Development of construction demolition waste-based geopolymeric composites suitable for three-dimensional additive manufacturing
İnşaat yıkıntı atıkları kullanılarak üç boyutlu eklemeli imalata uygun jeopolimer bağlayıcılı kompozitlerin geliştirilmesi
- Tez No: 695045
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 196
Özet
Altyapımızın ana yapı taşı olan konvansiyonel beton, ana bağlayıcı olarak küresel ölçekte tüketimi hızla artan Portland çimentosunu kullanmaktadır. Portland çimentosunun imalatı oldukça yüksek enerji gerektiren bir süreç olup dünya çapında toplam insan kaynaklı CO2 emisyonlarının %9'una kadarını oluşturmaktadır. Öte yandan, inşaat ve yıkıntı atığı (İYA) endüstrisi, toplam kentsel atığın %30-40'ını oluşturan ve küresel katı atık üretimine katkıda bulunan ana sektörlerden biri olarak kabul edilmektedir. Bu nedenle, çevresel, sosyal ve ekonomik açıdan fayda sağlamak için daha çevre dostu bağlayıcıların geliştirilmesi ve İYA'nın uygun şekilde ele alınması büyük önem taşımaktadır. Bunun yanında, gerçekten sürdürülebilir inşaat uygulamalarına ulaşmak için malzemeyle ilgili atılımların yanı sıra ileri üretim teknolojilerini kullanan operasyonla ilgili atılımların da yapılması gerekmektedir. İnşaat endüstrisinde kullanılan geleneksel kalıpla inşaat sistemi, yüksek maliyet, işçilik, enerji gerektiren ve önemli miktarda atık üretimine ve operasyonel zorluklara neden olan bir yöntemdir. Bu bağlamda, üç boyutlu eklemeli imalat (3B-Eİ) yöntemi, mevcut inşaat yöntemlerine umut verici bir alternatif olarak beton benzeri malzemelere uygulanabilir ve bir paradigma değişimine katkıda bulunabilir niteliktedir. Bu tez çalışması, (i) inşaat ve yıkım faaliyetlerinden elde edilen atık malzemeleri kullanarak yenilikçi alternatif çevre dostu yapı malzemeleri geliştirmeyi ve (ii) geliştirilen bu malzemeleri inşaat uygulamalarında hem malzeme hem de operasyonel açıdan sürdürülebilirlik elde etmek için 3B-Eİ ile birleştirmeyi amaçlamaktadır. Bu bağlamda, öncelikle taze/reolojik özelliklere odaklanarak İYA esaslı bileşenler kullanılarak jeopolimer hamur karışımları üretilmiştir. Daha sonra, 3B-Eİ'a uygun taze özelliklere sahip jeopolimer harçlar elde etmek için İYA esaslı jeopolimerler, İYA esaslı ince geri dönüştürülmüş beton agregaları ile birleştirilmiştir. Sonuç olarak, 3B-Eİ'a uygun özelliklere sahip bir jeopolimer harç karışımı seçilmiş ve bu jeopolimer harç karışımının performansı, laboratuvar ölçekli 3B-Eİ uygulaması ile doğrulanmıştır. Mevcut tez çalışması tarafından önerilen tüm yeni uygun maliyetli çözümlerin benimsenmesi ve uygulanmasının, yüksek katma değerli yapı malzemelerinin üretiminde kullanılmak üzere atık malzemelerin değerlendirilmesi, enerji verimliliğinin artırılması, uygun kaynak yönetiminin sağlanması ve CO2 emisyonlarının azaltılması için büyük bir fırsat sağlayacağına inanılmaktadır. Bu sayede bu çalışmanın insan sağlığı, doğal ekosistemler, küresel ekonomi ve değerli hammaddelerin ve ürünlerin gelecekteki döngüselliği lehine sürdürülebilir yapılaşmanın desteklenmesine ve küresel iklim değişikliği sorunuyla mücadele edilmesine yardımcı olacağı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Conventional concrete, the main building block of our infrastructure, uses Portland cement (PC) as the main binder, consumption of which is increasing rapidly on a global scale. PC production is significantly energy-inefficient and accounts for up to 9% of total human-driven CO2 emissions worldwide. On the other hand, the construction and demolition waste (CDW) industry is recognized as one of the main sectors contributing to the global solid waste production, constituting 30-40% of total urban waste. Therefore, development of greener binders and proper handling of CDW is of great importance to benefit environment-, social- and economy-wise. In addition, along with the material-related breakthroughs, operation-related breakthroughs utilizing advanced manufacturing technologies need to be made to achieve truly sustainable construction practices. The traditional formwork system in the construction industry requires high cost, workmanship, energy and causes significant waste generation and operational challenges. Thus, three-dimensional additive manufacturing (3D-AM) method can be applied to concrete-like materials as a promising alternative to the existing methods for construction and can contribute to a paradigm shift. This thesis study aims (i) to develop innovative alternative green construction materials by using out of waste materials obtained from construction and demolition activities, and (ii) to merge these developed green materials into 3D-AM for the achievement of truly sustainable construction practices both at the material and operational levels. In that context, to begin with, geopolymer paste mixtures were produced by using CDW-based components with a primary focus on fresh/rheological properties. After that, CDW-based geopolymers were incorporated with CDW-based fine recycled concrete aggregates (FRCA) to obtain geopolymer mortars with fresh properties fitted for 3-dimensional printability. In conclusion, the performance of selected geopolymer mortar mixture with the properties fitted for 3 dimensional-printability was validated via laboratory-scale 3D-AM application. It is believed that adoption and implementation of all novel cost-effective solutions proposed by the current thesis study will provide a great opportunity for valorising waste materials for use in high-grade building products, reducing CO2 emissions by closing the human-driven carbon cycle, increasing energy efficiency and ensuring proper resource management; which will help boost green construction in favour of human health, natural ecosystems, global economy and future circularity of valuable raw materials and products, and tackling the global issue of climate change.
Benzer Tezler
- Fiber reinforced geopolymer composites suitable for additive manufacturing
Üç boyutlu eklemeli imalata uygun lif donatılı jeopolimer kompozitler
EHSAN AMINIPOUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
İnşaat MühendisliğiHacettepe Üniversitesiİnşaat Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN
- Influence of self healing on the mechanical properties of geopolymer binder composites
Kendiliğinden iyileşmenin jeopolimer bağlayıcılı kompozitlerin mekanik özellikleri üzerine etkileri
BEHLÜL FURKAN ÖZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
İnşaat MühendisliğiHacettepe Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN
- Farklı tür agregalarda üretilen metakaolin tabanlı geopolimer harçların mekanik ve durabilite özelliklerinin incelenmesi
The investigation of mechanical and durability properties of metakaolin-based geopolymer mortars produced with different types of aggregates
FURKAN ŞAHİN
Doktora
Türkçe
2020
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşaİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜCTEBA UYSAL
DOÇ. DR. ORHAN CANPOLAT
- 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
- Development of geopolymer concretes with construction demolition waste
İnşaat yıkıntı atığı içeren jeopolimer beton tasarımlarının geliştirilmesi
EMİRCAN ÖZÇELİKCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
İnşaat MühendisliğiHacettepe Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN