Isparta ve yöresindeki doğal taş ile endüstri atıklarının ısı yalıtımlı panel duvar elemanı üretiminde kullanılabilirliğinin araştırılması
Study on usability of natural stones and industrial wastes in panel wall elements production in Isparta district
Yazar: HÜSNÜ TATLIDİL
Danışman: DOÇ. DR. EMRE SANCAK
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Yapı Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
İnsanların barınma ve hayatlarını idame ettirmeleri amacıyla çalışmalarını yürüttükleri yapıların iklimlendirilerek konfor şartlarının sağlanması amacı ile kullanılan enerjinin büyük çoğunluğu fosil yakıtlardan elde edilmekte ve yurt dışından yüksek döviz harcamaları ile ithal edilmektedir. Binalar ve yerleşimler küresel ısınmaya sebep olan başlıca sera gazı olan CO2 salınımının % 40?ından sorumludur. Bu nedenle binaların ısıtılmasında gerekli olan enerjiyi en aza indirmek için çeşitli yalıtım sistemleri ve yalıtım malzemeleri kullanılmaktadır. Bunlardan en yaygın olanı; yalıtım amaçlı mantolama ve sandviç duvar sistemlerdir. Bunlar oluşturulurken kullanılan ana malzeme strofor ve çeşitleridir. Straforun üretiminde yurtdışından temin edilen petrol ürünlerinden faydalanılmaktadır. Bu da ülkemizin ekonomik olarak dışa bağımlı olmasına neden olmaktadır. Ayrıca straforun üretilmesi safhalarında en son alınan BM kararlarında Dünya genelinde azaltılması planlanan CO ve CO2 gazlarının salınımları söz konusudur. Bu yüzden en uygun ısı yalıtım sistemlerinin yapılarda uygulanarak ekonomik çözümlerin saptanması gerekir.
Bu amaçla tüm dünya ile birlikte ülkemizde de uygulanmaya başlanan ısı geçirim düzeyi minimum, panel duvarlar, incelenmesi ve ülkemiz iklim koşullarında uygulanma şekillerinin araştırılması gereken bir konudur. Isı Yalıtımlı Panel Duvar Elemanları dünyanın birçok ülkesinde yıllardır kullanılmaktadır. Bu sistem, hızlı üretilmesi, sağlamlığı, ısı depolama yeteneği ile ideal bir ısı yalıtımı sağlaması, ısı köprüleri oluşumuna izin vermemesi, yoğuşma ve buharlaşma oluşturmaması gibi özellikleri ile tercih edilmektedir. Isı Yalıtımlı Levha Duvar Elemanı üretiminde endüstriyel atıklardan; granüle plastik atıkları ve ASTM C-1116?ya uygun kopolimer/polipropilen lifler kullanılmıştır. Ayrıca Isparta yöresinde doğal yapı taşlarının işlenmesi sırasında ortaya çıkan andezit ve mermer tozu atıklarının çevre sorunlarına sebep olmasına engel olunması açısından bu atıkların da üretilecek levha duvar elemanlarında agrega ile yer değiştirilerek kullanılması planlanmaktadır. 
Isparta yöresi pomza agregası kullanılarak birim ağırlığı düşük ve ısı yalıtımı yüksek lifli panel duvar elemanlarının geliştirilmesi için yine Isparta ve çevresinde yaygın olarak ortaya çıkan Andezit Tozu(AT) ve Mermer Tozu(MT) atıklarının geri dönüşümüne olanak sağlamak üzere oluşturulan harçlarda önce çimento dozajı belirleme çalışmaları yapılmıştır. Bu kapsamda yeterli işlenebilirliği sağlaması amacı ile ticari bir süperakışkanlaştırıcı katkının, yapılan ön denemeler ile % 2 oranında(çimento ağırlığının) kullanımı kararlaştırılmıştır. % 10-20-30 oranlarında pomza agregasının yerine AT-MT ve granüle plastik atıkları (GPA), % 1-2-3 oranlarında polipropilen lifler ve sentetik makro fiberler ile takviye edilerek eğilme gerilmesi kapasitelerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu aşamada elde edilen sertleşmiş harç örneklerinde optimum lif oranının % 2 olduğu belirlenmiştir. Lif katkısız % 2 SA katkılı örneklerde 28 günlük basınç dayanımı 16.72N/mm2 iken aynı oranda PP lifli % 2 SA katkılı örneklerde 25.21N/mm2, SMF?li ve % 2 SA?lı örneklerde 24.48N/mm2 basınç dayanımı elde edilmiştir. Çeşitli atıklarda AT?nun % 20-30 oranlarında pomza agregası ile ikame edildiği % 2 SA katkılı lifsiz örnekler sırası ile 28.61 ve 27.42N/mm2 ve % 30 MT ikameli % 2 SA?lı lifsiz örnekler 25.12 N/mm2 28 günlük basınç dayanımı sergilemiştir. 28 günlük % 2 PP lifli % 2 SA katkılı örneklerde AT ve MT atık ikame oranının artışına bağlı olarak basınç dayanımlarında artış eğilimi görülmüştür. (sırası ile AT için 23.04-25.25-27.31N/mm2, MT için 17.87-21.32-25.44N/mm2). GPA ikame oranının artışına bağlı olarak 28 günlük basınç dayanımları düşme eğilimi sergilemiştir. 
% 2 SMF katkılı AT ikameli örneklerde de ikame oranının artışına paralel olarak 28 günlük basınç dayanımları artış eğilimi sergilemişlerdir(sırası ile 20.94-25.96-30.40N /mm2). MT ikameli % 2 SMF?li % 2 SA katkılı örneklerden % 10-20-30 oranlarında ikame için birbirlerine birbirlerine yakın basınç dayanımları elde edilmiştir. (sırası ile 26.48-26.69-25.11N/mm2). % 2 SMF?li GPA ikameli örneklerdeki 28 günlük basınç dayanımları 20N/mm2 daha düşük olmakla beraber artan ikame oranına bağlı olarak azalma eğilimi sergilemiştir.(sırası ile 17.87-14.86-12.61N/mm2)% 100 pomza ile üretilen % 2 SA katkılı örneklerde % 2 SMF veya PP lif ilavesi ile sırasıyla 0.78 ve 0.83 W/mk ısı iletkenlik katsayısı elde edilmiştir. Atıklarda AT?nun pomza ile % 10-20-30 oranlarında ikame edildiği % 2 SA içeren % 2 SMF veya % 2 PP lifli örnekler 0.71-0.85 W/mk aralığında değişen ısı iletkenlik katsayısı sergileyerek TS 825?te belirtilen 1800kg/m3 yoğunlukta hafif beton dolu bloklar için verilen sınır değer olan 0.87W/mk?den daha olumlu davranış sergilemiştir. 

