Betonda donatı olarak kullanılan karbon fiber takviyeli polimerlerin çelik donatı ile karşılaştırmalı yaşam döngüsü değerlendirmesi
Life cycle assessment of carbon fiber reinforced polymers used as reinforcing in concrete in comparison with steel reinforcing bars
- Tez No: 960792
- Danışmanlar: PROF. DR. GÖKÇE TUNA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 136
Özet
Dünya genelinde artan nüfus ve üretim miktarı nedeniyle derinleşen çevresel krizleri doğrudan etkileyen doğal kaynak kullanımının %32-60'ı, enerji kullanımının ise 40%'ı yapı endüstrisiyle ilişkili süreçlerden kaynaklanmakta; bu süreçlerde her yıl yaklaşık 10 milyar ton atık oluşmaktadır. Tez çalışmasında karbon fiber takviyeli polimerlerin (CFRP) yapı ürünü olarak kullanılmasıyla yapı endüstrisinde bu bağlamda sağlanabilecek iyileştirmelerin ortaya konması amaçlanmıştır. Söz konusu iyileştirmelerin düzeyinin tespit edilebilmesi için yapı ürünü olarak CFRP'lerin çelik gibi yaygın bir alternatifle çevre etkisi bağlamında karşılaştırılması uygun bulunmuş, bu karşılaştırma yaşam döngüsü değerlendirmesi (YDD) çerçevesinde yürütülmüştür. Ürünlerin yaşam döngüsünün hammadde edinimi–üretim, kullanım, bertaraf ve geri dönüşüm aşamaları tez kapsamına dahil edilmiştir. Tezin ilk bölümünde CFRP'nin yapı ürünü olarak kullanımı üzerine kapsamlı bir literatür taraması yapılmış, edinilen kaynaklar tez konusuna yakınlık düzeylerine göre derlenmiştir. İkinci bölümde CFRP'nin yapı taşıyıcı sistem içerisindeki kullanım alanları ve gösterdiği mekanik performans incelenmiştir. Betonarme kirişlerde çubuk donatı olarak çelik yerine CFRP kullanılması durumunda gereksinim duyulan ürün miktarının nasıl değiştiğinin tespit edilebilmesi adına teorik olarak bir kiriş üretilmiş ve yaklaşık mekanik hesaplamalar yapılmıştır. Üçüncü bölümde ise YDD metodolojisi incelenmiş, yapı ürünü özelinde yürütülen YDD çalışmalarında sağlıklı sonuçlara ulaşmak için dikkat edilmesi gereken noktalar tespit edilmiştir. Dördüncü bölümde tez boyunca edinilen bilgiler karşılaştırmalı bir YDD analizinde kullanılmış, belirlenen EPD raporlarındaki çevresel etki değerleri ikinci bölümde tespit edilen ürün miktarları üzerinden CFRP ve çelik için yeniden hesaplanmıştır. Sonuç olarak üretim aşamasındaki asidifikasyon yükü dışındaki alanlarda CFRP'nin kütle avantajı ve geri dönüşüm olanakları yardımıyla daha düşük çevresel etki değerleri gösterdiği gözlemlenmiştir. Günümüzde mekanik nitelikleri nedeniyle kullanımı yaygınlaşan CFRP'nin bu açıdan da önemli bir alternatif olduğu düşüncesi YDD verileri ile desteklenmiştir. Bunun yanında literatürde henüz yeterli veri bulunmamakla birlikte CFRP'nin lignin gibi doğal çevreye daha az zarar veren kaynaklardan üretilmesiyle söz konusu çevre etkilerinin orta-uzun vadede daha da azaltılabileceği çalışmadaki analizler sonucunda öngörülmüştür.
Özet (Çeviri)
Ever-growing population and production levels are amplifying the environmental crises. Recent researches show that the construction sector accounts for 32–60 % of global raw-material extraction, 40 % of energy consumption, and produces roughly 10 billion ton of waste each year. This study investigates the environmental improvements attainable by replacing conventional steel reinforcement with carbon-fibre-reinforced polymers (CFRP). To quantify the potential benefits in this context, CFRP products are compared with conventional steel reinforcement in terms of environmental impact. A life cycle assessment (LCA) framework was used in this regard including raw material acquisition, manufacturing, use, disposal and recycling stages of the life cycle. A comprehensive literature review of CFRP as building material was presented in the first chapter and the data collected from eligible resources were organized according to their relevance to the research topic. Current applications of CFRP in construction industry were reviewed and mechanical performance of CFRP within load baring systems were examined in the second chapter. A theoretical reinforced-concrete beam was modeled and approximate mechanical calculations were performed to determine how the required quantity of CFRP reinforcement differs from that of steel. Principles of the LCA methodology were presented in the third chapter. Critical points to obtain robust results in product-specific assessments were identified to be used in the following part of the thesis. In the fourth chapter, environmental impact levels in EPD reports were recalculated for both CFRP and steel. Calculations were made according to the difference in the need of reinforcement amount in the use of different materials. The data obtained in the second chapter were used again in this phase of the study. Except for acidification during production, CFRP exhibited lower impacts in all categories, primarily due to its superior strength-to-weight ratio and the feasibility of closed-loop recycling. Although current inventories are incomplete, sensitivity analysis indicates that producing CFRP from bio-based precursors such as lignin could further reduce environmental burdens in the medium to long term. These findings substantiate the view that CFRP, already valued for its mechanical advantages, is also a promising low-impact alternative for sustainable construction.
Benzer Tezler
- Axial behavior of low strength concrete prisms confined with hybrid fiber reinforced polymers
Hibrit lifli polimer malzeme ile sargılanmış düşük dayanımlı beton prizmaların eksenel davranışı
İSMAİL SENCAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEDİNE İSPİR ARSLAN
- FRP ile güçlendirilmiş betonarme kirişlerin burulma davranışı
Torsional behavior of reinforced concrete beams strengthened with fibre reinforced polymers
ONUR ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
İnşaat MühendisliğiKocaeli Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ŞEVKET ÖZDEN
- Normal dayanımlı betonda donatı kenetlenme özelliklerinin karbon elyaf sargısı ile iyileştirilmesi
Upgrading the bond strength of rebars embedded in normal strength concrete by CFRP confinement
ERKAN AKPINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
İnşaat MühendisliğiKocaeli Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. ŞEVKET ÖZDEN
- Kompozit betonarme kirişlerin deneysel ve teorik olarakincelenmesi
Experimental and theoretical investigation of compositereinforced concrete beams
MOHAMMAD BILAL JALALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat Mühendisliğiİskenderun Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ DOĞAN
- FRP donatılarda durabilite
Durability on FRP bars
ŞEYMANUR ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
İnşaat MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERHAT AYDIN