Çay ve maden atıklarının sürdürülebilir katkı malzemesi olarak çimentolu macun dolguların yeraltı stabilizasyonunda ve inşaat altyapı ürünlerinde kullanımının incelenmesi
Investigation of the Use of Tea and Mine Wastes as Sustainable Additive Materials in Cemented Paste Backfills for Underground Stabilization and Construction Infrastructure Products
- Tez No: 988346
- Danışmanlar: PROF. DR. EROL YILMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Çimentolu macun dolgu (ÇMD), yeraltı uygulamalarında oturma veya göçme problemlerini önleyerek zemin stabilitesi sağlamasının yanı sıra, atıkların güvenli bir şekilde bertaraf edilmesini de kolaylaştıran bir mühendislik yöntemidir. Bununla birlikte, yüksek çimento tüketimi nedeniyle işletme maliyetleri ve karbon emisyonları üzerinde önemli etkileri bulunduğu göz ardı edilmemelidir. Bu çalışma, maden atıkları ile tarımsal bir yan ürün olan işlenmiş ve demleme çay atıklarının, ÇMD ve inşaat altyapı ürünlerinde kullanılabilirliğini ele almaktadır. Bu sayede, hem maden ve çay atıklarının sürdürülebilir bertarafının sağlanması hem de çimento ihtiyaçlarının azaltılması hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda sabit katı (ağırlıkça %73) ve farklı çimento içeriklerine (ağırlıkça %4,5, %6 ve %7,5) sahip ÇMD karışımları hazırlanarak değişen kür sürelerindeki (3-180 gün) performansı değerlendirilmiştir. Çay atıklarından elde edilen öğütülmüş biyoçar (BC) ile demlenmiş çay atıkları (TP) karışımlarda ağırlıkça %0, %1, %1,5, %3, %5, ve %10 çimento ikamesi olarak kullanılmışken, farklı uzunluklara (1, 2, ve 4 cm) sahip atık çay lifleri (TF) de farklı ikame oranlarında (ağırlıkça %0, %0,15, %0,30, %0,45 ve %0,60) dolgu karışımlarına dahil edilmiştir. Hedef kür sürelerinden sonra dolgu örnekleri üzerinde mekanik (UCS, eğilme/yarmada çekme dayanımı), mikroyapısal (XRD, SEM, TG/DTG, FTIR) ve jeokimyasal (pH, Eh ve EC) testler uygulanmıştır. Elde edilen bulgular neticesinde, BC ve TP için optimum ikame oranları sırasıyla %1,5 ve %3 olarak belirlenmişken, TF için ise bu oran %0,45 olarak belirlenmiştir. Ayrıca, laboratuvar ortamında ince agrega yerine farklı oranlarda (hacimce %0, %5, %15, %25 ve %35) bakır maden atığı ikame edilerek üretilen parke taşları üzerinde gerçekleştirilen deneyler sonucunda optimum maden atık ikame oranı %25 olarak tespit edilmiştir. Bakır maden ve çay atıkları için belirlenen bu optimum ikame oranları ile endüstri ölçeğinde üretilen parke taşları üzerinde farklı durabilite testleri de uygulanmıştır. Sonuç olarak bu tez kapsamında elde edilen bulgular, optimum oranlardaki bakır maden atığı ile farklı çay atıklarının inşaat altyapı ürünleri ve ÇMD karışımlarında agrega ve çimento ikamesi olarak, etkili bir şekilde kullanılabileceğini göstermiştir. Ayrıca, endüstriyel ve tarımsal atıkların geri dönüştürülmesiyle çevresel zararlarının azaltılmasının yanı sıra döngüsel ekonomiye katkı sağlanabileceği sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Cemented paste backfill (CPB) is an engineering method that not only provides ground stability by averting settlement or collapse harms in underground applications but also facilitates the safe disposal of wastes. Nevertheless, it should be noted that the high cement consumption allied with this method has major impacts on both operating costs and carbon emissions. This study probes the applicability of mining, processed- and brewed-tea wastes, which are agricultural by-products, in CPB and construction infrastructure products. Accordingly, it aims to attain the sustainable disposal of both mining and tea wastes while concurrently reducing cement demand. To this end, CPB mixes with a fixed solid content of 73wt% and varying cement rates of 4.5wt%, 6wt%, and 7.5wt% were made, and their performance was assessed over diverse curing times ranging from 3 to 180 days. Ground biochar (BC) and brewed tea waste (TP), obtained from tea waste, were used as cement substitutes in mixtures at weight percentages of 0%, 1%, 1.5%, 3%, 5%, and 10%, while waste tea fibers (TF) with diverse lengths (1, 2, and 4 cm) were also included in filling mixtures at different substitution rates (0%, 0.15%, 0.30%, 0.45%, and 0.60% by weight). Mechanical (UCS, flexural/splitting tensile strength), microstructural (XRD, SEM, TG/DTG, FTIR), and geochemical (pH, Eh, and EC) tests were applied to the backfill samples after target curing times. Based on the obtained findings, the optimal replacement ratios were determined as 1.5% and 3% for BC and TP, respectively, while for TF, the optimal ratio was established as 0.45%. Additionally, based on experimental investigations carried out on paving stones manufactured in a laboratory setting with copper mine waste replacing fine aggregate at varying volumetric ratios (0%, 5%, 15%, 25%, and 35%), the optimum replacement level of mine waste was identified as 25%. Several durability tests were also conducted on paving stones produced at an industrial scale using these optimum replacement ratios determined for copper-mine and tea wastes. In conclusion, the findings obtained within the scope of this thesis demonstrate that copper mine and various tea wastes at their optimum replacement ratios can be effectively utilized as aggregate and cement substitutes in construction infrastructure products and CBM mixes. Furthermore, it was concluded that recycling industrial and agricultural wastes not only mitigates their environmental impacts but also contributes to the circular economy.
Benzer Tezler
- Sürdürülebilir atık yönetimi kapsamında organik atıkların solucan ile kompostlaştırılması: İTÜ Ayazağa kampüsü örneği
Composting organic wastes with worms within the scope of sustainable waste management: The case of ITU Ayazaga campus
AYŞE NUR USTA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN GÜVEN
- Evsel siyah çay atığı dolgulu vinilester kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of vinylester composite materials filled with domestic black tea waste
KÜBRA KASAP
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLYAS KARTAL
- Domates üretiminde örtü bitkili-örtü bitkisiz koşullarda toprak işleme ve dikim tekniklerinin karşılaştırılması
Comparison of tillage and transplanting techniques under cover cropped and no-cover cropped conditions in tomato production
ANIL ÇAY
- Tehlikeli maden atık barajı yapımı öncesinde uygun yer tespiti; Eti Maden Kırka bor işletmesi örneği
Appropriate site determination before construction of hazardous mine tailings dam; Eti Maden Kırka boron business example
HAZIM BURAK TURHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Jeodezi ve FotogrametriKonya Teknik ÜniversitesiHarita Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN ÇAY