Sürdürülebilir betonda, ince agrega yerine pirinç kabuğu külü

Küresel hammadde krizine karşı inşaat sektöründe yeni bir paradigma değişimi yaşanıyor. Çalışma, pirinç kabuğu külü, PET plastik ve geri dönüştürülmüş kauçuğun beton üretiminde kum yerine kullanılmasının teknik olarak mümkün olduğunu kanıtladı.

Dünya genelinde 2023 yılında 2,3 milyar metrik tona ulaşan kentsel katı atık hacmi ve inşaat sektörünün küresel emisyonlardaki yüzde 50’lik payı, endüstriyi daha radikal ve döngüsel çözümlere zorluyor. Yıllık 50 milyar metrik tona ulaşan kum talebinin doğal yenilenme hızını ikiye katlaması, sektörde ‘ince agrega ikamesi’ stratejilerini ticari ve çevresel bir zorunluluk haline getirdi.

ÜÇLÜ ATIK STRATEJİSİ VE TEKNİK ANALİZ

Araştırma kapsamında, kentsel ve tarımsal atık statüsündeki üç ana malzeme; pirinç kabuğu külü (RHA), ezilmiş PET plastik ve ömrünü tamamlamış lastik kauçuğu mercek altına alındı. Bu malzemelerin karmaşık kimyasal işlemlere gerek kalmadan doğrudan beton karışımlarına dahil edilebilmesi, operasyonel maliyetlerin yönetilmesi açısından stratejik bir avantaj sunuyor.

PERFORMANS VERİLERİ VE İKAME ORANLARI

• Pirinç kabuğu külü (RHA): Yüzde 2,5 ikame seviyesinde basınç dayanımındaki azalmanın yalnızca yüzde 1,6 seviyesinde kalmasıyla en iyi performansı sergiledi. Yüksek silika içeriği ve puzolanik yapısı sayesinde beton matrisini kimyasal olarak güçlendirdiği saptandı.
• Ezilmiş PET plastik: Orta düzey performans sergileyen bu malzeme, işlenebilirliği korumasıyla öne çıktı. Yapısal olmayan veya düşük mukavemet gerektiren projelerde yüzde 5’e kadar ikame edilebileceği belirtildi.
• Geri dönüştürülmüş kauçuk: Sismik yükleri azaltabilecek düşük yoğunluk ve artan süneklik avantajları sunsa da, yüksek ikame seviyelerinde mekanik kayıpların arttığı gözlemlendi.

SÜRDÜRÜLEBİLİRLİK VE VERİMLİLİK DENGESİ

İstatistiksel analizler (ANOVA ve Tukey testi), ikame seviyesi arttıkça mekanik özelliklerde kademeli bir düşüş yaşandığını doğruladı. Özellikle yüzde 10’luk seviyelerde elastikiyet modülünde yüzde 34’e varan kayıplar yaşanması, bu oranların zorlu yapısal projelerde kullanımını sınırlandırıyor. Ancak mühendislik perspektifinden bakıldığında, yüzde 5’lik ikame seviyesi, yapısal güvenlikten ödün vermeden karbon ayak izini ve hammadde maliyetlerini düşürmek için ‘altın oran’ olarak tanımlandı.

MİKRO-YAPISAL ANALİZ VE GELECEK VİZYONU

Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Termogravimetrik Analiz (TGA) çalışmaları, malzemenin iç yapısındaki etkileşimi netleştirdi. RHA kullanımının, çimento macunu ile agrega arasındaki ‘arayüz geçiş bölgesini’ (ITZ) yoğunlaştırdığı ve termal kararlılığı artırdığı tespit edildi. Bu durum, atık malzemelerin sadece bir dolgu maddesi değil, betonun mikroskobik performansını optimize eden fonksiyonel bileşenler olabileceğini gösteriyor.

EKONOMİK PARADİGMA DEĞİŞİMİ

İnşaat sektöründe yaşanan bu gelişme, sadece bir içerik değişikliği değil; ‘çıkarım odaklı’ modelden ‘döngüsel’ modele geçişin somut bir örneğidir. Atıkların katma değerli hammaddeye dönüştürülmesi, 21. yüzyılın çevresel kısıtlamaları altında daha dirençli ve sorumlu şehirlerin inşası için finansal açıdan da sürdürülebilir bir yol haritası sunuyor.