Boy değişimi özelliği bakımında PP ve SMF kullanımı boy değişimi hızını sınırlandırarak olumlu katkı sağlamıştır. Atık türünün boy değişimine belirgin bir etkisi gözlenmemiştir. Lifsiz örneklerde en fazla boy değişimleri P90+AT10 ve P70+AT30 örneklerde, en az boy değişimleri ise P100 ve P80+AT20 örneklerde meydana gelmiştir. Lifli örneklerde ise en fazla boy değişimi P80+AT20 ve P70+AT30 örneklerde, en az boy değişimi ise P100 ve P90+AT10 örneklerinde ölçülmüştür.
40oC olarak uygulanan 120 saat iklimlendirme süresi neticesinde yapılan eğilme dayanımı deneylerinde en fazla dayanım kaybına uğrayan seriler sırası ile P70+MT30(SMF Lifli); P70+MT30(PP Lifli); P90+AT10(PP Lifli); P90+MT10(PP Lifli) ve P100(PP Lifli) olmuştur. En az eğilme dayanım kaybı ise P90+AT10(SMF Lifli); P80+AT30(SMF Lifli); P90+MT10(SMF Lifli) serilerde gerçekleşmiştir. PP ve SMF lifli örnekler örnekler arasında lif tipinin eğilme dayanımına belirgin bir etkisi yoktur. Eğilme dayanımları lif tipinden bağımsız olarak değişmektedir.

Anahtar Kelimeler: Enerji tasarrufu, ısı yalıtımı, panel duvar elemanı, mermer tozu, andezit tozu, plastik atıkları, kimyasal katkı malzemesi, polipropilen lifler, sentetik makro fiber,  ısı köprüleri, yoğuşma,  ısı depolama yeteneği.

