Geri Dön

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

  1. Tez No: 695045
  2. Yazar: OĞUZHAN ŞAHİN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
  13. 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

  1. Fiber reinforced geopolymer composites suitable for additive manufacturing

    Üç boyutlu eklemeli imalata uygun lif donatılı jeopolimer kompozitler

    EHSAN AMINIPOUR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    İnşaat MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    İnşaat Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN

  2. 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

    İngilizce

    2020

    İnşaat MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN

  3. 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

    Türkçe

    2020

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MÜCTEBA UYSAL

    DOÇ. DR. ORHAN CANPOLAT

  4. 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

    Türkçe

    2020

    İnşaat MühendisliğiKırıkkale Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÜRKAN YILDIRIM

  5. Development of geopolymer concretes with construction demolition waste

    İnşaat yıkıntı atığı içeren jeopolimer beton tasarımlarının geliştirilmesi

    EMİRCAN ÖZÇELİKCİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    İnşaat MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN