Polimer esaslı atıkların çimento bazlı malzemelerde kullanımının fiziksel ve mekanik özellikler üzerine etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of polymer-based waste on the physical and mechanical properties of cement-based materials
Yazar: NAZLI İPEK KUL GÜL
Danışman: PROF. DR. NİYAZİ UĞUR KOÇKAL
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Kompozit malzemeler = Composite materials ; Plastik malzemeler = Plastic materials ; Polimer malzemeler = Polymer materials ; Portland çimentosu = Portland cement ; Seramik malzemeleri = Ceramic materials ; Yapı malzemeleri = Building materials ; İnşaat malzemeleri =

Özet:
Günlük hayatımızda birçok alanda ve pek çok yerde kullandığımız polimer malzemelerin atıkları çevre için büyük bir tehlike oluşturmaktadır. Bu atıkların geri dönüşümü ve bertarafı zor ve maliyetli olabilmektedir. Bu durumda yeniden kullanım önemli bir role sahiptir. Dünya genelinde yüksek miktarlarda kullanılan bir diğer bir ürün ise betondur ve suyun ardından ikinci sırayı almaktadır. Bu sebeple, geleneksel betonun da üretimden dolaylı ya da direk olarak kaynaklanan çevre kirliliği ve azalan hammadde kaynakları, farklı atık malzemelerin kullanımının araştırılmasını teşvik etmektedir. Çevre kirliliği açısından en büyük tehditlerden biri karbon emisyonlarıdır. Bu emisyonlar, çimento üretimi, agrega üretimi ve taşınması gibi faaliyetler sonucunda ortaya çıkmaktadır. 
Bu çalışmada, her iki konuya da alternatif bir çözüm olması adına polimer kökenli atıkların çimento bazlı karışımlarda agrega ikamesiyle kullanılması araştırılmıştır. Atıkların, nihai ürünün darbe etkisi altında enerji sönümleme kapasitesi, ses iletim özellikleri, mekanik ve fiziksel özellikleri araştırılmış ve geliştirilmeye çalışılmıştır. 
Çalışmada öncelikle plastik atıklı karışımların reolojisi ile ilgili problemleri çözmek ve yüksek miktarda atığın kullanılmasını sağlamak adına detaylı bir performans çalışması yapılmıştır. Aynı zamanda bu çalışma atık çeşitlerinin en uygun olanlarına karar verilmesini sağlamıştır. Performans çalışmasından sonra yapılan ana çalışmalarda da endüstriyel olarak farklı amaçlarla kullanılabilecek özelliklere sahip bazı karışımlar elde edilmiştir. Öncelikle 2000 kg/m3'ün altında hafif harç karışımlarının uygun işlenebilirlikte %100 atıkla elde edilebildiği görülmüştür. Mekanik özellikler bakımından %100 polistiren içeren harçların tokluk değerlerinin kontrol numunesinden daha yüksek olduğu ve %20 elektrik kablosu atığı ile %80 polikarbonat atıklarının bulunduğu %100 atık içeren diğer bir harç karışımının ise kontrol numunesine göre oldukça yakın tokluk değerlerine sahip olduğu görülmüştür. %100 polikarbonat ve polistiren içeren harç karışımlarının ise 25 MPa üzerinde basınç dayanımlarına sahip olduğu görülmüştür. Bununla birlikte, tüm karışımlarda silis dumanının ilavesinin tokluk, su emme ve gözeneklilik üzerine olumlu etkileri görülmüştür.  Ayrıca %5 silis dumanı (çimento ikamesiyle) ve %100 polistiren içeren harç karışımlarının sanayi gibi yüksek ses şiddetlerinde gürültülerin olduğu yerlerde ses azaltma oranlarının kontrol numunesine göre daha yüksek bulunmuştur. Ağırlık düşürmeye dayalı darbe deneylerinde ise farklı miktarlarda polimer atık içeren tüm karışımlar kontrol numunelerinden daha iyi performanslar vermiştir. Hatta atık miktarının arttırılması darbeye olan direncin artmasında, yapısal bütünlüğün korunmasında etkili olmuştur. Sonuç olarak bu çalışma polimer esaslı atık içeren harç karışımlarının beton bariyer olarak kullanımı ile ilgili araştırmaların devam edebileceğini göstermektedir.

Abstract:
Polymer waste, which we use in various areas and places in our daily lives, poses a significant threat to the environment. The recycling and disposal of these wastes could be challenging and costly. In this regard, reuse plays an important role. Another product widely used worldwide is concrete, ranking second after water. Therefore, the environmental pollution and consuming the raw material sources resulting directly or indirectly from traditional concrete production have led to the exploration of alternative uses for various waste materials. The greatest threat in terms of environmental pollution is carbon emissions, which largely occur during cement production, aggregate production, and transportation. 
In this study, the use of polymer-based waste as an aggregate in cement-based mixtures was investigated as an alternative solution for both issues. The impact energy dissipation capacity, sound transmission properties, mechanical, and physical properties of the final product incorporating waste were examined and attempted to be improved.
Firstly, a detailed performance study has been conducted to solve the rheology problems of plastic waste included mixtures and enable the use of a high amount of waste. Additionally, this study has facilitated the determination of the most suitable types of these wastes. After the performance study, the main studies have also resulted that the mixtures  could be used for various industrial purposes because of their suitable properties. Firstly, it has been observed that lightweight mortar mixtures having weight per unit of volume as below than 2000 kg/m3 could be obtained with usage of 100% waste with enough workability. In terms of mechanical properties, it has been observed that mortars containing 100% polystyrene have higher toughness values than the control samples, and another mortar mixture containing 20% electrical cable waste and 80% polycarbonate waste has toughness values quite similar to the control sample. Mortar mixtures containing 100% polycarbonate and polystyrene have compressive strengths above 25 MPa. Furthermore, the addition of silica fume to all mixtures has shown positive effects on toughness, water absorption, and porosity. Moreover, mortar mixtures with 5% silica fume (as a cement replacement) and 100% polystyrene have exhibited higher sound reduction rates in areas with high noise levels, such as industries, compared to the control samples. In impact tests based on weight dropping, all mixtures containing varying amounts of polymer waste have outperformed the control samples. Increasing the amount of waste has even contributed to increased impact resistance and preservation of structural integrity. In conclusion, this study demonstrates that mortar mixtures containing polymer wastes could continue to be researched for the use in concrete barriers.