Abstract:
Great portion of the energy required to air-condition the buildings where people reside, live or work in order to grow the standards of comfort is obtained from fossil fuels overwhelmingly imported from abroad with huge amount of money. Housing and settlements account for 40% of CO2 greenhouse gas emission which is one of the primary causes of global warming. Thus, several insulation systems and materials are employed so as to reduce the amount of energy required to heat the buildings. The most prevailing ones of those are jacketing for insulating purposes and sandwich wall systems. Styrofoam and styrofoam products are main materials of these systems. In styrofoam production, imported petroleum products are used, which leads Turkey to rely heavily on outside financial sources. Huge amount of CO and CO2 gases emission, aimed to reduce across the globe in accordance with UN resolutions, takes place in styrofoam production. Thus, the most environment-friendly as well as affordable heat insulation systems are to be applied in structures and buildings. 
To that end, panel walls with minimum level of heat conduction, becoming more prevailing in Turkey and world, and its suitability with the climatic conditions of Turkey are to be investigated. Panel wall elements with heat insulation have been used in many countries for many years. This system is highly preferred because of its fast-production, stiffness, capacity to store heat as well as because it does not allow heat bridges, condensation and evaporation. In panel wall element with heat insulation production, industrial wastes like granule plastic wastes and copolymer/polypropylene fibers in accordance with ASTM C-1116. Besides, andesite and marble powder that emerges during the processing of natural stones in Isparta District is intended to replace the aggregate in production of panel wall elements so that it could reduce andesite and marble powder-related environmental issues to minimum. 
In order to obtain panel wall elements with low unit-weight and high heat insulation as well as to recycle Marble Powder (MP) and Andesite Powder (AP) that emerges during the processing of natural stones in Isparta District, cement content analyses have been conducted. Within this context, a commercial super-plasticizer additive has been used in rate of 2% of cement weight as a result of preliminary tests for purposes of providing sufficient processability. Instead of 10-20-30% of pumice aggregate, AP and MP and granule plastic wastes supported with 1-2-3% of polypropylene fibers and synthetic macro fibers have been used to improve their capacities of flexural and compressive strengths. Optimum fiber rate in samples of hardened mortar obtained at this level of the study has been found as 2%. In non-fiber samples with 2% super-plasticizer additive, 28 days pressure strength is 16.72N/mm2 while it is 25.21N/mm2 in samples with polypropylene fiber and 2% super-plasticizer additive and 24.48n/mm2 in samples with synthetic macro fiber and 2% super-plasticizer additive.          In non-fiber samples with 2% super-plasticizer additive in which AP has been replaced with pumice aggregate at rate of 20% and 30% have respectively displayed 28.61 and 27.42 N/mm2 of 28 days pressure strength while non-fiber samples with 2% super-plasticizer additive in which MP has been replaced with pumice aggregate at rate of 30% have displayed 25.12N/mm2 of 28 days pressure strength. In samples with 2% polypropylene fiber and 2% super-plasticizer additive of 28 days the pressure strength rates incline to increase depending AP and MP waste replacement rates (for AP respectively 23.04-25.25-27.31N/mm2, for MP 17.87-21.32-25.44 N/mm2). Pressure strength rates of 28 days incline to decrease depending the increase of granule plastic wastes replacement. 

In samples with 2% synthetic macro fiber additive and AP replacement, 28 days pressure strength rates incline to grow in parallel with the increase in replacement rates (respectively 20.94-25.96-30.40N/mm2). In samples with 2% synthetic macro fiber and super-plasticizer additive as well as MP replacement, very close pressure strength rates have been obtained at 10-20-30% of replacement rates (respectively 26.48-26.69-25.11N/mm2). In samples with 2% synthetic macro fiber and granule plastic wastes replacement 28 days pressure strength rates are much lower than 20N/mm2 while the rates incline to decrease depending the replacement rate (respectively 17.87-14.86-12.61N/mm2). 

In samples with 2% super-plasticizer additive produced with 100% pumice, 0.78 and 0.83 W/mk heat conductivity coefficients have been obtained respectively with 2% synthetic macro fiber and polypropylene additives. Samples with 2% synthetic macro fiber, polypropylene and super-plasticizer additives in which AP has been replaced with pumice at rates of 10-20-30% have displayed heat conductivity coefficients between 0.71 and 0.85 W/mk, which is more positive than the limit value of 0.87 W/mk given for the low-concrete blocks at 1800kg/m3 condensation identified at Turkish Standards no 825. 
With respect to length change, PP and SMF use has contributed positively by limiting the length change speed. The type of waste has had no significant impact on the length change. In non-fiber samples, the biggest length change has been obtained from P90+AP10 and P70+AP30 samples while the least changes from P100 and P80+AP20 samples. However, in samples with fiber the biggest length change has been measured in P80+AP20 and P70+AP30 samples while the least changes in P100 and P90+AP10 samples. Flexural strength experiments conducted within 120 hours of air-conditioning in 40oC have demonstrated that P70+MP30 (SMF), P70+MP30 (PP Fiber), P90+AP10 (PP Fiber), P90+MP10 (PP Fiber) and P100 (PP Fiber) series have been subject to biggest loss of flexural strength. However, the least flexural strength loss has occurred in P90+AP10 8(SMF), P80+AP30 (SMF) and P90+MP10 (SMF) series. The type of fiber has had no significant impact on flexural strength among samples with PP and SMF fibers. Flexural strengths vary independent of type of fiber. 

Key Words: Energy saving, heat insulation, panel wall element, marble powder, andesite powder, plastic wastes, chemical admixture, polypropylene fibers, synthetic macro fiber, heat bridges, condensation, heat storage ability