Çelik lifli betonlarda geri dönüştürülmüş nano karbon siyahı ve kandıra taşı tozunun değerlendirilmesi
Evaluation of recycled nano carbon black and kandira stone powder in steel fiber concrete
Yazar: İRFAN ŞEHRULLAH ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. KEMALETTİN YILMAZ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Beton = Concrete ; Fiziksel özellikler = Physical properties ; Karbon siyahı = Carbon black ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Sürdürülebilirlik = Sustainability ; Yeniden kazanma = Recycling ; Çelik lif = Steel fiber

Özet:
Beton atmosfere salınan karbondioksit miktarı ve enerji tüketimi açısından diğer yapı malzemelerine kıyasla daha sürdürülebilir olmasına rağmen ana bileşeni olan portland çimentosunun üretimi sırasında atmosfere salınan karbondioksit miktarı sebebiyle çevresel kirliliğe neden olarak doğal kaynaklara zarar vermektedir. Bu kapsamda beton üretiminde doğal kaynakları koruyan ve çevre kirliliğini minimize eden bir yaklaşım gerekmektedir. Bu amaçla depolama sorunlarına ve çevresel kirliğe sebep olan katı atıkların beton içerisinde kullanılmasıyla hem ekonomik hem de çevresel kazanımlar sağlanmasına ve betonun daha sürdürülebilir olmasına yönelik birçok çalışma yapılmaktadır. Bu çalışma kapsamında da çevresel kirlilik ve ekonomik kayıp oluşturan atık lastiklerin ve Kandıra Taşı tozunun beton içerisinde kullanılarak hem atıkların geri kazanılması hem de beton üretimi için daha sürdürülebilir bir yaklaşım elde etmek amaçlanmıştır.

Çalışma kapsamında atık lastiklerin piroliz yöntemiyle geri dönüştürülmesinden elde edilen nano karbon siyahı ve Kandıra Taşının kesilmesi sırasında açığa çıkan atık çamurların kurutulmasıyla elde edilen Kandıra Taşı tozu çelik lifsiz ve hacimce %0.5 ve %1 oranlarında çelik lif içeren beton üretiminde çimento yerine %5, %10 ve %15 oranlarında kullanılmış ve daha sonra üretilen bu numuneler üzerinde taze halde çökme tayini ve birim hacim ağırlık deneyi; sertleşmiş halde ise birim hacim ağırlık, ultrases geçiş hızı, basınç dayanımı, yarmada çekme dayanımı, su emme, kapiler su emme, görünen porozite ve eğilme dayanımı deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca eğilme dayanımı deneyindeki veriler yardımıyla üretilen tüm numunelerin eğilme toklukları hesaplanmıştır.

Deney sonuçlarına göre, çimento yerine ağırlıkça farklı oranlarda kullanılan Kandıra Taşı tozu ve nano karbon siyahı ile üretilen numunelerin tümünde hedef basınç dayanımına ulaşılmış ve bu iki numune ile taşıyıcı niteliğe sahip beton üretilmesinin mümkün olduğu sonucuna varılmıştır. Özellikle çelik lifsiz ve hacimce %0.5 çelik lifli Kandıra Taşı tozu ve nano karbon siyahı içeren numunelerin referans numuneye göre eğilme tokluğu değerlerinin önemli derecede arttığı sonucuna varılmıştır. Ayrıca çelik lif içeriğinin artmasıyla yarmada çekme dayanımı, eğilme dayanımı ve eğilme tokluğu önemli derecede iyileşme göstermiştir. Kandıra Taşı tozunun ve nano karbon siyahının çimento yerine kullanılabileceği ve böylelikle hem atık malzemelerin hem de çimentonun sebep olduğu çevresel kirliliğinin önüne geçilerek doğal kaynakların korunmasına yönelik katkı sağlanacağı sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Although concrete is more sustainable compared to other building materials in terms of the amount of carbon dioxide released into the atmosphere and energy consumption, it damages natural resources by causing environmental pollution due to the amount of carbon dioxide released into the atmosphere during the production of portland cement, which is its main component. In this context, an approach that protects natural resources and minimizes environmental pollution is required in concrete production. For this purpose, many studies are carried out to ensure both economic and environmental gains and to make concrete sustainable by using solid wastes that cause storage problems and environmental pollution in concrete. Within the scope of this study, it was aimed to obtain a more sustainable approach for both waste recovery and concrete production by using waste tires and Kandıra Stone powders that create environmental pollution and economic loss.

Within the scope of the study, the nano carbon black obtained from the recycling of waste tires by pyrolysis method, and the Kandıra  Stone  powder obtained by drying the waste sludge produced during the cutting of the Kandıra Stone was used in the production of concrete at rates of 5%,10% and 15%. Besides combinations which are generated by means of replacing nano carbon black and Kandıra Stone powder by cement, volume of 0%, 0.5% and 1% steel fibers were used for each mixture. Collapse slump and  unit weight as fresh concrete experiments; unit weight, ultrasonic pulse velocity, compressive strength, splitting tensile strength, water absorption, capillary water absorption, porosity and flexural tensile strength experiments were carried out as hardened concrete experiments and fracture toughness were calculated.

According to the results of the experiment, the target compressive strength was achieved in all the samples produced with the Kandıra Stone powder and nano carbon black used in different proportions instead of cement, and it was concluded that it is possible to produce concrete with these two materials. It has been concluded that especially samples containing without steel fiber and 0.5% by volume steel fiber Kandıra Stone powder and nano carbon black increase the flexural toughness significantly. In addition, it was concluded that the splitting tensile strength, flexural strength, and flexural toughness showed a significant improvement with the increase of the steel fiber content. Kandıra Stone powder and nano carbon black can be used instead of cement, thereby contributing to the prevention of environmental pollution caused by both waste materials and cement and the protection of natural resources.