Kimyasal katkılarla geri dönüştürülmüş toz betonun donma direncinin iyileştirilmesi

İnşaat Atıklarını Kışa Hazır Betona Dönüştürmek

Her yıl şehirler, yıkım ve tadilatlardan kaynaklanan kırık beton ve tuğla dağları üretir. Bu molozların çoğu hâlâ değerli çimento bileşenleri içermesine rağmen çöp muamelesi görür. Aynı zamanda soğuk bölgelerde yollar ve binalar, tekrar eden donma–çözülme döngüleri altında parçalanarak milyarlarca dolarlık onarım maliyeti çıkarır. Bu çalışma, ince öğütülmüş inşaat atığı olan geri dönüştürülmüş tozun yeni betonda güvenli biçimde nasıl yeniden kullanılabileceğini ve sert kış koşullarına karşı dayanıklı kalıp daha dayanıklı ve sürdürülebilir altyapı için bir yol sunup sunamayacağını araştırıyor.

Enkazdan Geri Dönüştürülmüş Toza

Eski beton ve yapı malzemelerini çöplüklere göndermek yerine mühendisler bu malzemeyi ezip öğüterek yeni betonda taze çimentonun bir kısmını ikame eden ince bir geri dönüştürülmüş toz elde edebilir. Bu yaklaşım doğal kaynakları korur, çimento üretiminden kaynaklanan karbon emisyonlarını azaltır ve özellikle yıllık inşaat molozunun iki milyar tonu aştığı Çin gibi ülkelerde büyük atık akımlarını yönetmeye yardımcı olur. Ancak bir sorun vardır: geri dönüştürülmüş toz betonda su ihtiyacını artırma eğilimindedir ve bu da sıklıkla donma–çözülme direncinde zayıf performansa yol açar. Bu araştırmanın kilit sorusu, doğru kimyasal katkıların bu zayıflığı aşarak soğuk iklimlerde geri dönüştürülmüş toz betonun tam potansiyelini açığa çıkarıp çıkaramayacağıydı.

Kimyasal Araç Setinin İncelenmesi

Araştırmacılar önce geri dönüştürülmüş tozla özellikle iyi çalışan yüksek performanslı bir su azaltıcı kimyasal olan poliakarboksilat süperakışkanlaştırıcıyı belirlediler. Bu katkı, çimento tanelerinin eşit şekilde dağılmasına yardımcı olarak geri dönüştürülmüş toz kullanıldığında normalde gereken ek suyu azaltır. Bu temel üzerine ekip, doğrudan donma direncini iyileştirmeyi hedefleyen üç ek katkı türünü test etti: su azaltıcı ve antifriz etkili birleşik katkı (AR), kasıtlı küçük kabarcıklar oluşturarak çalışan hava sürükleyici ajan (AE) ve inorganik tuz bazlı antifriz ajanı (AF). %30 geri dönüştürülmüş toz içeren beton numunaları farklı su/bağlayıcı oranlarıyla karıştırıldı, kürlendi ve ardından dayanım, yüzey hasarı ve iç sertlikleri izlenerek 200’e kadar sert donma–çözülme döngüsüne tabi tutuldu.

Betonun Soğukta Davranışı

Üç iyileştirme stratejisinin tümü, bu katkılar olmadan kontrol karışımına göre geri dönüştürülmüş toz betonu donma hasarına karşı daha iyi korudu, ancak her biri farklı yollarla ve farklı derecelerde etki gösterdi. Hava sürükleyici ajan, donan suya genişlemesi için yer sağlayan küçük, iyi dağılmış çok sayıda kabarcık oluşturarak yüzey soyulmasını ve iç çatlamayı yavaşlatan rahatlama odaları işlevi gördü. Antifriz etkili su azaltıcı katkı su talebini düşürüp gözenek sistemini incelterek kütle kaybını azalttı ve döngüler sırasında betonun sertliğini korudu. Ancak yıldız performans gösteren %1 AF antifriz ajanıydı. Bu katkı yalnızca erken dayanımı bağlayıcı jellerin oluşumunu hızlandırarak artırmakla kalmadı, aynı zamanda özellikle daha düşük su/bağlayıcı oranında 200 döngü sonrasında en yüksek göreli sertliği ve en düşük yüzey hasarını korudu.

Betonun İçine Daha Yakından Bakmak

Antifriz ajanın neden bu kadar iyi çalıştığını anlamak için ekip mikroskoplar ve gözenek ölçüm teknikleri kullanarak betonun içine baktı. Görüntüler, özel katkı maddesi olmayan betonda çok sayıda büyük, düzensiz gözenek ve taş–harç sınırında geniş çatlaklar olduğunu gösterdi; bunlar su ve buz için hasara yol açan ideal geçitlerdi. AR, AE veya AF eklendiğinde bu zayıf geçiş bölgesi daha yoğun hale geldi; büyük boşluklar azaldı ve yapıyı birbirine bağlayan daha sıkı kristaller oluştu. Ayrıntılı gözenek ölçümleri, özellikle antifriz ajanın betonun iç gözeneklerini daha küçük, daha az zararlı boyutlara kaydırdığını doğruladı; 200 nanometreden büyük, hasara eğilimli büyük gözeneklerin payını %8,73 oranında azalttı. Toplam gözeneklilik hafifçe artmasına rağmen, gözeneklerin şekli ve boyutu artık betonu dona karşı çok daha dirençli kılıyordu.

Daha Yeşil Kentler İçin Neden Önemli

Uzman olmayanlar için sonuç basit: bu çalışma, geri dönüştürülmüş tozun önemli bir payını içeren betonun doğru kimya ile eşleştirildiğinde soğuk iklimler için hâlâ yeterince dayanıklı olabileceğini gösteriyor. Bağlayıcının yaklaşık %1’i kadar mütevazı bir antifriz ajanı dozu, atık bazlı ve kırılgan bir betonu tekrar eden kış donmalarında çok daha az çatlama ve yüzey kaybıyla ayakta kalan dayanıklı bir malzemeye dönüştürdü. Bu, şehirlerin yıkım atıklarını buzlu koşullarda daha uzun ömürlü yeni yol, köprü ve binalara güvenle dönüştürebileceği; performanstan ödün vermeden hem sürdürülebilirliği hem de dayanıklılığı ilerletebileceği anlamına geliyor.

Atıf: Yang, C., Zhou, W., Zhao, H. et al. Frost resistance improvement of recycled powder concrete by chemical admixtures. Sci Rep 16, 6087 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35840-8

Anahtar kelimeler: geri dönüştürülmüş beton, inşaat atıkları, donma–çözülme dayanımı, kimyasal katkılar, sürdürülebilir altyapı