Sodyum silikat–silika dumanı ile muamele edilmiş geri dönüştürülmüş ince agrega içeren çimento harcında kimyasal dayanım ve mikroyapısal kararlılığın sürdürülebilir iyileştirilmesi

Eski betonu yenisine dönüştürmenin önemi

Dünyanın her yerinde yıkılan binalar büyük miktarda kırılmış beton üretiyor. Bu malzemenin çoğu, içinde yeniden kullanılabilecek kum ve taş olmasına rağmen depolama sahalarına gidiyor. Sorun şu ki, eski betonlardan elde edilen ince parçacıklar yeni harçları genellikle zayıflatıyor ve özellikle kanalizasyonlar, endüstri veya tuzlu toprakların yapılarına saldırdığı ortamlarda daha hassas hale getiriyor. Bu çalışma, bu sorunlu geri dönüştürülmüş parçacıkları güvenilir yapı bileşenlerine dönüştürebilecek basit bir muamelenin, şehirlerin dayanıklılıktan ödün vermeden daha sürdürülebilir yapı inşa etmelerine nasıl yardımcı olabileceğini araştırıyor.

Yıkım atığından ince yapı kumuna

Eski beton kırıldığında geri dönüştürülmüş ince agrega—kum büyüklüğünde tanecikler—oluşur; bu tanecikler hâlâ yaşlanmış çimento hamurundan kalıntılarla kaplıdır. Bu tanecikler daha fazla su emer ve çok sayıda küçük gözenek ve çatlağa sahiptir. Sonuç olarak, bunlardan yapılan harç doğal nehir kumu ile yapılan harca göre daha geçirgen olma eğilimindedir ve asitler ile tuzların neden olduğu hasara karşı daha az dirençlidir. Yazarlar, iki yaygın bulunan malzeme—sodyum silikat (sıvı “su camı”) ve silika dumanı (ultra ince mineral tozu)—kullanarak hızlı bir ön ıslatma adımının bu bağlı harç tabakasını güçlendirip geri dönüştürülmüş agreganın yeni karışımlardaki performansını iyileştirip iyileştiremeyeceğini görmek istediler.

Gözenekleri mühürleyen basit bir banyo

Araştırmacılar inşaat ve yıkım atıklarını topladı, ezdi ve ince fraksiyonu ayırdı. Ardından bu geri dönüştürülmüş ince malzemeleri 24 saat boyunca sulu çözeltilere, farklı dozlarda sodyum silikat ve silika dumanı içeren karışımlara daldırdılar. Kurutulduktan sonra muamele edilmiş tanecikler standart çimento harçlarındaki tüm kumu ikame etti ve harçlar küçük küpler halinde döküldü. Beş karışım karşılaştırıldı: biri doğal kumlu, biri işlem görmemiş geri dönüştürülmüş ince malzemeli ve üçü artan kimyasal dozlarda işlem görmüş geri dönüştürülmüş ince malzemeli. Harç sertleştikten sonra küpler aylarca güçlü sülfürik asit ve magnezyum sülfat çözeltilerine daldırıldı—bu koşullar ağır kanalizasyon ve sülfatça zengin toprak ortamlarını taklit etmek için seçildi. Aralıklarla ekip, ağırlık kaybı, dayanım, su emilimi ve ultrasonik darbelerle iç sağlamlık ölçümleri yaptı ve ileri görüntüleme ile spektroskopi kullanarak iç yapıyı inceledi.

Asit ve tuzlara karşı dayanma

İşlem görmemiş geri dönüştürülmüş ince malzemeler hem asit hem de sülfat maruziyeti altında en kötü performansı gösterdi. Bu harçlar en fazla kütle kaybını yaşadı, dayanımda en keskin düşüşleri gösterdi, en çok suyu emdi ve ultrasonik darbe hızında en büyük azalmayı sergiledi—bunlar yaygın çatlama ve iç hasarın işaretleriydi. Doğal kumlu harçlar daha iyi performans gösterse de yüzey erozyonu ve zamanla kademeli zayıflama hâlâ gözlendi. Buna karşılık, işlem görmüş geri dönüştürülmüş ince malzeme ile yapılan harçlar sürekli olarak hasara karşı daha etkili bir dirence sahip oldu. Orta güçlü bir banyoda (yüzde 20 sodyum silikat ve yüzde 2 silika dumanı içeren) ıslatılan karışım öne çıktı: asitte işlem görmemiş geri dönüşümlü karışıma göre yaklaşık %40 daha az kütle kaybetti ve dayanımın yaklaşık %30 daha fazlasını korudu; sülfat çözeltisinde de benzer şekilde ağırlık kaybını ve dayanım düşüşünü sınırlarken daha yüksek ultrasonik hızları sürdürdü.

Malzemenin içinde neler değişiyor

Mikroskobik ve kimyasal testler işlemin neden işe yaradığını ortaya koydu. İşlem görmemiş geri dönüştürülmüş harçlarda agresif çözeltiler kolayca nüfuz ederek kalsiyumca zengin bileşenleri çözdü ve mikro yapıyı parçalayan jips ve ettringit gibi genleşen kristaller oluşturdu. Görüntüler geri dönüştürülmüş taneciklerin çevresinde gözenekli temas bölgeleri ve yaygın çatlaklar gösterdi. Muamele sonrası her bir taneciğin etrafındaki bağlı harç belirgin şekilde daha yoğun ve yeni hamura daha sıkı bağlanmıştı. Sodyum silikat çözeltisi gözeneklere nüfuz etmiş ve kalsiyumla reaksiyona girerek ek bağlayıcı jel oluştururken, silika dumanı gevşek kalsiyumu daha fazla tüketip daha silika açısından zengin ve kararlı bir ağ oluşturdu. X-ışını ve infrared analizleri zararlı yan ürünlerin güçlü şekilde azaldığını ve ana bağlayıcı fazın uzun maruziyetten sonra bile daha sağlam kaldığını doğruladı.

Daha yeşil, daha dayanıklı harca pratik bir yol

Uzman olmayanlar için ana çıkarım, nispeten basit ve düşük enerjili bir ıslatma adımının sorunlu geri dönüştürülmüş beton ince malzemelerini yeni harç için yüksek performanslı bir bileşene dönüştürebileceğidir. Gözenekleri mühürleyip eski çimento kaplamasının kimyasını yeniden şekillendirerek, sodyum silikat–silika dumanı banyosunun birleşimi %100 geri dönüştürülmüş ince agreganın çok sert kimyasal koşullar altında doğal kumla rekabet etmesine ve bazı açılardan onu aşmasına olanak tanır. Bu yaklaşım, nehir kumu kaynakları üzerindeki baskıyı azaltırken agresif ortamlarda beton yapıların ömrünü uzatarak daha fazla yıkım atığını dayanıklı yapı malzemelerine dönüştürmenin gerçekçi bir yolunu sunar.

Atıf: Shaju, A.C., Nagarajan, P., Sudhakumar, J. et al. Sustainable enhancement of chemical durability and microstructural stability in cement mortar incorporating sodium silicate–silica fume treated recycled fine aggregate. Sci Rep 16, 9380 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40549-9

Anahtar kelimeler: geri dönüştürülmüş beton, çimento dayanımı, sürdürülebilir inşaat, agrega işlemi, asit ve sülfat saldırısı