Sürdürülebilir beton üretimi için tarımsal atıkların kullanımı: Badem kabuğu külü ile çimento ikamesi üzerine deneysel bir çalışma

Abstract

İnşaat sektörü sürekli ve hızlı bir gelişim içindedir; buna paralel olarak alternatif çimento katkı maddelerine duyulan ihtiyaç da giderek artmaktadır. Zira geleneksel çimento üretimi ve tüketimi; karbon emisyonu, doğal kaynakların hızla tükenmesi ve atık depolama gibi ciddi çevresel sorunları beraberinde getirmektedir. Bu çevresel zorlukların üstesinden gelebilmek amacıyla literatürde çok sayıda çalışma yürütülmektedir. Söz konusu araştırmaların büyük bir kısmı, çeşitli çimento esaslı malzemelerin (ÇEM) beton karışımlarına entegre edilmesi üzerine yoğunlaşmaktadır. Bu bağlamda mevcut çalışmada, beton üretimindeki çimento miktarının azaltılarak yerine belirli oranlarda ÇEM kullanılmasının beton performansı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu amaç doğrultusunda, badem kabuğu biyokömürü (BKB) ve silis dumanı (SD) kullanılarak beton numuneler üretilmiştir. Üretilen numuneler, basınç testinin yanı sıra ultrases geçiş hızı, gözeneklilik ve olgunluk testlerine tabi tutulmuştur. Ayrıca, ÇEM içeren numunelerin mikroyapısal özellikleri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılarak detaylı bir şekilde incelenmiştir. SEM analiz sonuçları; BKB'nin betonda dolgu (filler) etkisi yarattığını, silis dumanının ise yoğun bir kompozit matris oluşturduğunu ortaya koymuştur. Bu bulgular, betonda ÇEM kullanımının malzemenin fiziksel ve mekanik özellikleri üzerinde olumlu etkiye sahip olduğunu kanıtlamaktadır. Test sonuçlarına göre, belirli bir ikame oranına kadar BKB kullanımının betonun basınç mukavemetini artırdığı; BKB'ye ek olarak SD kullanımının ise beton performansını daha da ileri seviyelere taşıdığı gözlemlenmiştir. Genel bir değerlendirmeyle bu çalışma; BKB'nin çimento ikamesi olarak değerlendirilmesinin, çimento tüketimini azaltan çevre dostu ve sürdürülebilir bir yaklaşım olduğunu göstermektedir.

The construction sector is a continuously and constantly evolving field, and the dependence on supplementary cement materials is also increasing in parallel. This situation leads to environmental challenges such as carbon emissions, resource consumption, and waste storage problems. Numerous studies are being conducted to combat these challenges. Most of these studies focus on integrating cement-based materials (ÇEM) into concrete. In this context, this study investigated the effect of reducing the amount of cement in concrete production and using ÇEM at certain ratios on the performance of concrete. For this purpose, concrete samples were produced using almond shell biochar (BKB) and silica fume (SD). These specimens were subjected to ultrasonic pulse velocity, porosity, and maturity tests, as well as compressive strength tests. In addition, the microstructure of the ÇEM-containing specimens was examined using scanning electron microscopy (SEM). The SEM results showed that BKB created a filling effect, silica fume created a dense composite matrix, and the use of ÇEM in concrete had a significant positive effect on the mechanical and physical properties of the concrete. According to the test results, it was observed that the use of BKB increases the compressive strength of concrete up to a certain replacement ratio; furthermore, the use of SD in addition to BKB further enhances concrete performance. Overall, this study shows that the use of almond shell biochar as a cement substitute reduces cement consumption and is environmentally friendly.