Kiremit harcında sürdürülebilir kısmi kum ikamesi olarak kuvars ocak tozunun kullanımı

Taş Tozunu Yapı Malzemesine Dönüştürmek

Modern şehirler kum üzerine inşa edilir. Binalarımızı, köprülerimizi ve yollarımızı bir arada tutan beton ve harçta kilit bir bileşendir. Ancak dünya kum sıkıntısıyla karşılaşıyor ve nehirlerden kum çıkarmak ekosistemlere zarar veriyor. Bu çalışma çekici bir fikri araştırıyor: genellikle endüstriyel atık olarak kabul edilen ince bir toz olan kuvars ocak tozunu, sıradan çimento harcında kumun bir kısmını ikame eden faydalı bir bileşen hâline getirebilir miyiz?

Atık Yığınından Yararlı Malzemeye

Kuvars ocak tozu, kuvarsça zengin kayaların kırılması ve kesilmesi sırasında oluşur. Dökülmek yerine bu toz ham madde olabilir. Araştırmacılar Tanzanya’daki ocaklardan alınan doğal nehir kumu ve kuvars tozunu topladı ve bunların tane boyutu, şekli ve kimyasını dikkatle ölçtü. Testler, tozun neredeyse saf kuvars (yaklaşık %99,6 silika) olduğunu, çok az safsızlık içerdiğini ve daha sonra harcın çatlamasına veya şişmesine yol açabilecek reaktif mineral bulunmadığını doğruladı. Elektron mikroskobu altında toz parçacıkları keskin, köşeli ve pürüzlü görünüyordu — nehir kumunun daha düzgün tanelerinden oldukça farklı. Bu pürüzlü kenarlar, daha fazla karıştırma suyu gerektirse de, parçacıkların çimento hamuruna sıkıca kilitlenmesine yardımcı olabilir.

Daha Güçlü, Daha Yeşil Harç Tasarlamak

Ocak tozunun performansa zarar vermeden ne kadar kullanılabileceğini görmek için ekip bir dizi harç karışımı hazırladı. Hepsi aynı miktarda çimento ve su içeriyordu, ancak kum ağırlıkça kademeli olarak %0, %5, %10, %15 veya %20 kuvars tozu ile değiştirildi. Karışımlar küçük küplere döküldü, 28 güne kadar suda kür edildi ve ardından taze hâlde çalışılabilirliği, sertleştiğinde yoğunluğu, su emme miktarı ve kırılmadan önce dayanabildiği basınç gibi özellikler açısından test edildi. Sertleşmiş harcın mikroskobik görüntüleri, mikroskopik ölçekte olanları malzemenin görünen davranışıyla ilişkilendirmeye yardımcı oldu.

Uygun Noktayı Bulmak

Daha fazla toz eklendikçe taze harç belirgin şekilde daha rijit hale geldi: akışın standart ölçüsü olan slump, tozsuz karışımda yaklaşık 74 milimetreden %20 tozlu karışımda yaklaşık 56 milimetreye düştü. Ancak %15’e kadar ikame edilmesi durumunda işçiler hâlâ karışımı kullanılabilir bulacaktı. Asıl sürpriz dayanım ve dayanıklılıkta ortaya çıktı. Kumun %10’u ocak tozuyla değiştirildiğinde, 28 günlük basınç dayanımı kontrol karışımındaki 10,8 megapaskaldan 18,5 megapaskala yükseldi — yaklaşık %70 artış, tipik yapısal harçlar için rahatça uygun bir aralık. Aynı %10 seviyesinde poroziteye ve dolayısıyla hasara açık olmaya işaret eden su emme, %6,4’ten %5,7’ye düştü. %10’un ötesinde faydalar azaldı: daha yüksek toz içerikleri ekstra boşluklar oluşturup çimento–kum temasını bozarak dayanımın hafifçe düşmesine ve su emiminin yeniden artmasına neden oldu.

Karışımın İçinde Neler Oluyor

Sertleşmiş harcun mikroskop görüntüleri, neden %10 ocak tozunun bu kadar iyi çalıştığını gösterdi. Sadece nehir kumu içeren normal karışımda yapı daha fazla boşluk ve daha gevşek bir sertleşmiş çimento ağı gösteriyordu. Makul miktarda kuvars tozu eklendiğinde, ince, köşeli taneleri kum parçacıklarının arasına yerleşerek boşlukları doldurdu ve daha sürekli, kaya benzeri bir çimento ürünü ağı oluşmasına yardımcı oldu. Yaklaşık %10’luk ikame seviyesinde bu iç yapı en kompakt ve en homojen görünüyordu; daha az gözle görülür gözenek ve tanecikler arasında daha iyi temas vardı. Daha fazla toz kullanıldığında ise keskin taneler kümelenmeye başlayıp hamurla tam kaplanmıyor, zayıf noktalar ve dağınık boşluklar oluşturarak sağlanan kazanımları baltalıyordu.

Günlük İnşaata Etkisi

Uzman olmayanlar için çıkarım basit: standart bir harç karışımındaki kumun yaklaşık onda biri kadar küçük bir ocak tozu dozu, malzemeyi daha güçlü ve biraz daha az emici hâle getirebilir; aynı zamanda bir atık ürünü yeniden kullanıp nehir kumu kaynaklarındaki baskıyı hafifletebilir. Bundan çok daha öteye gidilirse karışım çalışması zorlaşır ve getiriler azalır. Daha uzun süreli saha denemeleri ve dayanıklılık çalışmaları hâlâ gerekli olsa da, bu araştırma tozlu bir yan ürünü daha yeşil, kaynak verimliliği yüksek inşaata uygun güvenilir bir bileşen hâline getirmek için pratik bir yol gösteriyor.

Atıf: Ngayakamo, B.H., Ikotun, B.D. Utilization of quartz quarry dust as a sustainable partial sand replacement in cement mortar. Sci Rep 16, 7031 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37993-y

Anahtar kelimeler: sürdürülebilir inşaat, çimento harcı, ocak tozu, kum ikamesi, kuvars