Geri dönüştürülmüş CRT camı içeren harçların basınç dayanımını GMDH ve GEP yöntemleri kullanarak tahmin etme

Eski TV’leri Daha Güvenli, Daha Dayanıklı Yapı Bloklarına Dönüştürmek

Dünyada milyonlarca atılmış katot ışın tüpü (CRT) televizyon ve monitörü çöplüklerde birikiyor. Bu cihazların ağır camı bol miktarda kurşun içeriyor ve toprak ve suya sızabiliyor. Bu çalışma, tehlikeli camı inşaat harçları içinde güvenli şekilde kilitlemenin ve malzemenin gerçek dünya kullanımı için yeterince dayanıklı kalmasını sağlamanın bir yolunu araştırıyor. Geri dönüşümü modern veri odaklı modelleme ile birleştirerek, araştırmacılar toksik bir atık akışını daha yeşil binalar ve hatta radyasyon koruyan duvarlar için yararlı bir bileşene dönüştürmenin yollarını gösteriyor.

Eski Ekran Camının Hem Sorunu Hem Fırsatı Nedenidir

CRT camı alışılmadık derecede yoğundur ve yaklaşık %20–25 kurşun oksit içerir. Kırılıp döküldüğünde bu kurşun yavaşça yıkanarak çevreyi kirletebilir. Önceki deneyler, CRT camı çimento esaslı harçlara karıştırıldığında, yüksek alkali çimento gözenek sıvısının ağır metalleri hapsederek sızmayı keskin şekilde azalttığını gösterdi. Aynı zamanda camın yüksek yoğunluğu X-ışını ve radyasyon zırhlamasını iyileştirebilir. Dezavantajı ise doğal kumu geri dönüştürülmüş CRT (RCRT) camla değiştirmek genellikle harcın zayıflamasına yol açıyor çünkü pürüzsüz cam parçacıkları çevreleyen harçla zayıf bağ oluşturuyor. Bu nedenle mühendisler çevresel faydalar, zırhlama performansı ve mekanik dayanım arasında bir dengeyle karşı karşıya kalıyor.

Pahalı Laboratuvar Testlerinden Akıllı Tahmine

Doğru dengeyi sağlayan harç karışımlarını tasarlamak tipik olarak çok sayıda deneme-yanılma laboratuvar testi gerektirir; bunlar yavaş ve maliyetlidir. Önceki araştırmalar çoğunlukla bireysel test sonuçlarını rapor etti ve bazen dayanımı tahmin etmek için geleneksel istatistiksel formüller kullandı; ancak bu yaklaşımlar karışım bileşenleri arasındaki karmaşık, doğrusal olmayan etkileşimlerle başa çıkmakta zorlandı. Özellikle daha önce yapılan hiçbir çalışma RCRT cam içeren harçlara özel tahmine dayalı modeller geliştirmemişti ve modern makine öğrenimi çalışmalarının çoğu diğer geri dönüştürülmüş malzemelere odaklandı ya da her bileşenin dayanımı nasıl etkilediğine dair çok az içgörü sunan “kara kutu” algoritmalar kullandı. Bu çalışma, şeffaf, denklem tabanlı modeller kullanarak bu boşluğu doldurmaya yönelikti.

Araştırmacıların Modelleri Nasıl Eğittiği

Ekip, su, çimento, uçucu kül, doğal kum, RCRT camı ve farklı kür süreleri oranları ile yapılmış 139 harç örneğinden oluşan bir veri tabanı derledi. Önce aykırı değerleri kaldırıp tüm değişkenlerin ölçeklerini standartlaştırarak veriyi temizlediler. Ardından basınç dayanımını tahmin etmek için iki sözde “beyaz kutu” yumuşak-bilişim yöntemi eğitildi: basit polinom denklemlerinden oluşan çok katmanlı bir ağ kuran Grup Veri İşleme Yöntemi (GMDH) ve genetikten esinlenen şekilde matematiksel formüller geliştiren Gen İfade Programlama (GEP). Her iki yöntem de mühendislerin hesap makinelerine veya tablolarına kolayca koyabileceği açık denklemler üretiyor; kapalı kodlar yerine. Veriler eğitim ve test setlerine ayrıldı ve modellerin kararlılığını değerlendirmek için beş katlı çapraz doğrulama da yapıldı.

Hangi Yöntem Kazandı ve En Çok Ne Önemliydi

GMDH modeli açıkça hem GEP modelini hem de klasik regresyon yöntemlerini geride bıraktı. Görülmemiş test verilerinde GMDH, 0,942 determinasyon katsayısı (R²) ve düşük tahmin hataları elde etti; bu, hesaplanan dayanımların laboratuvar ölçümleriyle yakından eşleştiği anlamına geliyor. GEP makul performans gösterdi ama daha fazla saçılma ve daha yüksek hatalar sergiledi; basit lineer ve doğrusal olmayan regresyonlar ise alttaki karmaşıklığın çoğunu kaçırdı. Hangi bileşenlerin dayanımı en çok etkilediğini anlamak için araştırmacılar SHAP adlı modern bir açıklama aracını kullandı. Bunun su içeriğinin baskın faktör olduğunu ortaya koydu: çok fazla su ekstra gözenekler oluşturarak dayanımı düşürme eğiliminde. Bunu kür süresi izledi—daha uzun kürleme daha fazla hidratasyon reaksiyonuna izin vererek daha güçlü harçlar sağladı. Çimento içeriği ılımlı bir etkiye sahipti, RCRT cam ve kum miktarları ise çalışılan karışım aralığında daha küçük, ikincil roller oynadı.

Bu, Daha Yeşil İnşaat İçin Ne Anlama Geliyor

Genel okuyucu için ana çıkarım, karışım dikkatle tasarlandığı sürece orta miktarda CRT camının çimento harçlarına geri dönüştürülmesinin ciddi bir dayanım kaybına yol açmadan hem güvenli hem de pratik göründüğüdür. GMDH denklemleri mühendislere belirli bir RCRT ağırlıklı harcın tek bir partiyi karıştırmadan önce ne kadar dayanıklı olacağını tahmin etmek için güvenilir, kullanımı kolay bir araç sunuyor. Yöntem şeffaf olduğu için tasarımcılar su, çimento veya kür süresini değiştirmenin performansı nasıl kaydıracağını görüp camın neden olduğu küçük dayanım kaybını telafi edebilirler. Kısacası çalışma, endüstriyel atık geri dönüşümü ile yorumlanabilir makine öğrenimi modellerinin birleştirilmesinin tehlikeli e-atıkları sürdürülebilir ve hatta radyasyon koruyan yapı malzemeleri için öngörülebilir, yapısal olarak sağlam bir bileşene dönüştürmeye yardımcı olabileceğini gösteriyor.

Atıf: Ghorbani, V., Seyedkazemi, A. & Kutanaei, S.S. Predicting compressive strength of mortars containing recycled CRT glass using GMDH and GEP methods. Sci Rep 16, 6655 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36553-8

Anahtar kelimeler: geri dönüştürülmüş CRT camı, çimento harç dayanımı, sürdürülebilir inşaat, makine öğrenimi modelleri, radyasyon zırhlama malzemeleri