Çelik cürufu içeriğinin alkali aktive kömür gangue-cüruf harcının performansına etkileri

Atığı Daha Dayanıklı, Daha Yeşil Yapılara Dönüştürmek

Modern şehirler beton ve harca dayanır, ancak geleneksel çimento üretimi büyük miktarda karbondioksit salar ve ortaya çıkan malzemeler zamanla çatlayıp çekilebilir. Bu çalışma her iki sorunu aynı anda ele almanın bir yolunu araştırıyor: kömür ve çelik üretiminden kaynaklanan endüstriyel atıkları, hem emisyonları azaltan hem de daha güçlü ve çekme ile çatlamaya daha az eğilimli yeni bir harç türüne dönüştürüyor.

Çatlamanın Neden Gizli Bir Tehlike Olduğu

Genel olarak alkali-aktive malzemeler olarak anılan birçok çevre dostu çimento alternatifi etkileyici dayanım ve dayanıklılığa sahiptir. Yine de genellikle ciddi bir dezavantaja sahiptirler: kurudukça sıradan Portland çimentosundan daha fazla çekilirler. Bu çekme, küçük çatlaklar ağı oluşturabilir. Zamanla bu çatlaklar duvarlara ve temellere su ve aşındırıcı kimyasalların girmesine yol açarak yapıların güvenliğini ve ömrünü zayıflatır. Bu sorunu düzeltmek genellikle özel katkılar veya sıkı kür koşulları gerektirir; bunlar maliyetleri artırır ve yaygın kullanımı sınırlar.

Çelik ve Kömür Atıklarına İkinci Bir Hayat Vermek

Araştırmacılar ağır sanayiden üç toz atık ürününe odaklandı: çelik üretiminden çelik cürufu, madencilikten kömür gangue ve demir üretiminden öğütülmüş yüksek fırın cürufu. Bu malzemeler genellikle geniş yığınlar halinde depolanır, arazi kaplar ve çevresel riskler oluşturur. Bu çalışmada, temel dayanımı sağlamak için bağlayıcının yarısı kadar yüksek fırın cürufu sabit tutuldu, kömür gangue ise farklı oranlarda kademeli olarak çelik cürufu ile yer değiştirdi. Alkali bir sıvı ile sertleşme başlatılarak bu tozlar bir harca karıştırıldı, küçük bloklar halinde döküldü ve akışkanlık, dayanım ve kuruma çekmesi yönünden test edildi; ardından bir dizi mikroskop ve kimyasal analizle incelendi.

Çelik Cürufu için Doğru Noktayı Bulmak

Deneyler, belirli bir miktar çelik cürufu eklemenin taze harcın akışkanlığını iyileştirdiğini, kalıplara yerleştirmeyi kolaylaştırdığını ve zaman içinde dayanımını önemli ölçüde artırdığını gösterdi. Kömür gangue'nin %40'ı çelik cürufu ile değiştirildiğinde, 28 günlük basınç dayanımı yaklaşık %42 arttı ve 70 megapaskalın üzerine çıktı; kuruma çekmesi ise çelik cürufu içermeyen karışımlara kıyasla yaklaşık %29 azaldı. Bu seviyenin altında kazanımlar daha küçüktü; üzerinde ise performans düşmeye başladı. %50 çelik cürufunda harç dayanımını kaybetti ve artık daha az çekme göstermedi. Yazarlar bu düşüşü, malzemeyi bir arada tutan bağlayıcı jellerin yapı taşları olan reaktif silikon ve alüminyum eksikliğine bağlıyorlar.

Sertleşmiş Harç İçinde Neler Oluyor

%40 çelik cürufunun neden bu kadar iyi çalıştığını görmek için ekip sertleşmiş harcı mikroskobik düzeyde inceledi. Çelik cürufunun iç yapının zaman içinde nasıl geliştiğini değiştirdiğini buldular. Erken aşamada reaksiyonu hafifçe yavaşlatarak malzemenin suyu tutmasına ve hızlı kurumayı azaltmasına yardımcı oluyor. Ancak daha sonra daha aktifleşerek sisteme kalsiyum sağlıyor. Bu, ek jel benzeri bağlayıcı fazların ve bol miktarda iğne şeklinde kristaller olan ettringitin oluşmasına yol açıyor. Bu ürünler birlikte malzemeyi örerek gözenekleri dolduruyor, parçacıkları birbirine bağlıyor ve deformasyona karşı direnç sağlıyor. Gözenek boyutu ölçümleri, optimal karışımın çekmeden en çok sorumlu olan orta boyutlu gözeneklerden daha azına sahip olduğunu doğruladı; bu da daha yoğun, daha kararlı bir ağla sonuçlandı.

Laboratuvar Harcından Gerçek Dünya Kullanımına

Basitçe söylemek gerekirse, çalışma bu atık bazlı harçta çelik cürufunu dikkatle dengelemenin çatlamaya yatkın bir yeşil malzemeyi daha dayanıklı, daha güvenilir bir hale getirebileceğini gösteriyor. Yaklaşık %40 çelik cürufu ikamesi yüksek dayanım, azalmış çatlama riski ve daha iyi işlenebilirlik kombinasyonu sağlarken, büyük miktarda endüstriyel atığı değerlendirmeye devam ediyor ve geleneksel çimentonun yüksek karbon ayak izinden kaçınıyor. Çalışma 28 günlük bir pencereye odaklansa da, endüstrinin şu anda attıklarını daha iyi kullanarak daha çevreci yapı malzemeleri için pratik tariflere işaret ediyor.

Atıf: Huang, T., Xie, Q., Deng, J. et al. Effects of steel slag content on the performance of alkali-activated coal gangue-slag mortar. Sci Rep 16, 7993 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38962-1

Anahtar kelimeler: çelik cürufu, yeşil beton, endüstriyel atık geri dönüşümü, kuruma çekmesi, alkali aktive harç