Optimizing carbonation conditions for low-quality recycled concrete aggregates and sustainable valorization in cement-based systems
Düşük kaliteli geri dönüşüm beton agregasının optimum karbonatlaştırma koşullarının belirlenmesi ve çimento bağlayıcılı sistemlerin sürdürülebilirliğine etkisi
- Tez No: 895693
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Atık beton, Geri dönüşüm, Kalsiyum karbonat, Katı atıklar, Portland çimentosu, Waste concrete, Calcium carbonate, Solid wastes, Portland cement
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, ömrünü tamamlamış binalardan elde edilen, düşük mekanik ve kimyasal özelliklere sahip, düşük kaliteli geri dönüşüm beton agregalarının (GDA) hızlandırılmış karbonatlaştırma performansını etkileyen parametrelerin incelenmesine, belirlenen optimum parametreler altında karbonatlaştırılmış GDA (KGDA), işlenmemiş GDA ve doğal agrega (DA) ile üretilen harç numuneleri üzerinde gerçekleştirilen bir dizi performans testi ile hızlandırılmış karbonatlaştırma prosesinin çimento bazlı sistemlerin mühendislik performansına olan etkilerinin belirlenmesine odaklanmaktadır. Hızlandırılmış karbonatlaştırma prosesi, dinamik bir karbonatlaştırma işlemi sağlayan laboratuvar ölçekli bir karbonatlaştırma reaktörü kullanılarak uygulanmıştır. Hızlandırılmış karbonatlaştırma prosesi için bağıl nem (%50-70-90), ortam basıncı (1-2-3 bar) ve ortam sıcaklığı (50-90oC) ana parametreler olarak belirlenmiştir. <0.85, 0.85-2.00, 2.00-4.75, 4.75-9.50 ve 9.50-14.00 mm olmak üzere beş farklı parçacık boyutu aralığına sahip düşük kaliteli GDA'lara karbonatlaştırma işlemleri uygulanmıştır. Karbonatlaştırma sürelerinin (2-4-6-12-24-48-72-96-120 saat) GDA'ların karbonatlaşma performansı üzerindeki etkileri de araştırılmıştır. Düşük kaliteli GDA'ların CO2 yakalama oranını ölçmek için termogravimetrik analiz (TG/DTA), çökelmiş kalsiyum karbonat hakkında bilgi edinmek için de GDA'ların su emme kapasitesinin belirlenmesi yöntemleri uygulanmıştır. Tüm parametrelerin incelenmesi sonucu optimum karbonatlaştırma koşulu %70 bağıl nem, 1 bar ortam basıncı, 50oC ortam sıcaklığı, 48 saat karbonatlaştırma süresi olarak belirlenmiştir. En yüksek CO2 yakalama oranı 2.00-4.75 mm tane boyut aralığında gerçekleşmiştir. Bu çalışmanın devamında, ince (0.85-4.75 mm) GDA, KGDA ve DA ile üretilen harç numunelerinin akma, mekanik dayanım, su emme kapasitesi, kılcal su emme, donma-çözülme ve klorür iyonu geçirgenlik özellikleri belirlenmiştir. Sonuçlar, GDA kullanımında harçlarda gözlenen mühendislik özelliklerindeki kayıpların hızlandırılmış karbonatlaştırma yöntemi ile önemli ölçüde giderilebileceğini göstermiştir. KGDA kullanımının getirdiği kazanımların altında yatan temel neden, GDA yüzeyindeki yüksek boşluklu, yüksek geçirgen, düşük yoğunluklu harç kalıntısının ve arayüzey geçiş bölgesinin (ITZ) geliştirilmiş kimyasal ve mekanik özellikleridir. Çalışma sonuçları, GDA'nın, yalnızca düşük kaliteli bir inşaat ve yıkım atığı (CDW) olarak kalması yerine, çimento bazlı sistemlerde, bu sistemlerin olumsuz çevresel etkilerini azaltmak için aktif olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Bu sayede KGDA ile üretilen harç veya betonların sürdürülebilirliğine katkı sağlanabilir.
