Endüstriyel atıkların tuğla üretiminde geri dönüştürülmesi
Recycle of industrial wastes production
Yazar: OSMAN HULUSİ ÖREN
Danışman: PROF. DR. FUAT KÖKSAL ; PROF. DR. OSMAN GENÇEL
Yozgat Bozok Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Ferrokrom cürufları = Ferrochromium slags ; Mermer atıkları = Marble wastes ; Optimizasyon = Optimization ; Tuğla = Brick ; Uçucu kül = Fly ash ; Vermikülit = Vermiculite ; Yeniden kazanma = Recycling

Özet:
Bu çalışmada çevreyi ve canlı yaşamını korumak, atıkları faydalı bir şekilde bertaraf etmek amacıyla tuğla üretiminde endüstriyel atıklardan ferrokrom cürufu (F), mermer tozu (M) ve uçucu kül (U) kullanılarak TS EN 771-1 standartına uygun dolu tuğlalar üretilmiştir. Yalıtımsal özellikleri artırmak amacıyla karışımlara genleştirilmiş vermikülit (V) ilave edilmiştir. Karışımlarda kil yerine ağırlıkça %5-30 oranında V,F,M ve U kullanılmıştır. Hammaddelerin kombinasyonuyla 34 farklı tuğla serisi üretilmiştir. Üretilen tuğlalara mekanik ve fiziksel testler yapılmıştır. Hammaddelerin ve tuğlaların termal davranışı, faz tanımlamaları, içyapı analizleri sırasıyla TGA, XRD, SEM ile yapılmıştır. Ayrıca SEM görüntülerinin gözeneklilik değişimi Otsu ve JPor eşik segmentasyon yöntemiyle dijital olarak analiz edilmiştir. Deneylerden elde edilen veriler kullanılarak tepki yüzey metoduyla (TYM) karışımların tepki yüzey modelleri elde edilmiştir. Karışımların özelliklerini en iyi temsil eden modele ait ampirik formüller önerilmiştir. TYM ile çoklu optimizasyon yapılarak istenilen optimum özellikleri sağlayacak karışım tasarımları belirlenmiştir. Üretilen tuğlaların basınç dayanımları 8.16 MPa ve 43.4 MPa değerleri arasında elde edilmiş ve hiçbir tuğla TS EN 771-1'verilen sınır değerin altında kalmamıştır. Yapılan testler sonucunda karışımda F kullanımı basınç dayanımı ve yarmada çekme dayanımı (YÇD) üzerinde olumlu etkiye sebep olurken düşük bağ mukavemetiyle eğilme dayanımını azaltmıştır. Karışımlarda F kullanımı tuğlalarda aşınma dayanımı artırmıştır. Tuğlaların gözenekliliği üzerinde en büyük etkiye M atığı sebep olmuştur. M ve V beraber kullanıldığında termal iletkenlik katsayısı (TİK) referans serisine göre %46.86 azalmıştır. V ve U'nun kullanıldığı tuğlalar pişirme işleminde vitrifikasyonu artırarak diğer atıkların kullanıldığı serilere göre daha yüksek mekanik özellikler sergilemiştir. Üçlü serilerde karışımdaki kilin %45 ve üzerinde azaltılmasına bağlı olarak, atık türleri değişmesine rağmen benzer mekanik ve fiziksel özellikler elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar V,F,M ve U kullanılarak, geleneksel tuğla özelliklerine sahip TS EN 771-1'e uygun tuğlalar üretilebileceğini göstermiştir.

Abstract:
In this study, bricks in accordance with TS EN 771-1 standard were produced by using ferrochrome slag (F), marble dust (M) and fly ash (U) from industrial wastes in brick production in order to protect the environment and living life and to dispose of wastes in a beneficial way. In order to increase the insulating properties, expanded vermiculite (V) was added to the mixtures. In the birck mixtures, V, F, M and U are substituted by 5-30% by weight instead of clay. With the combination of raw materials, 34 different brick series were produced. Thermal behavior of raw materials and bricks, phase definitions, and microstructure analyzes were performed by TGA, XRD, SEM, respectively. In addition, the porosity variation of SEM images was digitally analyzed using Otsu and JPor thresholding method. The reaction surface method (RSM) was used to obtain the reaction surface models of the mixtures using the data obtained from the experiments. Empirical formulas of the model that best represent the properties of mixtures have been proposed. The mixture designs that will provide the desired optimum properties were determined by performing multiple optimizations with RSM. The compressive strengths of the produced bricks were obtained between 8.16 MPa and 43.4 MPa, and none of the bricks exceeded the limits given in TS EN 771-1. As a result of the tests, it was observed that the use of F in the mixture had a positive effect on the compressive strength and splitting tensile strength (STS), while reducing the flexural strength with low bond strength. The use of F increased the wear resistance of the bricks. While M had the greatest effect on the porosity of the bricks, it reduced the thermal conductivity coefficient (TC) by 46.86% compared to the reference series when used together with V. Bricks using V and U exhibited higher mechanical properties than the series in which other wastes were used by increasing vitrification in the firing process. In the series in which three wastes were used, similar mechanical and physical properties were obtained, although the types of wastes changed due to the reduction of the clay in the mixture by 45% or more. The obtained results showed that bricks with traditional brick properties in accordance with TS EN 771-1 can be produced by using V, F, M and U.