Production of engineered cementitious composites with waste materials and hybridization of different fiber types to create sustainable rigid pavement overlay
Sürdürülebilir rijit üstyapı kaplaması oluşturmak için atık malzemeler ve farklı lif türlerinin hibritlenmesi ile tasarlanmış çimento esaslı kompozitlerin üretilmesi
- Tez No: 1018542
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HASAN ERHAN YÜCEL, PROF. DR. MUSTAFA GÜNAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Ulaşım, İnşaat Mühendisliği, Transportation, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gaziantep Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, atık bazlı malzemelerin ve lif hibritleşmesinin birlikte kullanılmasıyla rijit üstyapı kaplama uygulamalarına yönelik sürdürülebilir ve yüksek performanslı tasarlanmış çimento esaslı kompozit (ECC) geliştirilmesini sunmaktadır. Atık tuğla (WB) ve atık seramik (WC) kısmi çimento ikamesi olarak, atık mermer (WM) ise doğal kumun kısmi veya tam ikamesi olarak kullanılarak kaynak verimliliğinin artırılması ve çevresel etkinin azaltılması hedeflenmiştir. Polivinil alkol (PVA), iki farklı boyda (6 mm ve 12 mm) polipropilen (PP) lifler ve sentetik wollastonit (SW) mikro liflerinden oluşan hibrit lif sistemleri sistematik olarak incelenmiştir. Deney programı; taze, mekanik, tahribatsız, mikroyapısal, dayanıklılık, boyutsal stabilite, sürdürülebilirlik ve üstyapı performans testlerini kapsamaktadır. WB ve WM'nin ECC davranışı üzerinde belirgin ve rekabet eden etki göstermiştir. WB, sünekliği artırmış; ancak sınırlı hidratasyon ve artan boşluk oranı nedeniyle basınç dayanımı ve UPV değerlerini düşürmüştür. Buna karşılık WM, dolgu etkisi sayesinde basınç dayanımını ve matris yoğunluğunu artırmış, deformasyon kapasitesinde ise sınırlı azalmaya neden olmuştur. PVA'nın kısmen PP ile ikamesi dayanımı azaltırken, daha etkin çatlak köprüleme sayesinde daha uzun PP lifler eğilme performansını iyileştirmiştir. SW ise matris yoğunlaşmasını ve mikro çatlak kontrolünü önemli ölçüde geliştirmiştir. WB dayanıklılığı azaltırken, WM artırmıştır. PP-PVA ve PP-SW-PVA hibrit lif sistemleri, geleneksel ECC'den daha iyi dayanıklılık sonuçları vermiştir. WB + PP–SW-PVA kombinasyonu maksimum süneklik sağlamış ancak nispeten düşük dayanıklılık göstermiştir. Buna karşılık WM + PP-SW-PVA sistemi, standart ECC'ye benzer mekanik özellikler sunarken üstün dayanıklılık performansı sağlamıştır. Üstyapı testlerinde, hem WB hem de WM içeren ve PP–SW–PVA hibrit lif sistemi kullanılan karışımlar kontrol karışımından iyi performans göstermiştir. Sonuç olarak geliştirilen birçok ECC karışımı; süneklik, dayanım, dayanıklılık, sürdürülebilirlik ve rijit üstyapı performansı açısından kontrol karışımına kıyasla daha üstün performans sergilemiş olup, atıkların değerlendirilmesi ile stratejik lif hibritlemesinin bir arada kullanılmasının yeni nesil rijit üstyapı kaplama sistemleri için etkinliğini ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
This study presents the development of a sustainable and high-performance engineered cementitious composite (ECC) for rigid pavement overlay applications by integrating waste-based materials and multi-scale fiber hybridization. Waste brick (WB) and waste ceramic (WC) were used as partial cement replacements, while waste marble (WM) was employed as a partial or full substitute for natural sand to enhance resource efficiency and reduce environmental impact. Hybrid fiber systems comprising polyvinyl alcohol (PVA), polypropylene (PP) fibers of two lengths (6 mm and 12 mm), and synthetic wollastonite (SW) microfibers were systematically evaluated. The experimental program included fresh, mechanical, non-destructive, microstructural, durability, dimensional stability, sustainability, and overlay performance tests. WB and WM exhibited distinct and competing effects on ECC behavior. WB improved ductility and crack control but reduced compressive strength and UPV due to limited hydration and increased porosity. In contrast, WM enhanced compressive strength and matrix density through its filler effect, with only a slight reduction in deformation capacity. Partial replacement of PVA with PP decreased strength, whereas longer PP fibers improved flexural performance via enhanced crack-bridging. SW microfibers significantly promoted matrix densification and micro-crack control. WB negatively affected durability, while WM improved durability performance. Hybrid fiber systems (PP–PVA and PP–SW–PVA) enhanced durability compared to conventional PVA-ECC. WB + PP–SW–PVA combination provided maximum ductility but lower durability, whereas WM + PP–SW–PVA achieved mechanical properties comparable to standard ECC with superior durability. In overlay tests, ECC mixtures containing both WB and WM with PP–SW–PVA hybrid fibers outperformed the control. Overall, several developed ECCs demonstrated improved ductility, strength, durability, sustainability, and overlay performance compared to the control mixture, highlighting the effectiveness of combining waste valorization with strategic fiber hybridization for next-generation rigid pavement overlay systems.
Benzer Tezler
- Production of engineered cementitious composites with waste materials of Mugla region
Muğla bölgesi atık malzemeleri ile tasarlanmış çimentolu kompozit üretimi
OLKAN İLTER TAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
İnşaat MühendisliğiMuğla Sıtkı Koçman Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SÜLEYMAN BAHADIR KESKİN
- Development of construction and demolition waste-based engineered geopolymer composites with self-healing capability
Kendi kendini iyileştirme yeteneğine sahip inşaat yıkıntı atığı bazlı tasarlanmış geopolimer kompozitlerin geliştirilmesi
HÜSEYİN ULUGÖL
Doktora
İngilizce
2021
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL ÖZGÜR YAMAN
- Bazalt lifli çimento esaslı kompozitlerin yapısal olarak kullanılabilirliğinin incelenmesi
Investigation of structurally usability of cement based composites with basalt fiber
ŞÜKRÜ ÖZKAN
Doktora
Türkçe
2017
İnşaat MühendisliğiSüleyman Demirel Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FUAT DEMİR
- Jeopolimer bağlayıcılı sünek kompozitlerde otojen kendiliğinden iyileşme davranışının taşınma özellikleri bakımından incelenmesi
Investigation of autogenous self-healing behaviour of ductile geopolymer composites through transport properties
MUHAMMED FARUK GÜNAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
İnşaat MühendisliğiKırıkkale Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜRKAN YILDIRIM
- Effects of particle size optimization on the self-healing behavior of engineered cementitious composites
Tane boyutu optimizasyonunun tasarlanmış çimentolu kompozitlerde kendiliğinden iyileşme davranışına etkisi
KAMİL TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
İnşaat MühendisliğiMuğla Sıtkı Koçman Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SÜLEYMAN BAHADIR KESKİN