Özet (Çeviri)
This study aims to examine the parameters affecting the accelerated carbonation performance of low-quality recycled concrete aggregates (RCA), obtained from end-of-life buildings, with low mechanical and chemical properties, and to determine the effects of the accelerated carbonation process on the engineering performance of cement-based systems through a series of performance tests performed on mortar samples produced with carbonated RCA (CRCA), uncarbonated RCA and natural aggregate (NA) under the optimum parameters determined in the first section. The accelerated carbonation process was implemented using a newly designed laboratory-scale carbonation reactor that provides a dynamic carbonation process. Relative humidity (50-70-90%), ambient pressure (1-2-3 bar) and ambient temperature (50-90oC) were determined as the main parameters for the accelerated carbonation process. Carbonation treatments were applied to low-quality RCAs with five different particle size ranges: <0.85, 0.85-2.00, 2.00-4.75, 4.75-9.50 and 9.50-14.00 mm. The effects of carbonation durations (2-4-6-12-24-48-72-96-120 hours) on the carbonation performance of RCAs were also investigated. Thermogravimetric analysis (TG/DTA) was applied to measure the CO2 uptake rate of low-quality RCAs, and the water absorption capacities of CRCAs and RCAs were measured to obtain information about precipitated calcium carbonate. As a result of examining all parameters, the optimum carbonation condition was determined as 70% relative humidity, 1 bar ambient pressure, 50oC ambient temperature, 48 hours carbonation duration. The highest CO2 uptake rate occurred in the particle size range of 2.00-4.75 mm. In the continuation of this study, flowability, mechanical strength, water absorption capacity, capillary water absorption (sorptivity), freezing-thawing and chloride permeability properties of mortar samples produced with fine (0.85-4.75 mm) RCA, CRCA and NA were determined. The results showed that the losses in engineering properties observed in mortars when using RCA can be significantly eliminated by the accelerated carbonation method. The main reason underlying the gains brought by the use of CRCA is the improved chemical and mechanical properties of the high-void, high-permeable, low-density mortar residue and the interfacial transition zone (ITZ) on the RCA surface. Results showed that CRCA, rather than remaining only as a low-quality construction and demolition waste (CDW), can be actively used in cement-based systems to reduce their negative environmental impacts. In this way, the sustainability of cement-based systems produced with CRCA can be contributed.
Benzer Tezler
- Tarihi yapıların onarımında kullanılmak üzere puzolan katkılı hidrolik kireç esaslı onarım harcı üretilme olanaklarının araştırılması
A study on hydraulic lime mortars with pozzolan addition for historic masonry repairs
DİLARA GÜR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDEN ACUN ÖZGÜNLER
- Bitkisel bir atıktan hidrotermal yöntemle hazırlanan biyokömürün üretim, karakterizasyon ve adsorpsiyon çalışmalarının incelenmesi
Investigation of the production, characterization and adsorption studies of biocosite preparing hidrotermal management in a vegetable attachment
SELCAN SEFA OĞUZ
- Graphene based materials obtained from graphite and polyacrylonitrile based carbon fiber for energy storage and conversion systems
Enerji depolama ve dönüşüm sistemleri için grafit ve poliakrilonitril esaslı karbon fiberden grafen tabanlı malzemelerin üretilmesi
MEHMET GİRAY ERSÖZOĞLU
Doktora
İngilizce
2022
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN
- Şeker fabrikası atığı karbonatlama çamurundan optimum koşullarda hidroksiapatit üretimi
Production of hydroxyapatite from sugar factory waste carbonation sludge under optimum conditions
SERAY İŞLEYEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SUNA ERTUNÇ
- Organik atıktan mikrodalga destekli aktif karbonun hazırlanması ve karakterizasyonu: Sodyum borhidrür metanolizinde ve boyar madde gidermede potansiyel kullanımları
Preparatin and characterization of microwave assisted activated carbon from organic waste: Potential uses in sodium borohydride methanolysis and dye removal
ERCAN AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
KimyaSiirt ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DUYGU ELMA KARAKAŞ
DR. ÖĞR. ÜYESİ GURBET CANPOLAT