% or 1% in all impact categories. The environmental impact of sand is 4% in TETP, 1% or below 1% in all other impact categories.